EP4500566B1 - Verfahren zur betätigung eines laststufenschalters sowie laststufenschaltervorrichtung - Google Patents

Verfahren zur betätigung eines laststufenschalters sowie laststufenschaltervorrichtung

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EP4500566B1
EP4500566B1 EP23735969.0A EP23735969A EP4500566B1 EP 4500566 B1 EP4500566 B1 EP 4500566B1 EP 23735969 A EP23735969 A EP 23735969A EP 4500566 B1 EP4500566 B1 EP 4500566B1
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EP
European Patent Office
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control device
current
load tap
changer
switching command
Prior art date
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EP23735969.0A
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French (fr)
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EP4500566A1 (de
EP4500566C0 (de
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Andreas Sachsenhauser
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Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Scheubeck GmbH and Co
Original Assignee
Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by Maschinenfabrik Reinhausen GmbH, Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG filed Critical Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
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Application granted granted Critical
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Publication of EP4500566C0 publication Critical patent/EP4500566C0/de
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    • H01H2009/566—Circuit arrangements not adapted to a particular application of the switching device and for which no provision exists elsewhere for ensuring operation of the switch at a predetermined point in the AC cycle with self learning, e.g. measured delay is used in later actuations

Definitions

  • the invention relates to a method for actuating a load tap changer and a load tap changer device.
  • Substations contain a variety of switches for different tasks and with varying requirements. These switches must be actuated by a drive system to operate them. Examples of these switches include tap changers, load changers, selectors, double reversing switches, reversing switches, preselectors, circuit breakers, load switches, and disconnectors.
  • tap changers are used for the uninterrupted switching between different winding taps of an electrical device, such as a power transformer. This allows, for example, the turns ratio of the transformer or the inductance of the choke to be changed.
  • On-load tap changers are typically actuated by a combination of a motor drive and a spring energy storage device. Actuation occurs immediately after the switching command, i.e., at any given time. The occurrence of inrush currents is disregarded in this approach.
  • a Disclosure reveals a hybrid load tap changer comprising a selector and a load changeover switch.
  • the selector incorporates mechanical switching elements, while the load changeover switch incorporates semiconductor switching elements.
  • a control device coordinates the actuation of the selector and the load changeover switch. Multiple sensors monitor voltage and current at various points along the load tap changer.
  • the method is based on the idea of monitoring the current profile within the tap changer, load tap changer, or vacuum tube before or after a switching command and detecting any inrush current before the actual actuation of the load tap changer. Based on the determined current zero crossings in the past or after the switching command, the intervals between these zero crossings are then calculated. A characteristic value derived from these intervals is compared with a limit value. If the limit value is met, an inrush current can be ruled out, allowing the actuation to be carried out safely and reliably. However, should an inrush current occur before or after the switching command, the actuation is aborted or paused. For the purposes of this invention, an inrush current is defined as the occurrence of irregularities in the current profile.
  • the tap changer After the control device receives the switching command to actuate the tap changer, the tap changer is not actuated immediately. Instead, the past current waveform or the current waveform after the switching command is first checked for irregularities. Actuation only occurs if no irregularities are detected.
  • the current waveform can be recorded in any way.
  • the current waveform is recorded via one or more sensors on the step-down transformer or load tap changer and transmitted to the control device.
  • the recorded current profile is processed and evaluated in the control device, and several Successive points in time within the current waveform are determined. These points in time are zero current crossings. Preferably, at least three consecutive points in time at which the current is zero are determined. Furthermore, the start point in the current waveform is determined. Depending on the configuration, either the past current waveform is determined from the start point, or the future current waveform is determined from the start point. The past current waveform before the start point is either already stored in the control device or is stored after the start point.
  • intervals between the multiple successive zero-crossing points in time are determined by means of a control device. For three points in time, two intervals are determined. In particular, the interval between the first and second points in time and the interval between the second and third points in time are determined.
  • a control device determines a characteristic value from the several distances. This characteristic value can be a ratio, average value, etc. The control device then compares this characteristic value to a limit value.
  • the limit value is stored in the control device and can be adjusted manually or automatically.
  • control device activates the actuator to operate the load tap changer when the characteristic value is within or below the limit value.
  • the actual actuation is paused or aborted if the characteristic value exceeds the limit value. This pause or suspension of actuation can last for several seconds, for example, 1 to 10 seconds. After the pause, the current profile is measured again, and the process is repeated until actuation is possible.
  • the load tap changer device comprises a load tap changer with a load selector and a selector.
  • the load selector has at least one vacuum switching tube.
  • the load tap changer device includes a drive, a sensor, and a control unit.
  • the load tap changer device enables the current waveform to be checked before the load tap changer is actuated, thus ensuring safe operation in the event of an inrush current.
  • the control unit is designed and configured to continuously acquire, store, and process a current waveform from one or more sensors during the operation of the tap changer, i.e., before a switching command.
  • it includes a processing unit and/or a processor and/or memory.
  • the control unit is also designed and configured to acquire, store, and process a current waveform from one or more sensors after a switching command.
  • it includes a processing unit and/or a processor and/or memory.
  • control device is designed and configured to control the drive, which in turn operates the load tap changer.
