ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ ОТВОДОВ С ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ПЕРЕКЛЮЧАЮЩИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ Российский патент 2014 года по МПК H01H9/00 H01F29/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к переключателю отводов с полупроводниковыми переключающими элементами для бесперебойного переключения между ответвлениями обмотки в трансформаторе с ответвлениями. В этом случае, изобретение касается переключателя отводов в соответствии с принципом переключателя отводов под нагрузкой.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Переключатели отводов известны в различных типах вариантов осуществления, в принципе, они могут различаться на переключатели отводов под нагрузкой, на устройство с раздельными переключателями для выбора нового ответвления обмотки, на которую нужно переключиться при отключенном питании, и на раздельные переключатели отводов под нагрузкой для последовательного фактического переключения. В публикации Акселя Кремера: Переключатели отводов под нагрузкой для силовых трансформаторов, публикация MR, 2000, предлагается хороший краткий обзор относительно различных форм конструкции. Подробности разъясняются на странице 7f данной публикации. Независимо от типа конструкции, все переключатели отводов имеют общий нагрузочный шунт, который, как правило, независимо от мгновенной установки переключателя отводов производит соединение главной обмотки с трансформатором.

Например, переключатель отводов известен из документа WO 99/60588, который, как в целом является общепринятым в соответствии с предшествующим уровнем техники, содержит один такой нагрузочный шунт. В известном решении, этот нагрузочный шунт сконструирован в качестве электропроводящего кольцевого шунта, концентрически окружающего распределительную колонну. Часть контактной перемычки скользит по кольцевому шунту, а другая часть контактной перемычки электрически соединяется с соответствующим неподвижным контактом обмотки.

Почти такая же компоновка переключателя отводов известна из DE 3833126 A1. В частности, на фиг.4 данного документа изображен сплошной шунт, и здесь он представлен в виде схематической иллюстрации.

Для переключателей отводов с механическими контактами или также с вакуумными переключающими элементами, используемыми в качестве средства переключения, не является проблематичным использование этих непрерывных кольцевых шунтов или, в случае линейного включения переключателя отводов, также направляющих шунта, они делают возможной конструктивно простую компоновку. В противоположность этому, у переключателей отводов с полупроводниковыми переключающими элементами имеются различные недостатки. Вследствие постоянного приложения рабочего напряжения и загрузки электронной системы электропитания посредством напряжения грозового разряда, требуются большие изоляционные промежутки, которые не являются желательными. Кроме того, через стенку трансформатора необходимы дорогие высоковольтные кабельные каналы. В целом, известные нагрузочные шунты приводят к постоянной нагрузке на компоненты электронной системы.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является устранение этих недостатков и представление переключателя отводов с полупроводниковыми переключающими элементами, в котором исключается повышенная нагрузка переключающих элементов и в статическом режиме работы гарантируется электрическое отделение переключателя отводов от обмотки трансформатора.

Данная задача решается посредством переключателя отводов в соответствии с категорией с характерными признаками первого пункта формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения относятся к предпочтительному воплощению изобретения.

Конкретное преимущество решения согласно изобретению состоит в том, что в статическом режиме работы все соединительные линии компонентов электронной системы электрически отделены от обмотки трансформатора. Таким образом, компоненты электронной системы надежно отделены от импульса напряжения грозового разряда, а также от постоянной нагрузки посредством рабочего напряжения. Только во время фазы переключения и, следовательно, фактического переключения нагрузки имеется электрическое соединение с обмоткой трансформатора.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В дальнейшем, изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

Фиг.1 изображает схему переключателя отводов в соответствии с изобретением;

Фиг.2 изображает дополнительную форму варианта осуществления переключателя отводов в соответствии с изобретением;

