ТИРИСТОРНЫЙ СТУПЕНЧАТЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ Российский патент 2005 года по МПК H01F29/04 H02P13/06 

Изобретение относится к тиристорному ступенчатому выключателю для непрерывного переключения между разными отводами обмотки ступенчатого трансформатора под нагрузкой, состоящему из механического ступенчатого искателя для производимого без затрат мощности предварительного выбора соответствующего отвода обмотки, на который должно быть произведено переключение, и из силового выключателя с тиристорами в качестве коммутационных средств для собственно непрерывного переключения с первоначального на предварительно выбранный новый отвод обмотки под нагрузкой.

Тиристорные ступенчатые выключатели вышеуказанного типа обычно называют также гибридными ступенчатыми выключателями, так как они наряду с тиристорами в силовом выключателе имеют в качестве электронных коммутационных средств также механические контакты, в частности, механические избирательные контакты. Необходимо упомянуть, что наряду с вышеуказанными, известны также так называемые вольттиристорные выключатели, раскрытые, например, из WO 95/27931, в которых отсутствуют подвижные механические коммутирующие элементы и которые имеют большие размеры и сложную конструкцию, и соответственно, не пользуются спросом и в остальном не относятся к предмету настоящего изобретения.

Настоящее изобретение относится в наибольшей степени к тиристорным ступенчатым выключателям вышеуказанного типа, то есть к гибридным ступенчатым выключателям.

Тиристорные ступенчатые выключатели такого типа можно подразделить на два разных вида прибора с разными принципами работы.

Из DE 3223892 C2 известен тиристорный ступенчатый выключатель такого типа, работающий по принципу коммутации. При этом переключение нагрузки производится посредством управляемой коммутацией током нагрузки включенной встречно-параллельно пары тиристоров в ответвлении силового выключателя на другую пару тиристоров в другом ответвлении. Ступенчатые выключатели этого типа производились и применялись в 80-е годы в отдельных случаях в качестве выключателей проходного типа. При этом активная часть силового выключателя установлена на опорном изоляторе над баком трансформатора в заполненном воздухом корпусе, а другая часть выключателя погружена в заполненный маслом бак трансформатора. Бак трансформатора частично заполнен электроизоляционным маслом и соединен с наружным воздухом через сборник силикагеля. Внутри корпуса активной части находится рама, на которой установлены электронные блоки переключателя нагрузки. Сам опорный изолятор закреплен на стандартном фланце; в закрытой защитной крышкой фланца в верхней части масляной камеры переключателя нагрузки находится несущая конструкция с соединительными контактами. Но такой выключатель занимает очень много места, особенно вследствие большого проходного отверстия из фарфора между корпусом электронного оборудования над трансформатором и погруженной в трансформатор деталью прибора с несущей конструкцией и механическими вспомогательными выключателями. Кроме того, затруднен также доступ к отдельным компонентам на заполненном маслом участке, что затрудняет техническое обслуживание. В целом выключатель рассмотренного типа до настоящего времени не нашел спроса.

Из WO 98/48432 известен тиристорный ступенчатый выключатель с промежуточным сопротивлением. В нем предусмотрена одна единственная включенная встречно-параллельно пара тиристоров, параллельно которой включено промежуточное сопротивление. Особыми механическими переключающими контактами можно приводить в действие как пару тиристоров, так и промежуточное сопротивление в определенной последовательности переключения и включать в цепь тока. При этом через промежуточное сопротивление при переключении нагрузки кратковременно проходит ток нагрузки и затем ток контура, который вызывается ступенчатым напряжением регулировочной обмотки. Конструкция основанного на этой схеме тиристорного ступенчатого выключателя известна из фирменного издания "OLTC Hybrid-Diverter Switch with Thyristors" фирмы ELIN OLTC GMBH, AT, а также из статьи "Hybrid-Transformatorstufenschalter TADS - ein zukunftweisendes Konzept zur Verlängerung der Wartungsinterwalle" в журнале "e & i", Heft 11, 1999. При этом полный выключатель спроектирован как полностью погружаемая в заполненный маслом бак трансформатора вставка. Недостатком выключателя по данному варианту выполнения является то, что тиристоры подвержены негативному воздействию горячего трансформаторного масла, сокращающему срок службы электронных конструктивных элементов, которые надежно работают, как правило, только при окружающих температурах до приблизительно 100°С. Дополнительная проблема состоит в том, что, что в промежуточном сопротивлении, и в большинстве случаев во многих имеющихся промежуточных сопротивлениях, токовая нагрузка преобразует значительную часть энергии в теплоту, которая вредит работе тиристоров. В описанных известных ступенчатых выключателях это приводит к тому, что можно производить только ограниченное количество переключений нагрузки в определенный промежуток времени для того, чтобы вызванное промежуточными сопротивлениями выделение тепла не превышало граничного значения. Для многих случаев промышленного применения этот фактор является нежелательным. В этой связи уже предложено предусмотреть дополнительный температурный автоматический выключатель, который при превышении температуры окружающей среды тиристоров некоторого предельного значения блокирует электропривод и выключает тем самым гибридный тиристорный выключатель. Представляется очевидным, что такой способ не мог найти широкого промышленного применения, поскольку он не снимает проблему, а только позволяет устранить ее последствия.