  • Figure 1 shows a load tap changer device 1.
  • the load tap changer device 1 comprises a control device 2, at least one sensor 5, and a load tap changer 4.
  • the control device 2 is connected to an actuator 3 of the load tap changer 4.
  • the control device 2 is configured and designed to control the actuator 3 so that it actuates the load tap changer 4.
  • the control device 2 is connected to a sensor 5 or sensors 5 that measure a current flowing through the step-down transformer 7, a vacuum interrupter 6, or the load tap changer 4.
  • the control device 2 is configured and designed to detect, measure, and evaluate the current detected by the sensor 5 or sensors 5. In particular, the control device 2 determines the current waveform, i.e., when the current reaches or assumes zero and at what frequency this occurs.
  • the sensor 5 can, for example, be arranged on the step-down transformer 7, particularly on the high-voltage side 8 or the low-voltage side 9. Furthermore, a sensor 5 can be arranged in the load tap changer 4, directly on the vacuum switching tube 6 or at any other position suitable for detecting the current flow.
  • the control device 2 continuously monitors the current flow either before an actuation or only after a switching command has been received by the control device 2.
  • the control unit 2 includes a processing unit and/or a processor and/or memory.
  • the drive 3 is mechanically connected to the load tap changer 4 and thus also to the vacuum switching tube 6 via a drive train 10.
  • the drive is designed and configured to actuate the load tap changer and/or to execute the switching command from the control unit.
  • the control device 2 can be arranged as a standalone unit on the step-down transformer 7 or in a control room. Furthermore, the control device 2 can be part of a drive control system for the load tap changer 4 or as part of a voltage regulator. The control device 2 is designed and configured to control the drive 3.
  • the step-down transformer 7 has a main winding 11 and a variable winding 12.
  • the load tap changer 4 is connected to the variable winding 12 via the winding taps 13.
  • the main winding 11 and the variable winding 12 are located on the high-voltage side 8 (in rare cases also on the low-voltage side).
  • the step-down transformer 7 has a low-voltage winding 14, which is inductively is coupled with the main winding 11 and the regular winding 12.
  • Figure 1 shows a flowchart of a method for actuating a load tap changer.
  • "before actuating a load tap changer” means that the detection of irregular current waveforms can occur either before or after a switching command. Before a switching command, the method is executed continuously during operation. Should an irregularity be detected, the actuating process is aborted immediately after the switching command, or a predetermined pause is initiated, and the process is repeated until actuating can be performed.
  • the control device 2 receives a switching command at a start time T0 to actuate the load tap changer 4.
  • the switching command can either be a manual switching command or come from a voltage regulator.
  • a current waveform is recorded via a sensor 5 and transmitted to the control device.
  • the current waveform can be recorded both before and after the switching command.
  • a subsequent step 32 several consecutive time points T1, T2, T3, Tx with zero current crossings of the current waveform 20 are determined by the control device.
  • T1, T2, T3, Tx with zero current crossings of the current waveform 20 are determined by the control device.
  • the newly acquired current waveform or the current waveform before the switching command is used.
  • the distances A1, A2, Ax are determined based on the times T1, T2, T3, Tx of the current zero crossings.
  • a characteristic value K is formed based on the distances A1, A2, Ax.
  • the determined characteristic value K is compared with a limit value G. If the limit value G is met or undercut by the characteristic value K, the actual actuation of the load tap changer 4 takes place in the next step 36.
  • the control device 2 controls the drive 3 accordingly.
  • the operation is aborted in the next step 37.
  • the limit value G is exceeded in the next step 38, the operation can be paused for a certain period of time and the process restarted.
  • FIG. 3 This serves to illustrate the method according to the invention.
  • the X-axis shows the current profile t (in ms) over time within a step-down transformer.
  • the Y-axis shows the current I in amperes.
  • the current profile is sinusoidal or approximately sinusoidal.
  • the current profile curve 20 intersects the X-axis at the zero-current crossings.
  • T1, T2, T3, Tx no current flows through the step-down transformer or the vacuum switching tube 6 or the load tap changer 4.
  • a switching command to actuate or begin actuation of the load tap changer 4 is received by the control unit 2.
  • This point in time is assumed to be the possible start time T0 of a load switching operation. Based on this start time T0, at least three subsequent times T1, T2, and T3 of the next zero current crossings are determined.
  • the intervals A1 and A2 between the determined time points T1, T2, and T3 are calculated. Specifically, the first interval A1 is calculated between the first and second time points T1 and T2, and the second interval A2 is calculated between the second and third time points T2 and T3.
  • the intervals A1 and A2 indicate how much time has elapsed between the time points.
  • a characteristic value K is determined based on sections A1, A2, and Ax. For example, sections A1 and A2, or all determined sections, can be set in a ratio to each other. Ideally, A1 and A2 are equal, resulting in a ratio of one.
  • determining the characteristic value K it is compared to a limit value G. If the characteristic value K exceeds the limit value G, the operation is aborted or paused. Pausing means that the switching process is suspended for a defined period and then restarted. If the limit value is met or not reached, the load tap changer is actuated by the drive, which is controlled by the control device.
