NO125577B - - Google Patents

Description

Belastningsomkobler med foranderlige ohmske overkoblingsmotstander.

Belastningsomkobler for omkobling av

uttak på en trinntransformator under drift

består som oftest av en rekke hoved- og

hjelpekontaktpar mellom hvilke det er

koblet ohmske motstander (såkalte overkoblingsmotstander), som ved avvekslende

slutning og bryting av hoved- og hjelpe-kontaktparene forbigående innkobles i

trinntransformatorens ytre strømkrets.

Overkoblingsmotstandene skal ved last-omkobling fra et transformatoruttak til

et annet hindre en avbrytning av drifts-strømmen og en kortslutning mellom de

forskjellige transformatoruttak. Motstands-dimensj oner ingen skal være slik at under

belastningsomkoblingen skal driftsstrøm-men tilføres forbrukernettet med minst

mulig spenningsfall slik at også samtidig

den mellom to ved siden av hverandre lig-gende uttak på trintransformatoren opp-ståtte utligningsstrøm begrenses i tillate-lig grad. I første tilfelle skal overkoblingsmotstandene ha minst mulig motstand, og

i det annet tilfelle skal de være høyest

mulig. Ved disse motstridende krav er det

altså i alle tilfelle nødvendig med et kom-promiss med hensyn til størrelsen av motstandsverdiene. For det tredje må det tas

hensyn til at ved innkobling av overkoblingsmotstandene i strømkretsen av nett-strømmen og utjevningsstrømmen på de

hertil tjenende hoved- og hjelpekontakter

må der opptre minst mulige koblingsstrøm-mer og lavest mulige koblingsspenninger

(tilbakevendende spenninger) da dimen-sjoneringen av belastningsomkobleren i

vesentlig grad er avhengig av deres stør-

relse, særlig ved transformatorer for de høyeste spenninger.

Når man har bestemt seg for en viss dimensjonering av belastningsomkobleren og overkoblingsmotstandene, må man under belastningsomkoblingen bryte strøm-mer som bare i noen koblingsstillinger er betinget av den på forhånd oppgitte nett-strøm, og i andre koblingsstillinger bare er betinget av trinnspenningen mellom to uttak. I mellomliggende koblingsstillinger er koblingsstrømmene betinget såvel av

nettstrømmen som av trinnspenningen.

Den ovenfor nevnte, for den enkelte lys-bueslukning foruten koblingsstrømmen bestemmende «tilbakevendende spenning» er foruten av nettstrømmen og trinnspenningen også samtidig betinget av over-koblingsmotstandenes verdi.

Så lenge belastningsomkoblerens an-vendelsesområde er begrenset bare til normale driftsbetingelser med vanlige driftsspenninger og driftstrømmer, og så lenge der for uvanlige driftstilfelle, slik som opptreden av overspenningsbølger og belastningsomkobling under en kortslutning er anordnet særskilt beskyttelsesihnretnin-ger, fører de ovenfor nevnte funksjoner som belastningsomkobleren er beregnet for til tross for at de i sin virkning på den nevnte motstandsdimensjonering er motstridende, til økonomisk forsvarlige utførel-sesformer.. Hvis man imidlertid vil beherske høye driftsspenninger og strøm-mer, overspenningsbølger og kortslutnings-strømmer ved hjelp av én belastningsomkobler, fører de hittil anvendte grunnset-ninger for konstruksjonen av belastnings-omkoblere til uforholdsmessig store dimen-sjoner og omkostninger.

Foreliggende oppfinnelse skal tilveiebringe en bedre og mer økonomisk måte til overvinnelse av vanskelighetene ved hjelp av overkoplingsmotstander hvis motstands verdier endrer seg med den strøm og/eller spenning som de utsettes for. Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved at der anvendes ohmske overkoplingsmotstander som består av en kombinasjon av ohmske motstandselementer med konstante motstandsverdier, og ohmske motstandselementer med motstandsverdier som er foranderlige i samsvar med den strøm og/ eller spenning de er utsatt for.

Motstandselementer med foranderlig motstandsverdi kan være oppdelt i flere delementer hvor i tilfelle seriekopling de enkelte elementer er parallellkoplet med tilsvarende deler av de konstante motstandselementer. En ytterligere fordelaktig utførelse består i at motstandselementene med foranderlig motstandsverdi er oppdelt i flere delelementer hvor i tilfelle av parallellkopling de enkelte delelementer er seriekoplet med tilsvarende deler av de konstante motstandselementer.

