ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ СТУПЕНЕЙ НАГРУЗКИ Российский патент 2015 года по МПК H01F29/04 H01H9/00 

Изобретение относится к переключателю ступеней нагрузки для безразрывного переключения ответвлений обмотки ступенчатого трансформатора.

Ступенчатые трансформаторы известны на протяжении многих лет; раньше у них для переключения ступеней нагрузки были механические контакты, работавшие в масле, в настоящее время многочисленные более новые приборы имеют вакуумные переключатели.

Применение вакуумных переключателей для переключения ступеней нагрузки препятствует возникновению электрической дуги в масле и тем самым загрязнению переключателя нагрузки маслом. Таким образом обеспечивается то, что техническое обслуживание необходимо осуществлять реже.

Переключатели ступеней нагрузки с вакуумными переключателями известны во множестве различных схем с 2, 3, 4 или также с большим количеством коммутирующих вакуумных переключателей на фазу.

Типичная схема, в данном случае с тремя вакуумными переключателями, на фазу, описана в DE 10 2007 004 530 A1.

Однако в разных случаях применения таких известных переключателей ступеней нагрузки с вакуумными переключателями для регулирования силовых трансформаторов необходима высокая прочность по отношению к импульсному напряжению до 100 кВ и выше.

Такими нежелательными импульсными напряжениями, величина которых в значительной степени обусловлена устройством ступенчатого трансформатора и частей обмотки между отдельными ступенями ответвлений, являются, с одной стороны, импульсные напряжения молний, возникающие в сети при ударе молний. С другой стороны, могут иметь место также коммутационные импульсные напряжения, вызываемые непредвиденными коммутационными импульсами в регулируемой сети.

При недостаточной стойкости переключателя ступеней нагрузки по отношению к импульсному напряжению в нагрузочной ветви, не проводящей нагрузочный ток, может произойти кратковременное ступенчатое короткое замыкание или нежелательный пробой керамики или парового защитного экрана вакуумных переключателей, что не только может вызвать стойкое повреждение, но и, в целом, является нежелательным.

Во многих случаях при расчете разрывных промежутков, а тем самым, в частности, и вакуумных переключателей, это приводит к увеличению их размеров, чтобы они гарантированно могли выдерживать описанную нагрузку напряжением. Увеличение размеров является недостатком как из-за небольшого монтажного пространства, которым в настоящее время располагают современные приборы, так и вследствие экономичности, а также доступности таких вакуумных переключателей.

Из DE 2357209 A и DE 2604334 уже известно, что для борьбы с чрезмерными нагрузками напряжением между нагрузочными ветвями следует предусматривать защитные искровые промежутки, или варисторы, или и то, и другое; однако эти средства в разных случаях являются недостаточными и не могут исключить или не полностью предотвращают действие вредных нагрузок импульсным напряжением.

Поэтому задачей изобретения является предотвратить увеличение размеров вакуумных переключателей и в то же время обеспечить переключателю ступеней нагрузки согласно изобретению необходимую диэлектрическую (пробивную) прочность.

Эта задача решается с помощью переключателя ступеней нагрузки с признаками первого пункта формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения относятся к предпочтительным усовершенствованным вариантам выполнения изобретения.

Общая изобретательская идея заключается в смещении описанной нагрузки напряжением с вакуумных переключателей на контактные устройства, установленные последовательно с ними. После успешного отключения или переключения - в зависимости от схемы - с помощью вакуумных переключателей дополнительные контактные устройства согласно изобретению сразу же вслед за этим обеспечивают посредством бестоковой коммутации полную развязку по потенциалу. Перед следующим переключением нагрузки, то есть перед включением вакуумных переключателей, в обратной последовательности посредством контактных устройств согласно изобретению сначала снова осуществляется подключение к потенциалу.

Контактные устройства согласно изобретению могут быть выполнены в виде механических контактов непосредственно в изоляционном масле, они могут быть реализованы также в виде дополнительных вакуумных переключателей или выполнены по полупроводниковой технологии.

Ниже изобретение более подробно поясняется на примерах выполнения, представленных на чертежах, на которых показано:

фиг. 1 - схема первого переключателя ступеней нагрузки согласно изобретению,

фиг. 2 - процесс его переключения,

фиг. 3 - схема другого переключателя ступеней нагрузки согласно изобретению.

На фиг. 1 изображен переключатель ступеней нагрузки, переключатель нагрузки которого безразрывно переключается между двумя ответвлениями А, В обмотки. Посередине изображена электрическая цепь, проводящая в стационарном режиме нагрузочный ток. Она содержит первый вакуумный переключательный элемент MSV и последовательно соединенный с ним механический контакт MTF, который в зависимости от переключателя может соединять каждое из обоих ответвлений А или В с первым вакуумным переключательным элементом MSV. Слева и справа от него показаны обе вспомогательные цепи тока, осуществляющие безразрывное переключение нагрузочного тока; они выполнены с возможностью включения на короткое время при переключении между ответвлениями и отводом LA нагрузки и короткое время проводят контурный ток. Они состоят, соответственно, из дополнительного вакуумного переключателя TTV_A или TTV_V и включенного последовательно с ними промежуточного резистора R.