  • the current waveform is measured based on three time points T1, T2, and T3, i.e., three zero-crossings of the current.
  • T1-Tx and intervals A1-Ax for evaluation. This depends on how long one can wait after a switching command before actually activating the device.
  • the method used to determine a characteristic value K and the definition of the limit value G can also be adapted as needed.
  • FIG. 4 This diagram serves to illustrate the inventive method according to a further embodiment.
  • the X-axis shows the current profile t (in ms) over time within a step-down transformer.
  • the Y-axis shows the current I in amperes.
  • the current profile is sinusoidal or approximately sinusoidal.
  • the current curve intersects the X-axis at the zero crossings.
  • T1, T2, T3, Tx no current flows through the step-down transformer or the vacuum switching tube 6 or the load tap changer 4.
  • T0 a switching command to actuate or begin actuation of the load tap changer 4 is received by the control unit 2.
  • This point in time is assumed to be the start time T0 of a load switching operation. Starting from this start time T0, at least three points in time T1, T2, and T3 of the previous zero-crossing of the current are determined, i.e., before the start time T0. This is possible because the current waveform was monitored and recorded before the switching command.
  • the intervals A1 and A2 between the determined time points T1, T2, and T3 are calculated. Specifically, the first interval A1 is calculated between the first and second time points T1 and T2, and the second interval A2 is calculated between the second and third time points T2 and T3.
  • the intervals A1 and A2 indicate how much time has elapsed between the time points.
  • a characteristic value K is determined based on sections A1, A2, and Ax. For example, sections A1 and A2, or all determined sections, can be set in a ratio to each other. Ideally, A1 and A2 are equal, resulting in a ratio of one.
  • determining the characteristic value K it is compared to a limit value G. If the characteristic value K exceeds the limit value G, the operation is aborted or paused. Pausing means that the switching process is suspended for a defined period and then restarted. If the limit value is met or not reached, the load tap changer is actuated by the drive, which is controlled by the control device.
  • the current profile is calculated based on three time points T1, T2, T3, i.e., three current zero crossings.
  • T1-Tx and intervals A1-Ax for evaluation. This depends on how long one can wait after a switching command before actually actuating the device.
  • the way in which a characteristic value K is determined and The way the limit value G is defined can be adapted as desired.
  • This method therefore makes it possible to check the current flow for irregularities both before and immediately after a switching command.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Protection Of Transformers (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Betätigung eines Laststufenschalters sowie eine Laststufenschaltervorrichtung.
  • In Umspannwerken existiert eine Vielzahl an Schaltern für unterschiedliche Aufgaben und mit unterschiedlichen Anforderungen. Für die Betätigung der jeweiligen Schalter müssen diese über ein Antriebssystem angetrieben werden. Bei diesen Schaltern handelt es sich unter anderem um Laststufenschalter, Lastumschalter, Wähler, Doppelwender, Wender, Vorwähler, Leistungsschalter, Lastschalter oder Trennschalter.
  • So dienen Laststufenschalter beispielsweise zum unterbrechungsfreien Umschalten zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen eines elektrischen Betriebsmittels, wie etwa eines Leistungstransformators. Dadurch können beispielsweise das Übersetzungsverhältnis des Transformators oder die Induktivität der Drossel verändert werden.
  • Laststufenschalter werden üblicherweise mittels einer Kombination aus Motorantrieb und Federenergiespeicher betätigt. Die Betätigung erfolgt unmittelbar nach dem Schaltbefehl, also zu einem beliebigen Zeitpunkt. Das Auftreten von Inrush wird hierbei außer Acht gelassen.
  • GB 2 435 943 A offenbart einen Hybrid-Laststufenschalter mit einem Wähler und einem Lastumschalter. Der Wähler weist mechanische Schaltelemente und der Lastumschalter Halbleiterschaltelemente auf. Eine Steuervorrichtung koordiniert die Betätigung des Wählers und des Lastumschalters. Mehrere Sensoren überwachen Spannung und Strom an unterschiedlichen Stellen des Laststufenschalters.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Betätigung eines Laststufenschalters anzugeben, welches eine sichere Umschaltung gewährleistet.
  • Diese Aufgabe wird durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die Erfindung schlägt ein Verfahren zur Betätigung eines Laststufenschalters mittels eines Antriebs, einem Sensor und einer Steuervorrichtung vor, umfassend folgende Schritte:
    • Empfangen eines Schaltbefehls zur Betätigung des Laststufenschalters durch die Steuervorrichtung;
    • Erfassen eines Stromverlaufs über den Sensor;
    • Bestimmen von mehreren aufeinander folgenden Zeitpunkten für Stromnulldurchgänge des Stromverlaufs durch die Steuervorrichtung;
    • Bestimmen von mehreren Abständen zwischen den Zeitpunkten der Stromnulldurchgänge durch die Steuervorrichtung;
    • Ableiten einer Kenngröße aus den mehreren Abständen durch die Steuervorrichtung;
    • Vergleichen der Kenngröße mit einem Grenzwert durch die Steuervorrichtung;
    • Abbrechen oder pausieren der Betätigung durch die Steuervorrichtung, wenn die Kenngröße den Grenzwert überschreitet;
    • Durchführen der Betätigung, wenn die Kenngröße den Grenzwert einhält oder unterschreitet durch Steuerung des Antriebes durch die Steuervorrichtung.