Задача изобретения заключается в создании тиристорного ступенчатого выключателя вышеуказанного типа, то есть гибридного выключателя, который устраняет вышеуказанные недостатки, в частности, позволяет обойтись без трудоемких проходных изоляторов и систем опорных изоляторов, являясь компактным и ремонтопригодным и при осуществлении соответствующего выбора размеров тиристоров делает возможным реализовать любое количество выполнимых друг за другом схем.

Данная задача решается предлагаемым тиристорным ступенчатым выключателем с признаками первого пункта формулы изобретения. Вспомогательные пункты относятся к наиболее предпочтительным усовершенствованным вариантам осуществления изобретения.

Главное преимущество изобретения заключается в том, что тиристоры простым способом термически отсоединяются как от горячего трансформаторного масла, так и от промежуточных сопротивлений без использования с этой целью для этого трудоемкой конструкции или крупногабаритных проходных конструкций. В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения благодаря использованию автономной конструкции промежуточных сопротивлений преобразованная в них в теплоту энергия может простым способом отводиться через естественный или принудительный охлаждающий контур, в частности, с воздушным охлаждением. Одновременно исключается излучение теплоты на другие детали прибора, их нагрев и, как следствие, повреждение тиристоров. За счет этого тиристорный ступенчатый выключатель позволяет формировать любое количество переключений нагрузки одно за другим, хотя предельная допустимая нагрузка тиристоров при заданной кратковременной работе тиристоров не представляет проблемы.

Ниже приводится подробное описание варианта осуществления изобретения. На чертеже показан тиристорный ступенчатый выключатель в варианте осуществления с промежуточным сопротивлением.

Заштрихованный участок слева на чертеже показывает заполненный маслом бак 1 трансформатора. В нем схематически обозначены обмотки 2, 3 и справа ступенчатая регулировочная обмотка 3 с отдельными отводами 1...n обмотки. Каждый из этих отводов 1...n обмотки электрически соединен с твердым контактом K1...Kn ступенчатого искателя 4 тиристорного ступенчатого выключателя. Твердые контакты K1...Kn известным способом включаются двумя подвижными избирательными контактами 5, 6. За пределами бака 1 трансформатора, сбоку от него и над пластиной 7 прохода установлен в отдельном корпусе 8 соединенный с ним силовой выключатель 9, работающий в воздушной среде. Электрические соединительные провода 10, 11 от ступенчатого искателя 4 к силовому выключателю, а также отвод нагрузки 12 проведены через отдельные маслонепроницаемые проходные изоляторы 13, 14, 15 в пластине 7 проходных изоляторов. Силовой выключатель 9 в зависимости от принятой за основу схемы может состоять из разных блоков. В показанном примере выполнения показана схема, известная из WO 98/48432. При этом D1 и D2 обозначают контакты длительного включения, которые в стационарном режиме проводят ток длительной нагрузки, то есть создают соответствующее соединение от одного из подвижных избирательных контактов 5 или 6 к отводу нагрузки L. SR означает шунтирующий выключатель к отводу нагрузки L. Позиция 16 показывает единственную, включенную встречно-параллельно пару тиристоров, и СТ и CR обозначают два переключателя. При этом коренной контакт переключателя СТ электрически соединен с парой тиристоров 16, коренной контакт переключателя CR - с промежуточным сопротивлением 17.