Согласно изобретению между подключаемыми ответвлениями А, В и вакуумными переключателями TTV_A, TTV_B во вспомогательных цепях тока последовательно с ними включен соответственно контакт SCV_A или соответственно SCV_B, который в стационарном режиме в качестве бестокового вспомогательного переключающего контакта полностью гальванически размыкает вакуумные переключатели TTV_A или TTV_V и осуществляет развязку по потенциалу.

Таким образом, простым и эффективным способом обеспечена надежная защита этих вакуумных переключателей от перенапряжений, например импульсных перенапряжений.

На фиг. 2 изображена последовательность действий этого переключателя нагрузки согласно изобретению. Показано, что контакты SCV_A и SCV_V до начала собственно переключения устанавливают необходимую гальваническую связь вакуумных переключателей TTV_A и TTV_V в соответствующей токопроводящей вспомогательной ветви, а по окончании переключения снова осуществляют развязку по потенциалу в другой вспомогательной ветви.

На фиг. 3 изображен модифицированный вариант выполнения предусмотренного изобретением переключателя нагрузки переключателя ступеней нагрузки. При этом механические контакты SCV_A и SCV_V согласно изобретению выполнены не как отдельные контакты, а как реле с переключающим контактом. Такое выполнение обеспечивает предпочтительное срабатывание этих контактов, в их функционировании и действии ничего не изменяется.

Следует упомянуть, что функция контактов, последовательно соединенных согласно изобретению во вспомогательной электрической цепи с каждым вакуумным переключателем, обозначенных в примерах выполнения как SCV_A или SCV_V, не связана с определенной схемой или числом вакуумных переключателей. В рамках изобретения возможно и целесообразно множество других схем.

Переключатель содержит селектор для выбора ответвления обмотки, на которое следует переключиться, а также собственно переключатель нагрузки с по меньшей мере одной главной ветвью цепи тока и по меньшей мере двумя вспомогательными ветвями тока, в каждой из которых в переключателе нагрузки, работающем с вакуумными переключателями как с коммутирующими элементами, помимо контактов селектора предусмотрены соединенные последовательно с ними и с соответствующим ответвлением обмотки дополнительные переключатели, осуществляющие в стационарном режиме полное гальваническое размыкание вакуумных переключателей. Технический результат - обеспечение переключателю нагрузки необходимой диэлектрической прочности без увеличения размеров вакуумных переключателей. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Переключатель ступеней нагрузки для безразрывного переключения ответвлений обмотки ступенчатого трансформатора, содержащий
селектор для выбора без потребления мощности нового ответвления обмотки, на которое следует переключиться,
а также переключатель нагрузки для собственно безразрывного переключения нагрузки,
причем переключатель нагрузки содержит по меньшей мере одну главную ветвь цепи тока, которая в стационарном режиме проводит нагрузочный ток от подключенного ответвления обмотки до отвода нагрузки по меньшей мере через один вакуумный переключатель, и
причем переключатель нагрузки, кроме того, содержит по меньшей мере две вспомогательные цепи тока, которые, соответственно, представляют собой схему последовательного включения из дополнительного вакуумного переключателя и по меньшей мере одного промежуточного резистора и установлены, соответственно, между одним из ответвлений обмотки и отводом нагрузки,
отличающийся тем,
что, помимо контактов селектора, в каждой из по меньшей мере двух вспомогательных ветвей тока в переключателе нагрузки между соответствующим ответвлением (А, В) обмотки и соответствующим дополнительным вакуумным переключателем (TTV_A, TTV_В) последовательно установлен приводимый в действие отдельно дополнительный контакт (SCV_A, SCV_B).

2. Переключатель ступеней нагрузки по п.1, отличающийся тем, что
дополнительные контакты (SCV_A, SCV_B) выполнены в виде механических контактов в масле.

3. Переключатель ступеней нагрузки по п.1 или 2, отличающийся тем, что
дополнительные контакты (SCV_A, SCV_B) выполнены в виде реле с переключающими контактами.

4. Переключатель ступеней нагрузки по п.1, отличающийся тем, что
дополнительные контакты (SCV_A, SCV_B) выполнены в виде дополнительных вакуумных переключателей.

5. Переключатель ступеней нагрузки по п.1, отличающийся тем, что
дополнительные контакты (SCV_A, SCV_B) выполнены в виде полупроводниковой схемы или полупроводниковых схем.