Fortrinnsvis er motstandselementene bare forbigående kombinert med hverandre under belastningsomkoplingen ved hjelp av belastningsomkoplerens hoved- og hjelpekontakter. Motstandselementene kan også bare forbigående kombineres med hverandre ved hjelp av overspenningsven-tiler.

På denne måte kan koplingsstrømmer og -spenninger ved vanlig transformator-drift reduseres til mindre verdier enn tid-ligere. Særlig kan ved belastningsomkop-ling ved overstrøm (i grensetilfelle kortslutning) de over koplingskontaktene opp-tredende kopllngsspenninger reduseres i betydelig grad. Dessuten kan overspen-ningsbølger brytes ned i den grad at de er uskadelige for belastningsomkoplerne.

Fig. 1—6 viser forskjellige anvendelsesmuligheter og utformingsmuligheter for de ohmske overkoplingsmotstander ifølge oppfinnelsen med foranderlige motstandsverdier, og som skal beskrives detaljert neden-for. Ved den praktiske utførelse vil, alt etter den fremherskende hensikt, forskjelligartede kombinasjoner av de beskrevne utformnings- og anvendelsesmuligheter komme på tale sammen med i og for seg kjente utførelsesformeir av belastnings-omkoplere.

I fig. 1 er vist det almindelige anven-

delsestilfelle av foranderlige overkoblingsmotstander i forbindelse med et kjent belastningsomkobler-kontaktsystem L med to hovedkontakter Ha, Hb og to hjelpekontakter ha, hb som direkte resp. over overkoblingsmotstander Ra, Rb, er forbundet med transformattoruttakene A, B. Strøm-avledningen skjer over kontaktsegmentet K ved C. Pilene som er trukket gjennom overkoblingsmotstandene Ra, Rb betyr at motstandsverdiene er regulerbare.

Hovedkontaktutkobling: I den viste stilling i hvilken kontaktsegmentet K står i retning av den strekede pil 1, flyter drifts-strømmen fra uttaket A over hovedkontakten Ha og kontaktsegmentet K til avled-ningen C og videre inn i nettet (stilling 1). Ved belastningsomkobling fra uttaket A til uttaket B blir ved dreining av kontaktsegmentet K mot urviseren først hjelpekontakten ha innkoblet, slik at der oppstår en ytterligere strømvei fra A over Ra, ha, K til C (stilling 2). Transformatorbe-lastningen går imidlertid først over denne strømvei når den med uttaket A direkte

forbundne hovedkontakt Ha er åpnet. Ved

bevegelsen av kontaktsegmentet K mot urviseren blir der ved sluttet hjelpekontakt ha først trukket en lysbue på kontakten Ha. Med økende lysbuemotstand på Ha går en økende del av strømmen over motstanden Ra inntil denne ved slukning av lysbuen på Ha (i normaldrift ved første nullgjennomgang) overtar hele nettstrøm-men Jn (stilling 3). Da Ra er en ohmsk motstand, er den mellom hovedkontakten Ha og kontaktsegmentet K tilbakevendende spenning lik spenningsfallet i overkoblingsmotstanden Ra. Ved valg av den regulerbare motstandskarakteristikk i av-hengighet av den gjennomflytende strøm

(i dette tilfelle er den lik nettstrømmen

Jn) kan man sørge for at den på Ha-K tilbakevendende koblingsspenning ikke vil endre seg proporsjonalt med størrelsen av nettstrømmen Jn som ved konstante motstander, men bare innenfor ringe grenser.

Eksempel: Et halvledermateriale M med en motstandsavhengighet av strøm og spenning som tilsvarer ligningen:

Ved foreliggende tilfelle opptrer da ved 8-ganger større nettstrøm Jn ikke slik som ved konstante overkoblingsmotstander en 8-ganger større tilbakevendende koblingsspenning, men bare den dobbelte. Da di-mensjonene av belastningsomkobleren er mer avhengig av den tilbakevendende spenning enn av koblingsstrømmen, byr anordningen med ved strømgjennomgang foranderlige overkoblingsmotstander en betydelig fordel for denne første beskrevne utkobling av hovedkontakten Ha. Ved denne utkobling av Ha kommer det hoved-sakelig an på sikkerhetsgraden ved belastningsomkoblingen (i grensetilfelle ved kortslutning).