Фиг.3 изображает переключатель отводов в соответствии с изобретением при другом его соединении с трансформатором.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг.1 изображен переключатель отводов, содержащий электронный переключатель 1 отводов под нагрузкой. В этом случае предоставлены два полупроводниковых переключателя 2, и 3, имеющие соответствующий электрический вход 4 или 5 и общий электрический выход 6. Таким образом, переключатель 1 отводов под нагрузкой состоит из двух токовых цепей, одной для стороны, которая должна быть выключена, и одной для стороны, принимающей на себя функции выключенной стороны, реализованных соответственно посредством полупроводниковых переключателей 2 или 3. Электрические входы 4, 5, а также электрический выход 6 ведут, через кабельные каналы 7, в систему 8 механических контактов. Система 8 механических контактов содержит держатель 9 контактов, который обозначается на чертеже просто посредством пунктирной линии. Держатель 9 контактов содержит контактные перемычки 10, 11, 12, 13, которые скомпонованы в нем неподвижно. Контактные перемычки с 10 по 13 являются электропроводящими, но по отношению друг к другу они являются изолированными, на их концах имеются контактные ролики, компоновки подвижного контакта или подобные средства, которые, по существу, являются известными и которые на чертеже изображены лишь схематично. Позднее более подробно обсуждаются контактные перемычки с 10 по 13, а также дополнительно присоединенный добавочный ролик 14. Каждый из контактов 15 отвода, проиллюстрированных на фиг.1, соответствует отводу обмотки n, n+1,..., регулировочной обмотки трансформатора с отводами.

Кроме того, в системе механических контактов обеспечено три контактных направляющих 16, 17, 18, каждая из которых является электропроводной и которые электрически соединены соответственно с электрическим входом 4, электрическим входом 5 и электрическим выходом 6 полупроводниковых переключателей 2, 3.

В соответствии с изобретением, нагрузочный шунт разделяется, то есть он не имеет сплошной направляющей шунта или подобного, известного из предшествующего уровня техники. Вместо этого, в данном случае расположены отдельные контакты 19.1, 19.2, 19.3, 19.4, 19.5 шунта и, как видно в направлении перемещения держателя 9 контактов, соответствуют по длине неподвижным контактам 15 обмотки. Другими словами: местоположение и определение размеров контактов с 19.1 по 19.5 шунта соответствуют, в другой горизонтальной плоскости, местоположению и определению размеров неподвижных контактов 15 переключателя отводов. В случае изображенной в настоящем документе формы варианта осуществления, контактные направляющие с 16 по 18 и отдельные контакты с 19.1 по 19.5 шунта направлены параллельно друг к другу, при этом держатель 9 контактов выполняет линейное поступательное перемещение для создания контакта. Отдельные контакты с 19.1 по 19.5 шунта соединяются вместе посредством электрического соединения, то есть шунта 20, и направлены к главной обмотке 21. Соединение 20 шунтов может быть выполнено не только внутри, но также и снаружи переключателя отводов.

Один свободный конец первой контактной перемычки 10 может быть соединен с контактами 15 переключателя отводов, а другой ее свободный конец движется по контактной направляющей 16, которая электрически соединена с входом 4 первого полупроводникового переключателя 2. Подобным образом, один свободный конец второй контактной перемычки 11 может быть соединен с неподвижными контактами 15 переключателя отводов, а другой ее свободный конец движется по следующей контактной направляющей 17, которая электрически соединена с входом 5 второго полупроводникового переключателя. Один свободный конец третьей контактной перемычки 12 движется по контактной направляющей 18, которая электрически соединена с общим электрическим выходом 6 электронного переключателя электропитания. Другой ее свободный конец соответствует контактам с 19.1 по 19.5 шунта. Физически между двумя вышеупомянутыми контактными перемычками 10 и 11 обеспечена дополнительная контактная перемычка 13, то есть контактная перемычка шунта, один свободный конец которой может соединяться с неподвижными контактами 15 переключателя отводов, а другой ее свободный конец контактирует с контактами с 19.1 по 19.5 шунта. Кроме того, симметрично относительно описанной выше контактной перемычки 12, располагается контактная перемычка 14, которая электрически соединена с контактной перемычкой 12, и, подобным образом, может быть соединена с контактами 19.1 по 19.5 шунта. Можно заметить, что может быть выполнено электрическое соединение не только контактной перемычки 12 и, таким образом, общего выхода 6 электронного переключателя отводов под нагрузкой, но также и контактной перемычки 13 с одним из контактов с 19.1 по 19.5 шунта, в зависимости от соответствующей установки переключающего держателя 9. В статическом режиме работы, контактная перемычка 13 берет на себя функции прямого электрического соединения между соединенными соответствующим образом контактом 15 переключателя отводов и соответствующим контактом шунта, а также он может являться одним из контактов с 19.1 по 19.5 шунта, в зависимости от соответствующей установки переключателя. Напротив, контактные перемычки 10 и 11, которые ведут к входам электронного переключателя 1 отводов под нагрузкой, не соединены, а полупроводниковые переключатели 2 и 3 переключаются в разомкнутое положение.