  • Das Verfahren beruht auf der Idee, den Stromverlauf innerhalb des Stufentransformators Laststufenschalters oder Vakuumschaltröhre, vor oder nach einem Schaltbefehlt zu überwachen und einen auftretenden Inrush vor der eigentlichen Betätigung des Laststufenschalters zu detektieren. Anhand der ermittelten Stromnulldurchgänge in der Vergangenheit oder nach dem Schaltbefehl werden dann die Abstände zwischen den Stromnulldurchgängen bestimmt. Ein aus diesen Abständen abgeleiteter Kennwert wird mit einem Grenzwert verglichen. Bei Einhaltung des Grenzwertes kann ein Inrush ausgeschlossen werden, sodass die Betätigung sicher und zuverlässig durchgeführt werden kann. Sollte jedoch ein Inrush vor oder nach dem Schaltbefehlt auftreten, wird die Betätigung abgebrochen oder pausiert. Als Inrush im Sinne der Erfindung ist das Auftreten von Unregelmäßigkeiten im Stromverlauf zu verstehen.
  • Nach dem Empfangen des Schaltbefehls zur Betätigung des Laststufenschalters durch die Steuervorrichtung wird nicht unmittelbar mit der Betätigung des Laststufenschalters begonnen, sondern zunächst der vergangene Stromverlauf oder der stromverlauf nach dem Schaltbefehl auf Unregelmäßigkeiten überprüft. Die eigentliche Betätigung erfolgt entsprechend erst dann, wenn keine Unregelmäßigkeiten festgestellt wurden.
  • Der Stromverlauf kann auf beliebige Art und Weise erfasst werden. Insbesondere wird der Stromverlauf über einen oder mehrere Sensoren am Stufentransformator oder Laststufenschalter erfasst und an die Steuervorrichtung übermittelt.
  • Der erfasste Stromverlauf wird in der Steuervorrichtung verarbeitet, ausgewertet und mehrere aufeinanderfolgende Zeitpunkte im Stromverlauf bestimmt. Bei den Zeitpunkten handelt es sich um Stromnulldurchgänge. Vorzugsweise werden mindestens drei aufeinanderfolgende Zeitpunkte, an denen der Strom Null ist, bestimmt. Weiterhin wird der Startzeitpunkt im Stromverlauf bestimmt. Je nach Ausprägung wird der vergangene Stromverlauf vom Startzeitpunkt oder der zukünftige Stromverlauf vom Startzeitpunkt bestimmt. Hierbei ist der vergangene Stromverlauf vor dem Starzeitpunkt entweder in der Steuervorrichtung bereits gespeichert oder wird nach dem Startzeitpunkt gespeichert.
  • Weiterhin werden mittels Steuervorrichtung mehrere Abstände zwischen den mehreren aufeinander folgenden Zeitpunkten der Stromnulldurchgänge bestimmt. Bei drei Zeitpunkten werden zwei Abstände bestimmt. Insbesondere werden der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Zeitpunkt und der Abstand zwischen dem zweiten und dem dritten Zeitpunkt bestimmt.
  • Weiterhin wird mittels Steuervorrichtung aus den mehreren Abständen eine Kenngröße bestimmt. Die Kenngröße kann ein Verhältnis, Mittelwert, etc. sein. Der Kennwert wird mittels Steuervorrichtung mit einem Grenzwert verglichen. Der Grenzwert ist in der Steuervorrichtung gespeichert. Der Grenzwert kann manuell oder automatisch angepasst werden.
  • Weiterhin wird mittels Steuervorrichtung die Betätigung des Laststufenschalters durch das Ansteuern des Antriebs durchgeführt, wenn die Kenngröße den Grenzwert einhält oder unterschreitet. Die eigentliche Betätigung wird pausiert oder abgebrochen, wenn der Kennwert den Grenzwert überschreitet. Das Pausieren oder das Aussetzten der Betätigung kann beispielsweise mehrere Sekunden, beispielsweise 1 bis 10 Sekunden, dauern. Nach dem Pausieren wird der Stromverlauf erneut erfasst und das Verfahren erneut durchlaufen, bis eine Betätigung möglich ist.
  • Weiterhin schlägt die Erfindung eine Laststufenschaltervorrichtung vor, umfassend:
    • einen Laststufenschalter;
    • einen Sensor;
    • einen Antrieb;
    • eine Steuervorrichtung;
      wobei
    • die Steuervorrichtung dazu eingerichtet und ausgebildet ist
      • einen Schaltbefehl zum Betätigen des Laststufenschalters zu empfangen;
      • einen Stromverlauf über den Sensor zu erfassen;
      • mehrere aufeinander folgende Zeitpunkte für Stromnulldurchgänge des Stromverlaufs zu bestimmten;
      • mehrere Abstände zwischen den Zeitpunkten der Stromnulldurchgänge zu bestimmen;
      • eine Kenngröße aus den mehreren Abständen abzuleiten;
      • die Kenngröße mit einem Grenzwert zu vergleichen;
      • die Betätigung durch die Steuervorrichtung abzubrechen oder zu pausieren, wenn die Kenngröße den Grenzwert überschreitet;
      • die Betätigung des Laststufenschalters mittels des Antriebs durchzuführen, wenn die Kenngröße den Grenzwert eingehalten oder unterschritten wird.