Hjelpekontaktutkobling: Ved videre dreining av kontaktsegmentet K fra stillingen 3 til stillingen 4, sluttes den annen hjelpekontakt hb og dermed en tredje strømvei fra uttaket B over Rb, hb, K til C. Nettstrømmen Jn vil altså i dette øye-blikk deles opp på de to uttak A og B i et forhold som er bestemt av øyeblikksver-diene av overkoblingsmotstandene Ra og Rb. Størrelsen av disse to delstrømmer gjør seg imidlertid gjeldende ved en ytterligere omstendighet. Det oppstår nemlig samtidig med den overfor nevnte tredje strømvei også en fjerde fra A over Ra, ha, hb, Rb til B. Spenningsdifferansen mellom A og B (trinnspenningen Uab) bringer over denne fjerde strømvei en utlignings-strøm Jab til å flyte, hvilken strøm er avhengig av summen av motstandsøyeblikks-verdiene av Ra + Rb og er uavhengig av-vikende fra de hittil beskrevne delstrøm-mer av nettstrømmen Jn. Denne i og for seg uønskede utjevningsstrøm Jab flyter altså også ved en belastningsomkobling ved en transformator på tomgang. Ved vanligvis like store og konstante overkoblingsmotstander Ra = Rb = R er størrel-sen av utligningsstrømmen

lik på begge uttak. Denne tomgangstilstand endrer seg ved transformatorens belast-ning med en nettstrøm som vokser fra 0 til Jn. Jn deler seg på grunn av like store overkoblingsmotstander likt på de to uttak A og B. Derved vokser også den fra A kom-Ja mende delstrøm Ja fra Jab til Jab + —-—

mens delstrømmen Jb som kommer minsker til Jab

—<2>- Det oppstår således en ujevn

strømfordeling til skade for uttaket A. Herved blir hjelpekontakten ha ved bevegelsen fra stilling 4 til 5 belastet utover det tillatelige.

Ifølge oppfinnelsen blir den uønskede økning av delstrømmen Ja i høy grad for-hindret når der anvendes overkoblingsmotstander med foranderlig motstandsverdi. Det i forbindelse med hovedkontakt-utkoblingen omtalte halvledermaterialet M, vil f. eks. bevirke at på strømøknings-siden (uttaket A) vil motstandsverdien Ra avta og på strømminskningssiden (uttaket B) vil imidlertid Rb øke i langt høyere grad. Herved vil summen av motstandene Ra + Rb få en økning som i høy grad vil minske den uønskede utjevningsstrøm Jab som bare er bestemt av den konstante trinnspenning Uab på den ene side, og summen av motstandene Ra + Rb på den annen side. Derved minsker også koblings-strømmen Ja på hjelpekontakten ha. Til denne gunstige virkning kommer dessuten den kjensgjerning at også den på hjelpekontakten ha tilbakevendende koblingsspenning minskes (stilling 5). I denne kob-lingsstilling flyter hele nettstrømmen Jn fra uttaket B over Rb, hb, K til C. Den tilbakevendende spenning som da opptrer mellom kontaktsegmentet K og hjelpekontakten ha er da lik summen av spenningsfallet på Rb og trinnspenningen Uab. Mens den sist nevnte er konstant, blir spenningsfallet over Rb ved valg av en foranderlig motstand på samme måte betydelig mins-ket slik det ble beskrevet ved hovedkon-taktutkoblingen. De samme synspunkter og slutninger for hensiktsmessigheten av overkoblingsmotstandene ifølge oppfinnelsen gjelder altså for den beskrevne hjelpekontaktutkobling. Bare for fullstendighe-tens skyld skal det nevnes at den videre dreining av kontaktsegmentet K til stillingene 6 og 7, gir en direkte innkobling av hovedkontakten Hb og en kortslutning av overkoblingsmotstanden Rb. Strømmen flyter da fra det nye uttak B over Hb, K til C. Dermed er omkoblingen tilendebragt.