В случае переключения нагрузки, держатель 9 контактов перемещается влево или вправо в зависимости от того, должно ли быть произведено переключение в направлении «выше» или «ниже». Как следствие, одна из двух контактных перемычек 10 и 11 движется к контакту 15 переключателя от переключателя отводов для повторного соединения и, таким образом, выполнения электрического подключения к соответствующему входу 4 или 5 соответствующего полупроводникового переключателя 2 или 3. В то же самое время, контактная перемычка 13 отсоединяется от одного из неподвижных контактов 15 переключателя отводов.

Переключение заканчивается, если держатель 9 контактов перемещен вперед до такой степени, что обе соединительные перемычки 10 и 11 снова отсоединяются и контактная перемычка 13 снова принимает на себя функцию постоянной электропроводности.

На фиг.2 изображается дополнительный вариант осуществления изобретения с круговой компоновкой. В данном случае также предусмотрены полупроводниковые переключатели 2 и 3, каждый из которых имеет отдельный электрический вход 4 или 5 и общий электрический выход 6. При этом обеспечиваются контактные ролики 22, 23, 24, каждый из которых движется по соответствующему контактному кольцу 25, 26, 27. Эти контактные кольца с 25 по 27 соответствуют, в отношении их действия, контактным направляющим с 16 по 18 из фиг.1. Неподвижные контакты 15 переключателя отводов предусмотрены в данном случае на концентрической окружности.

Показана центральная ось 28 переключателя. Кроме того, здесь изображены контакты с 19.1 по 19.3 шунта. Эти контакты с 19.1 по 19.3 шунта расположены в горизонтальной плоскости, отличной от неподвижных контактов 14 переключателя отводов. Однако они имеют такую же геометрию контактов, а также вертикальную компоновку, что и неподвижные контакты 15 переключателя отводов.

Кроме того, обеспечен переключающий сегмент 29 из изолирующего материала, который указан просто пунктирной линией, и он имеет возможность поворота вокруг оси 28 для переключения нагрузки на угол, который соответствует интервалу между двумя неподвижными контактами 14 переключателя отводов или двумя контактами с 19.1 по 19.3 шунта. На переключающем сегменте 29 в первой горизонтальной плоскости обеспечены контактные ролики 30, 31, 32, которые имеют возможность соединения посредством неподвижных контактов 15 переключателя отводов. Кроме того, во второй горизонтальной плоскости обеспечены дополнительные контактные ролики 33, 34, 35, которые имеют возможность соединения с одним из контактов с 19.1 по 19.3 шунта, в зависимости от соответствующей установки переключающего сегмента. Контактные ролики 30 электрически соединены посредством контактного кольца 25 с входом 4 первого полупроводникового переключателя 2. Контактный ролик 32 электрически соединен с входом 5 второго полупроводникового переключателя 3 посредством контактного кольца 26. Оба нижних контактных ролика 33 и 35 соединены посредством контактного кольца 27 с общим выходом 6 двух полупроводниковых переключателей 2 и 3. И наконец, верхний контактный ролик 31 и нижний контактный ролик 34 имеют такое электропроводящее соединение 36, что контактный ролик 31, который физически располагается между контактными роликами 30 и 32, может быть непосредственно соединен с помощью нижнего контактного ролика 34, в зависимости от установки, с одним из контактов с 19.1 по 19.3 шунта.