  • Die Laststufenschaltervorrichtung weist einen Laststufenschalter mit einem Lastumschalter und einem Wähler auf. Der Lastumschalter weist mindestens eine Vakuumschaltröhre auf. Weiterhin weist die Laststufenschaltervorrichtung einen Antrieb, einen Sensor und eine Steuervorrichtung auf. Die Laststufenschaltervorrichtung ermöglicht es den Stromverlauf vor der Betätigung des Laststufenschalters zu prüfen und damit eine sichere Betätigung bei auftretendem Inrush sicherzustellen. Die Steuervorrichtung ist dazu ausgebildet und eingerichtet einen Stromverlauf über einen Sensor oder mehrere Sensoren permanent während des Betriebs des Stufentransformators, also vor einem Schaltbefehlt zu erfassen, zu speichern und zu verarbeiten. Hierfür weist diese entsprechend eine Recheneinheit und/oder einen Prozessor und/oder einen Speicher auf. Die Steuervorrichtung ist dazu ausgebildet und eingerichtet einen Stromverlauf über einen Sensor oder mehrere nach einem Schaltbefehlt zu erfassen, zu speichern und zu verarbeiten. Hierfür weist diese entsprechend eine Recheneinheit und/oder einen Prozessor und/oder einen Speicher auf.
  • Weiterhin ist die Steuervorrichtung dazu ausgebildet und eingerichtet den Antrieb zu steuern, welcher wiederum den Laststufenschalter betätigt.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand beispielhafter Ausführungsformen unter Bezug auf die Zeichnungen im Detail erklärt. Es zeigen
    • Figur 1
    einen Stufentransformator mit einem Laststufenschalter;
    Figur 2
    einen Verfahrensablauf;
    Figur 3
    ein Diagramm zur Erläuterung des Verfahrens;
    Figur 4
    ein weiteres Diagramm einer weiteren Ausführungsform zur Erläuterung des Verfahrens.
  • Figur 1 zeigt eine Laststufenschaltervorrichtung 1. Die Laststufenschaltervorrichtung 1 umfasst eine Steuervorrichtung 2, mindestens einen Sensor 5 und einen Laststufenschalter 4. Die Steuervorrichtung 2 ist mit einem Antrieb 3 des Laststufenschalters 4 verbunden. Die Steuervorrichtung 2 ist dazu eingerichtet und ausgebildet den Antrieb 3 zu steuern, damit dieser den Laststufenschalter 4 betätigt. Weiterhin ist die Steuervorrichtung 2 mit einem Sensor 5 bzw. mehreren Sensoren 5 verbunden, der einen Strom misst, der durch den Stufentransformator 7, eine Vakuumschaltröhre 6 oder auch den Laststufenschalter 4 fließt. Die Steuervorrichtung 2 ist dazu ausgebildet und eingerichtet den durch den Sensor 5 bzw. die Sensoren 5 erfassten Strom zu erfassen, zu messen und auszuwerten. Insbesondere wird durch die Steuervorrichtung 2 der Stromverlauf bestimmt, also wann der Strom den Wert Null hat bzw. annimmt und in welcher Frequenz dies passiert. Der Sensor 5 kann beispielsweise am Stufentransformator 7, insbesondere auf der Oberspannungsseite 8 oder der Unterspannungsseite 9 angeordnet sein. Weiterhin kann ein Sensor 5 im Laststufenschalter 4, direkt an der Vakuumschaltröhre 6 oder an einer weiteren beliebigen Position, die dafür geeignet ist, den Verlauf des Stromes zu erfassen, angeordnet sein.
  • Die Steuervorrichtung 2 erfasst den Stromverlauf permanent vor einer Betätigung oder aber auch erst wenn ein Schaltbefehl in der Steuervorrichtung 2 eingegangen ist. Die Steuereinheit 2 weist hierfür entsprechend eine Recheneinheit und/oder einen Prozessor und/oder einen Speicher auf.
  • Der Antrieb 3 ist über einen Antriebsstrang 10 mit dem Laststufenschalter 4 und damit auch mit der Vakuumschaltröhre 6 mechanisch verbunden. Der Antrieb ist dazu eingerichtet und ausgebildet den Laststufenschalter zu betätigen bzw. den Schaltbefehl der Steuereinheit auszuführen.
  • Die Steuervorrichtung 2 kann als eigenständiges Gerät am Stufentransformator 7 oder in einer Leitwarte angeordnet sein. Weiterhin kann die Steuervorrichtung 2 ein Teil einer Antriebssteuerung des Laststufenschalters 4 oder als Teil eines Spannungsreglers ausgebildet sein. Die Steuervorrichtung 2 ist dazu ausgebildet und eingerichtet den Antrieb 3 zu steuern.