Ved den ovenstående beskrivelse av fig. 1 ble foranderligheten av overkoblings-verdien av de to overkoblingsmotstander

Ra og Rb bare antydet eksempelvis, uten at karakteristikken for foranderligheten

ble nærmere fastlagt. Ved en praktisk ut-førelse er man imidlertid nødt til å tilpasse motstandskarakteristikken til de foreliggende forhold. Dette oppnås på enkel måte ved at en kombinasjon av motstandselementer med konstante og foranderlige motstandsverdier kan velges uavhengig av hverandre. De forskjellige elementer kan også ha forskjellige forand-ringskarakteristikker og forbindes med hverandre parallelt eller i serie. F. eks. til-

veiebringer en konstant motstand serie- b koblet med en foranderlig motstand en li minstebegrensning og en hermed parallell- a koblet konstant motstand en høyeste be- d grensning av den foranderlige motstands- d verdi. På samme måte tilveiebringer en o parallellkobling av to foranderlige mot- k stander med forskjellige krumme karakte- s ristikker en økning av den minste, og en £ minskning av den høyeste motstandsverdi. r Et generelt eksempel på en slik kombina- 6 sjon er gitt i fig. 2. For enkelhets skyld er l bare den øvre halvdel av belastningsom- i kobleren vist. Det symmetriske helhetsbilde - må man tenke seg utført som i fig. 1. Her - er den foranderlige motstand Ral først parallellkoblet med en konstant motstand i Ra2. Denne delkombinasjon blir i første j rekke en høyeste begrensning av den for- j anderlige motstandsverdi. Dessuten er yt- ] terligere foranderlig motstand med en an- . nen. karakteristikk Ra4 med en seriekoblet 1 konstant motstand Ra3, som på sin side : tilveiebringer en minste begrensning av den foranderlige motstandsverdi, som en tredje motstand parallellkoblet med de ovenfor nevnte parallelle motstander. Ved denne generelle utførelse kan alle karak-teristikkverdier, resp. absoluttverdier av motstandene Ral—Ra4 være således beregnet at der oppnåes en motstandskombi-nasjon som er gunstig i det spesielle tek-niske tilfelle.

Som oftest vil man i praksis greie seg med foranderlige motstander med bare en karakteristikk og fastlegge den høyeste og minste verdi med konstante parallell- resp. seriemotstander. Alt etter forholdet mellom trinnspenningen og nettstrømmen Jn vil parallell- eller seriekombinasjoner av del-motstånder' være hensiktsmessig' for å til-godese lagerholdet og en rommelig anord-ning av overkoblingsmotstander i belast-] ningsomkobleren: Utførelsesf ormer som muliggjør en byggekloss-oppbygning er vist i fig. 3 og 4.

■ Alle de i figurene 2—4 angitte kombinasjoner av forskjellige delmotstander til en enkel foranderlig overkoblingsmotstand med forut bestemt karakteristikk forutset-ter at de enkelte delelementer stadig er fast forbundet med hverandre. For grense-ydelsestilfelle som er vanskelig å beherske, er det imidlertid ønskelig under belast-ningskoblingen ikke bare å ha to like, men eventuelt også å ha kombinerte overkoblingsmotstander ifølge fig. 1 og 2 til rådig-het. Fra beskrivelsen av utkoblingspåkjen-ningene på hovedkontakten Ha og hjelpekontakten ha i fig. 1 fremgikk det at i de

Deskrevne koblingsstillinger må forskjellige problemer med hensyn til minskning av koblingsstrømmen og den tilbakevendende koblingsspenning iøses. Dette gjelder i ennå høyere grad når belastningsomkobleren utrustes med flere enn to ut-koblinger pr. belastningsomkobling med slike foranderlige overkoblingsmotstander. Som et enkelt eksempel kan kombinasjo-nen i fig. 5 tjene. Her blir i stillingene 2, 4, 6etter hverandre ved hjelpekontaktene hal, ha2, hb2, hbl, motstandskombinasjonene Ral -f Ra2 forbundet med Ra3 + Ra4, Ra3