Как уже разъяснялось, в этом варианте осуществления изобретения, переключающий сегмент 29, а вместе с ним и контактные ролики с 30 по 35, выполняют вращательное движение при каждом переключении нагрузки. Однако принцип функционирования остается таким же: в статическом режиме работы, соответствующим образом соединенный неподвижный контакт 15 переключателя отводов электрически соединяется непосредственно с одним из контактов с 19.1 по 19.3 шунта посредством контактного ролика 34 до тех пор, пока полупроводниковые переключатели 2 и 3 не только переключаются в положение размыкания, но также и электрически отделяются от обмотки трансформатора. Только в случае переключения, в зависимости от направления вращения, в каждом случае, один из двух входов 4 и 5 электронного переключателя для переключения под нагрузкой, накоротко соединяется посредством связанных с ними контактных роликов 30 или 32 с соответствующим неподвижным контактом 5 переключателя отводов, который должен быть переключен. Тогда, в то же время, один из контактных роликов 33 и 35 берет на себя функции, то есть только на время переключения, в зависимости от направления вращения, электрического соединения одного из контактов с 19.1 по 19.3 шунта.

Фиг.3 изображает измененное соединение переключателя отводов с трансформатором в соответствии с изобретением. В данном случае, в трансформаторе дополнительно обеспечен переключатель 37 отводов, который, по существу, является известным и который осуществляет переключение способом, предполагающим отсутствие электрического тока. Посредством этого переключателя 37 отводов, части 38 и 39 обмотки трансформатора могут быть соединены другим способом для увеличения итогового доступного количества ступеней напряжения.

При всех вариантах осуществления, описанный переключатель отводов в соответствии с изобретением имеет, по сравнению с предшествующим уровнем техники, существенное преимущество, состоящее в том, что все соединительные линии как к электронному переключателю отводов под нагрузкой, так и от него электрически отделены от обмотки трансформатора. Масляные контуры обмотки между отдельными контактными перемычками и отдельными контактными элементами в этом случае берут на себя функции изоляции между этими компонентами. Электронный переключатель отводов под нагрузкой в случае изобретения отделяется не только от напряжения грозового разряда, но также и от постоянной нагрузки посредством рабочего напряжения. Только во время фактического переключения нагрузки, а именно фазы переключения в диапазоне времени, равном приблизительно 100 миллисекунд, существует электрическое соединение с обмоткой трансформатора и, следовательно, с подводом рабочего напряжения. Изоляция переходов 7, а также изолирующие промежутки в воздухе, могут быть выполнены таким образом, чтобы быть меньше по сравнению с предшествующим уровнем техники.