  • Der Stufentransformator 7 weist eine Stammwicklung 11 und eine Regelwicklung 12 auf. Der Laststufenschalter 4 ist dabei über die Wicklungsanzapfungen 13 mit der Regelwicklung 12 verbunden. Die Stammwicklung 11 und die Regelwicklung 12 sind auf der Oberspannungsseite 8 (in seltenen Fällen auch an der Unterspannungsseite) angeordnet. Weiterhin weist der Stufentransformator 7 eine Unterspannungswicklung 14 auf, die induktiv mit der Stammwicklung 11 und der Regelwicklung 12 gekoppelt ist.
  • Figur 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Betätigung eines Laststufenschalters. Im Sinne der Erfindung heißt "vor einer Betätigung eines Laststufenschalters", dass das Erkennen von unregelmäßigen Stromverläufen bereits vor einem Schaltbefehl oder aber auch nach einem Schaltbefehl erfolgen kann. Vor einem Schaltbefehl wird das Verfahren dauerhaft während des Betriebes ausgeführt. Sollte hier bereits eine Unregelmäßigkeit detektiert werden, erfolgt unmittelbar nach dem Schaltbefehl ein Abbruch der Betätigung oder es wird eine vorgegebene Zeit pausiert und das Verfahren erneut durchlaufen, bis eine Betätigung durchgeführt werden kann.
  • In einem ersten Schritt 30 empfängt die Steuervorrichtung 2 einen Schaltbefehls zu einem Startzeitpunkt T0 zur Betätigung des Laststufenschalters 4. Der Schaltbefehlt kann entweder ein manueller Schaltbefehl sein oder aber auch von einem Spannungsregler kommen.
  • Im nächsten Schritt 31 wird ein Stromverlauf über einen Sensor 5 erfasst und an die Steuervorrichtung übermittelt. Das Erfassen des Stromverlaufs kann sowohl nach dem Schaltbefehl als auch vor dem Schaltbefehl erfolgen.
  • In einem nächsten Schritt 32 werden mehrere aufeinander folgende Zeitpunkte T1, T2, T3, Tx mit Stromnulldurchgängen des Stromverlaufs 20 durch die Steuervorrichtung bestimmt. Hier wird entweder auf den neu erfassten Stromverlauf oder den Stromverlauf vor dem Schaltbefehl zurückgegriffen.
  • In einem nächsten Schritt 33 wird basierend auf den Zeitpunkten T1, T2, T3, Tx der Stromnulldurchgänge die Abstände A1, A2, Ax bestimmt.
  • In einem nächsten Schritt 34 wird basierend auf den Abstände A1, A2, Ax ein Kennwert K gebildet.
  • In einem nächsten Schritt 35 wird der ermittelte Kennwert K mit einem Grenzwert G vergliche. Wird der Grenzwert G durch den Kennwert K eingehalten oder unterschritten, erfolgt im nächsten Schritt 36 die eigentliche Betätigung des Laststufenschalters 4. Hierfür steuert die Steuervorrichtung 2 den Antrieb 3 entsprechend an.
  • Überschreitet der Kennwert K den Grenzwert G wird in einem nächsten Schritt 37 die Betätigung abgebrochen. Alternativ kann beim Überschreiten des Grenzwertes G im nächsten Schritt 38 die Betätigung für eine bestimmte Zeit pausiert werden und das Verfahren erneut gestartet werden.
  • Figur 3 dient der Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Auf der X-Achse ist der zeitliche Stromverlauf t (in ms) innerhalb eines Stufentransformators eingezeichnet. Die Y-Achse zeigt die Höhe des Stroms I in Ampere an. Der Verlauf des Stroms bzw. der Stromverlauf ist hier sinusförmig bzw. annähernd sinusförmig. Die Kurve des Stromverlaufs 20 schneidet die X-Achse in den Stromnulldurchgängen. Damit fließt zu diesen Zeitpunkten T1, T2, T3, Tx kein Strom durch den Stufentransformator sowie die Vakuumschaltröhre 6 bzw. den Laststufenschalter 4. Zu einem Startzeitpunkt T0 geht ein Schaltbefehl zur Betätigung bzw. zum Beginn der Betätigung des Laststufenschalters 4 in der Steuereinheit 2 ein.
  • Dieser Zeitpunkt wird als möglicher Startzeitpunkt T0 einer Lastumschaltung angenommen. Ausgehend von diesem Startzeitpunkt T0 werden mindesten drei nächste Zeitpunkte T1, T2 und T3 der nächsten Stromnulldurchgänge bestimmt.
  • Im nächsten Schritt werden die Abstände A1 und A2 zwischen den ermittelten Zeitpunkten T1, T2, T3 bestimmt. Konkret wird der erste Abstand A1 zwischen dem ersten und dem zweiten Zeitpunkt T1, T2 und der zweite Abstand A2 zwischen dem zweiten und dem dritten Zeitpunkt T2 und T3 bestimmt. Die Abstände A1 und A2 sagen aus, wie viel Zeit zwischen den Zeitpunkten vergangen ist.