+ Ra4 forbundet med Rb3 + Rb4, og Rb3 -f- Rb4 forbundet med Rbl + Rb2 under belastningsomkoblingen. Ved den viste om-kobler blir det som følge av den store kon-taktoverlapping mulig med forbigående innkobling av tre hjelpekontakter, nemlig hal + ha2 + hb2 i stilling 3 og ha2 -f- hb2 -f hbl i stilling 5, hvorved det fremkommer to ytterligere kombinasjoner Ral—Ra4 med Rb3 4- Rb4 samt Ra3 + Ra4 med Rbl— Rb4. Sammenligner man motstandskombinasj onen Ral—Ra4 i fig. 5 med den med de samme betegnelser forsynte motstandskombinasj on i fig. 2, så ser man at den eneste forskjell består i en utskillelse av

den parallellkoblede gruppe Ral + Ra2

og den seriekoblede gruppe Ra3 -f- Ra4 som er forbundet med to hjelpekontakter hal og ha2 (fig. 5) istedet for bare en hjelpekontakt ha (fig. 2). Ved denne fordob-ling av antallet hjelpekontakter er det . altså mulig med samme antall motstander å tilveiebringe forskjelligartede parallell-og seriekombinasjoner under belastningsomkoblingen ved forbigående sammenkob-ling av flere hjelpekontakter. Det er klart at det herved er mulig å tilpasse karakteristikken og de absolutte verdier av motstandskombinasj onene med de enkelte hoved- og hjelpekontakter til det foreliggende behov.

Ved anordningen i fig. 5 blir de forskjellige kombinasjoner ved en tvangs-messig rekkefølge av hoved- og hjelpekon-taktsammenkoblinger tilveiebragt ved hjelp av kontaktsegmentet K. Det finnes imidlertid også tilfelle i belastningsomkob-lingspraksisen hvor det er ønskelig å fore-ta slike motstandskombinasj oner bare i særlige tilfelle som ved overstrøm ved kortslutning og overspenning ved lynned-slag, og som ikke opptrer i normal drift. Dette kan oppnås ved anbringelse av ek-stra automatisk virkende koblingselemen-ter. I fig. 6 er vist en slik utførelsesmulig-het, hvor der i tilfelle av en overspennings-bølge kommer til virkning en gnistbane fab, fa, fb, og en parallell- resp. serie-kobling av overkoblingsmotstandene Ral,

resp. Rbl med konstante motstander Ra2

resp. Rb2. Når overspenningen har passert,

slukker gnistbanene igjen og den normale

belastningsomkobling betjenes på vanlig

måte bare med overkoblingsmotstandene

Ra2 og Rb2. Også i tilfelle av en overstrøm

kan disse gnistbaner reagere da overstrøm-men i de konstante motstander Ra2 resp.

Rb2 frembringer et spenningsfall som tilsvarer gnistbanenes tennspenning. Herved

blir de foranderlige motstander Ral resp.

Rbl parallellkoblet og den under henvis-ning til fig. 1 beskrevne overordentlig ster-ke reduksjon av kombinasjonens mot-standverdi inntrer hvilken også minsker

den tilbakevendende koblingsspenning på

kontakten Ha resp. ha til en verdi som lett

beherskes av belastningsomkobleren.

Claims (5)

1. Belastningsomkopler for omkopling

av uttak på en trinntransformator under drift ved hjelp av mellom omkoplerens hjelpekontakter og transformatorens uttak koplede overkoplingsmotstander, hvis motstandsverdier endrer seg med den strøm og/eller spenning de er utsatt for,karakterisert ved at der anvendes ohmske overkoplingsmotstander som be- står av en kombinasjon av ohmske mot standselementer med konstante mot standsverdier, og ohmske motstandselementer med motstandsverdier som er foranderlige i samsvar med den strøm og/eller spenning de er utsatt for.

2. Belastningsomkopler ifølge påstand 1, karakterisert ved at motstandselementene med foranderlig motstandsverdi er oppdelt i flere delelementer hvor i tilfelle seriekopling de enkelte delelementer er parallellkoplet med tilsvarende deler av de konstante motstandselementer.

3. Belastningsomkopler ifølge påstand 1, karakterisert ved at motstandselementene med foranderlig motstandsverdi er oppdelt i flere delelementer hvor i tilfelle av parallellkopling de enkelte delelementer er seriekoplet med tilsvarende deler av de konstante motstandselementer.

4. Belastningsomkopler ifølge påstand 1, karakterisert ved at motstandselementene bare forbigående er kombinert med hverandre under belastningsomkoplingen ved hjelp av belastningsomkoplerens hoved- og hjelpekontakter.

5. Belastningsomkopler ifølge påstand 1, karakterisert ved at motstandselementene bare forbigående kombineres med hverandre ved hjelp av overspen-ningsventiler.