Изобретение относится к переключателю отводов под нагрузкой, включающему в себя полупроводниковые переключающие элементы для бесперебойного переключения между неподвижными контактами переключателя отводов, которые электрически соединены с отводами обмотки трансформатора с отводами. Каждый из неподвижных контактов переключателя отводов может быть соединен с устройством для отвода заряда либо непосредственно, либо во время переключения через соединенные между собой полупроводниковые переключающие элементы. В соответствии с изобретением, устройство отвода заряда имеет неподвижные разделенные отводящие контактные части для электрической изоляции полупроводниковых переключающих элементов от обмотки трансформатора во время статического режима работы. Технический результат - исключение повышенной нагрузки переключающих элементов и гарантия в статическом режиме работы электрического отделения переключателя отводов от обмотки трансформатора. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Переключатель отводов с полупроводниковыми переключающими элементами для бесперебойного переключения между неподвижными контактами (15) переключателя отводов, электрически соединенными с отводами обмотки трансформатора с отводами, причем неподвижные контакты (15) переключателя отводов расположены вдоль направления перемещения, причем держатель (9) контактов является подвижным вдоль этого направления перемещения, при этом на держателе (9, 29) контактов расположены электропроводные и взаимно изолированные контактные перемычки (10, 11, 12, 13, 14) и две электрически изолированные от них дополнительные электрически взаимосвязанные контактные перемычки (12, 14; 33, 35) так, что посредством указанных контактных перемычек в статическом режиме работы, выборочно, один из неподвижных контактов (15) переключателя отводов непосредственно соединен с шунтом (20) нагрузки, и во время переключения соответствующий один из неподвижных контактов (15) переключателя отводов является временно соединенным с входом (4, 5) одного из полупроводниковых переключателей (2, 3), и дополнительно выход (6) соответствующего полупроводникового переключателя (2, 3) соединен с шунтом (20) нагрузки, и при этом шунт (20) нагрузки содержит неподвижные разделенные контактные элементы (19.1, … 19.5) такого типа, что полупроводниковые переключающие элементы (2, 3) в статическом режиме работы электрически отделяются от шунта (20) нагрузки и, таким образом, от обмотки трансформатора.

2. Переключатель отводов по п.1, отличающийся тем, что неподвижные разделенные контактные элементы (19.1, … 19.5) шунта расположены в дополнительном направлении, параллельном направлению неподвижных контактов (15) переключателя отводов и имеют такое же трехмерное и геометрическое строение.

3. Переключатель отводов по п.1 или 2, отличающийся тем, что неподвижные контакты (15) переключателя отводов и неподвижные контактные элементы (19.1, … 19.5) шунта расположены соответствующим образом вдоль направления в плоскости, а держатель (9) контактов перемещается линейно.

4. Переключатель отводов по п.1 или 2, отличающийся тем, что неподвижные контакты (15) переключателя отводов и неподвижные контактные элементы (19.1, … 19.5) шунта расположены соответствующим образом по круговому направлению, концентрически вокруг оси вращения держателя (9) контактов, имеющего возможность вращения.

5. Переключатель отводов по п.1, отличающийся тем, что полупроводниковые переключающие элементы (2, 3) являются БТИЗ (биполярными транзисторами с изолированным затвором).

6. Переключатель отводов по п.1, отличающийся тем, что каждый из двух полупроводниковых переключающих элементов (2, 3) имеет отдельный электрический вход (4, 5) и общий электрический выход (6).

7. Переключатель отводов по п.1, отличающийся тем, что электропроводные, но взаимно изолированные контактные направляющие (16, 17, 18, 25, 26, 27), каждая из которых расположена в электрическом соединении с одним из электрических входов (4, 5) или с электрическим выходом (6), расположены параллельно направлению неподвижных контактов (15) переключателя отводов.

8. Переключатель отводов по п.7, отличающийся тем, что направление контактных элементов (19.1, … 19.5) шунта параллельно контактным направляющим (16, 17, 18, 25, 26, 27) и они также электрически изолированы относительно них, причем контактные элементы шунта, в свою очередь, электрически соединены с шунтом (20) нагрузки.

9. Переключатель отводов по п.1, отличающийся тем, что контактные перемычки (10, 11, 12, 13, 14) установлены на держателе (9) контактов с таким определением размеров и физическом размещением, что они соответствуют контактным направляющим (16, 17, 18, 25, 26, 27) или одному из контактных элементов (19.1, … 19.5) шунта и имеют возможность осуществления посредством них, в зависимости от переключения, электрического соединения выборочно между одним из неподвижных контактов (15) отвода непосредственно с одним из контактных элементов (19.1, … 19.5) шунта, или электрического соединения между одним из неподвижных контактов (15) отвода и одним из электрических входов (4, 5), или дополнительного электрического соединения между электрическим выходом (6) и одним из контактных элементов (19.1, … 19.5) шунта.