  • In einem nächsten Schritt wird basierend auf den Abschnitten A1, A2, Ax eine Kenngröße K bestimmt. Beispielsweise können die Abschnitte A1 und A2 bzw. sämtliche ermittelten Abschnitte in ein Verhältnis zueinander gesetzt werden. Im Idealfall sind beispielsweise A1 und A2 gleich groß und das Verhältnis ist damit eins. Nach der Bestimmung der Kenngröße K wird diese mit einem Grenzwert G verglichen. Sollte die Kenngröße K den Grenzwert G überschreiten, wird die Betätigung abgebrochen oder pausiert. Pausieren heißt, dass die Schaltung für eine definierte Zeit ausgesetzt und im Anschluss das Verfahren erneut durchgeführt wird. Wird der Grenzwert eingehalten oder unterschritten, erfolgt die Betätigung des Laststufenschalters mittels des Antriebs, der durch die Steuervorrichtung gesteuert wird.
  • In dem hier gezeigten Beispiel wird der Stromverlauf basierend auf drei Zeitpunkten T1, T2, T3, also drei Stromnulldurchgängen, durchgeführt. Es ist jedoch auch möglich eine beliebige Anzahl an Stromnulldurchgängen T1-Tx sowie Abständen A1-Ax für eine Auswertung zu nutzen. Dies hängt davon ab, wie lange nach einem Schaltbefehl mit der tatsächlichen Betätigung gewartet werden kann. Auch die Art und Weise wie ein Kennwert K bestimmt und wie der Grenzwert G definiert werden, kann beliebig angepasst werden.
  • Figur 4 dient der Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach einer weiteren Ausführungsform. Auf der X-Achse ist der zeitliche Stromverlauf t (in ms) innerhalb eines Stufentransformators eingezeichnet. Die Y-Achse zeigt die Höhe des Stroms I in Ampere an. Der Verlauf des Stroms bzw. der Stromverlauf ist hier sinusförmig bzw. annähernd sinusförmig. Die Kurve des Stromverlaufs schneidet die X-Achse in den Stromnulldurchgängen. Damit fließt zu diesen Zeitpunkten T1, T2, T3, Tx kein Strom durch den Stufentransformator sowie die Vakuumschaltröhre 6 bzw. den Laststufenschalter 4. Zu einem Startzeitpunkt T0 geht ein Schaltbefehl zur Betätigung bzw. zum Beginn der Betätigung des Laststufenschalters 4 in der Steuereinheit 2 ein.
  • Dieser Zeitpunkt wird als Startzeitpunkt T0 einer Lastumschaltung angenommen. Ausgehend von diesem Startzeitpunkt T0 werden mindestens drei Zeitpunkte T1, T2 und T3 der vergangenen Stromnulldurchgänge bestimmt, also vor dem Startzeitpunkt T0. Dies ist deshalb möglich, weil der Stromverlauf bereits vor dem Schaltbefehl überwacht und aufgezeichnet wurde.
  • Im nächsten Schritt werden die Abstände A1 und A2 zwischen den ermittelten Zeitpunkten T1, T2, T3 bestimmt. Konkret wird der erste Abstand A1 zwischen dem ersten und dem zweiten Zeitpunkt T1, T2 und der zweite Abstand A2 zwischen dem zweiten und dem dritten Zeitpunkt T2 und T3 bestimmt. Die Abstände A1 und A2 sagen aus, wie viel Zeit zwischen den Zeitpunkten vergangen ist.
  • In einem nächsten Schritt wird basierend auf den Abschnitten A1, A2, Ax eine Kenngröße K bestimmt. Beispielsweise können die Abschnitte A1 und A2 bzw. sämtliche ermittelten Abschnitte in ein Verhältnis zueinander gesetzt werden. Im Idealfall sind beispielsweise A1 und A2 gleich groß und das Verhältnis ist damit eins. Nach der Bestimmung der Kenngröße K wird diese mit einem Grenzwert G verglichen. Sollte die Kenngröße K den Grenzwert G überschreiten, wird die Betätigung abgebrochen oder pausiert. Pausieren heißt, dass die Schaltung für eine definierte Zeit ausgesetzt und im Anschluss das Verfahren erneut durchgeführt wird. Wird der Grenzwert eingehalten oder unterschritten, erfolgt die Betätigung des Laststufenschalters mittels des Antriebs, der durch die Steuervorrichtung gesteuert wird.
  • In dem hier gezeigten Beispiel wird der Stromverlauf basierend auf drei Zeitpunkten T1, T2, T3, also drei Stromnulldurchgängen durchgeführt. Es ist jedoch auch möglich eine beliebige Anzahl an Stromnulldurchgängen T1-Tx sowie Abständen A1-Ax für eine Auswertung zu nutzen. Dies hängt davon ab, wie lange nach einem Schaltbefehl mit der tatsächlichen Betätigung gewartet werden kann. Auch die Art und Weise wie ein Kennwert K bestimmt und wie der Grenzwert G definiert werden, kann beliebig angepasst werden.
  • Das Verfahren ermöglicht es also bereits vor einem Schaltbefehl den Stromverlauf auf Unregelmäßigkeiten zu prüfen und auch unmittelbar danach.