В соответствии с лучшим вариантом осуществления изобретения сбоку на отдельном корпусе 8, разделенном разделительной стенкой 18, предусмотрена еще одна отдельная деталь 19 корпуса, в которой, также в воздухе, установлено промежуточное сопротивление 17. Вверху и внизу в данной детали 19 корпуса предусмотрены отверстия 20, 21 так, что отдельный воздушный поток для охлаждения промежуточного сопротивления 17 может проводиться через деталь 19 корпуса.

В целом на чертеже проиллюстрирована наиболее простая конструкция в соответствии с изобретением. Ступенчатый искатель 4 тиристорного ступенчатого выключателя установлен в наполненном маслом баке 1 трансформатора и омывается трансформаторным маслом. За счет этого обеспечиваются смазка механических контактов и достаточная электрическая прочность всей системы. Само переключение нагрузки с помощью пары 16 тиристоров производится вне бака трансформатора 1 в воздушной среде. Тем самым исключается негативное воздействие горячего трансформаторного масла на пару 16 тиристоров. Электрическое соединение между обоими блоками отличается простотой и состоит из трех электрических соединительных проводов 10, 11, 12, проходящих через проходную пластину 7. Как уже было отмечено выше, основное преимущество заявленной конструкции заключается в том, что промежуточное сопротивление 17 в следующей отдельной детали 19 корпуса размещено также в воздухе. Тем самым обеспечивается охлаждение теристоров и исключается любое термическое воздействие на пару 16 тиристоров.

Изобретение не ограничено приведенной в примере осуществления известной схемой с парой тиристоров, с одним промежуточным сопротивлением и со специальной схемой дополнительного механического выключателя. В рамках изобретения применим также любой другой выключатель нагрузки с любой системой одной или нескольких пар тиристоров в качестве коммутационного средства и независимо от количества, схемы подключения и последовательности приведения в действие имеющихся других механических включателей. В изобретении могут быть использованы различные способы получения напряжения зажигания для отдельных тиристоров.

Использование: для непрерывного переключения между разными отводами обмотки ступенчатого трансформатора под нагрузкой. Технический результат заключается в повышении надежности и срока службы за счет устранения воздействия на тиристоры выключателя горячего трансформаторного масла. Тиристорный ступенчатый выключатель состоит из механического ступенчатого искателя и переключателя нагрузки. При этом только ступенчатый искатель размещен в заполненном маслом баке трансформатора, а выключатель нагрузки с тиристорами находится в пристроенном сбоку отдельном корпусе в воздушной среде. 3 з.п ф-лы, 1 ил.

1. Тиристорный ступенчатый выключатель для непрерывной коммутации отводов обмотки ступенчатого трансформатора под нагрузкой, содержащий механический ступенчатый искатель для производимого без затрат мощности предварительного выбора соответствующего отвода обмотки, на который должно быть произведено переключение, и силовой выключатель нагрузки, по меньшей мере, с одной парой тиристоров, включенных встречно-параллельно, для непрерывного переключения с первоначального на предварительно выбранный новый отвод обмотки под нагрузкой, отличающийся тем, что ступенчатый искатель (4) установлен в заполненном трансформаторным маслом баке (1) ступенчатого трансформатора, причем силовой выключатель нагрузки, по меньшей мере, с одной включенной встречно-параллельно парой (16) тиристоров установлен в воздушной среде в отдельном корпусе (8), размещенном сбоку на баке (1) трансформатора и отделенном от него пластиной (7) проходных изоляторов, а соединительные провода (10, 11, 12) от ступенчатого искателя (4) к силовому выключателю (9) проведены через пластину (7) проходных изоляторов.2. Тиристорный ступенчатый выключатель по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно промежуточное сопротивление (17) силового выключателя (9) нагрузки размещено в следующей отдельной детали (19) корпуса, которая со своей стороны отделена от корпуса (8) разделительной стенкой (18).3. Тиристорный ступенчатый выключатель по п.2, отличающийся тем, что деталь (19) корпуса имеет, по меньшей мере, одно отверстие (20, 21) для циркуляции воздуха.4. Тиристорный ступенчатый выключатель по п.З, отличающийся тем, что для циркуляции воздуха предусмотрен, по меньшей мере, отдельный вентилятор.