    • Bezugszeichen
    • 1
    Laststufenschaltervorrichtung
    2
    Steuervorrichtung
    3
    Antrieb
    4
    Laststufenschalter
    5
    Sensor
    6
    Vakuumschaltröhre
    7
    Stufentransformator
    8
    Oberspannungsseite
    9
    Unterspannungsseite
    10
    Antriebsstrang
    11
    Stammwicklung
    12
    Regelwicklung
    13
    Wicklungsanzapfungen
    14
    Unterspannungswicklung
    15
    weiterer Sensor
    20
    Stromverlauf
    T0
    Startzeitpunkt
    T1
    erste Nulldurchgang
    T2
    zweiter Nulldurchgang
    T3
    dritter Nulldurchgang
    Tx
    weiterer Nulldurchgang
    A1
    erster Abstand
    A2
    zweiter Abstand
    Ax
    weiterer Abstand

Claims (9)

  1. Verfahren zur Betätigung eines Laststufenschalters (4) mittels eines Antriebs (3), einem Sensor (5) und einer Steuervorrichtung (2), umfassend folgende Schritte:
    - Empfangen eines Schaltbefehls zur Betätigung des Laststufenschalters (4) durch die Steuervorrichtung (2);
    - Erfassen eines Stromverlaufs (20) über den Sensor (5); gekennzeichnet durch
    - Bestimmen von mehreren aufeinander folgenden Zeitpunkten (T1, T2, T3, Tx) für Stromnulldurchgänge des Stromverlaufs (20) durch die Steuervorrichtung (2);
    - Bestimmen von mehreren Abständen (A1, A2, Ax) zwischen den Zeitpunkten (T1, T2, T3, Tx) der Stromnulldurchgänge durch die Steuervorrichtung (2);
    - Ableiten einer Kenngröße (K) aus den mehreren Abständen (A1, A2, Ax) durch die Steuervorrichtung (2);
    - Vergleichen der Kenngröße (K) mit einem Grenzwert (G) durch die Steuervorrichtung (2);
    - Abbrechen oder pausieren der Betätigung durch die Steuervorrichtung (2), wenn die Kenngröße (K) den Grenzwert (G) überschreitet;
    - Durchführen der Betätigung, wenn die Kenngröße (K) den Grenzwert (G) einhält oder unterschreitet durch Steuerung des Antriebes (3) durch die Steuervorrichtung (2).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei
    das Erfassen des Stromverlaufs (20) vor oder nach dem Empfangen des Schaltbefehls zur Betätigung des Laststufenschalters (4) durch die Steuervorrichtung (2) erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei
    die mehreren aufeinander folgenden Zeitpunkten (T1, T2, T3, Tx) für Stromnulldurchgänge des Stromverlaufs (20) vor dem Startzeitpunkt (T0) des Eingangs des Schaltbefehls oder nach dem Startzeitpunkt (T0) des Eingangs des Schaltbefehls bestimmt werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, wobei
    die Kenngröße (K) aus dem Verhältnis von mindestens zwei Abständen gebildet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, wobei
    die Kenngröße (K) von dem Grenzwert (G) um wenige Prozent abweichen kann.
  6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, wobei
    das Pausieren der Betätigung durch die Steuervorrichtung (2) einige wenige Sekunden dauert.
  7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, wobei
    mindestens drei aufeinander folgende Zeitpunkte (T1, T2, T3, Tx) für Stromnulldurchgänge des Stromverlaufs (20) vor dem Startzeitpunkt (T0) des Eingangs des Schaltbefehls oder nach dem Startzeitpunkt (T0) des Eingangs des Schaltbefehls bestimmt werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, wobei
    mindestens zwei Abstände (A1, A2, Ax) zwischen den Zeitpunkten (T1, T2, T3, Tx) der Stromnulldurchgänge durch die Steuervorrichtung (2) bestimmt werden.
  9. Laststufenschaltervorrichtung (1), umfassend:
    - einen Laststufenschalter (4);
    - einen Sensor (5);
    - einen Antrieb (3);
    - eine Steuervorrichtung (2);
    wobei
    - die Steuervorrichtung (2) dazu eingerichtet ist
    - einen Schaltbefehl zum Betätigen des Laststufenschalters (4) zu empfangen;
    - einen Stromverlauf über den Sensor (5) zu erfassen; dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung ferner dazu eingerichtet ist
    - mehrere aufeinander folgende Zeitpunkte (T1, T2, T3, Tx) für Stromnulldurchgänge des Stromverlaufs (20) zu bestimmen;
    - mehrere Abstände (A1, A2, Ax) zwischen den Zeitpunkten (T1, T2, T3, Tx) der Stromnulldurchgänge zu bestimmen;
    - eine Kenngröße (K) aus den mehreren Abständen (A1, A2, Ax) abzuleiten;
    - die Kenngröße (K) mit einem Grenzwert (G) zu vergleichen;
    - die Betätigung durch die Steuervorrichtung (2) abzubrechen oder zu pausieren, wenn die Kenngröße (K) den Grenzwert (G) überschreitet;
    - die Betätigung des Laststufenschalters mittels des Antriebs (3) durchzuführen, wenn die Kenngröße (K) den Grenzwert (G) eingehalten oder unterschritten wird.
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