Способ осуществления процесса переключения в переключателе ступеней нагрузки

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в повышении надежности. В способе осуществления процесса переключения в переключателе ступеней нагрузки между ответвлениями обмоток ступенчатого трансформатора процесс переключения переключателя ступеней нагрузки осуществляется по принципу реакторного переключения и разделяется на несколько этапов. На этих этапах контролируются используемые коммутационные контакты, которые во время срабатывания и при нарушении энергоснабжения полностью размыкаются или замыкаются за счет конденсаторов в блоке управления. Это предотвращает критические коммутационные состояния. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к способу осуществления процесса переключения в переключателе ступеней нагрузки между ответвлениями обмоток ступенчатого трансформатора.

Переключатели ступеней нагрузки уже много лет используются в больших количествах по всему миру для безразрывного переключения между различными ответвлениями обмоток ступенчатых трансформаторов. Так называемые реакторные переключатели, особенно распространенные в Северной Америке, имеют реактивное сопротивление, которое обеспечивает медленное непрерывное переключение. Переключатели ступеней нагрузки по принципу быстрого резистивного переключения состоят обычно из селектора для выбора без затрат мощности соответствующего ответвления обмотки ступенчатого трансформатора, на которую следует переключиться, и переключателя нагрузки для собственно переключения с прежнего ответвления на новое, предварительно выбранное. Для этого переключатель нагрузки содержит обычно коммутационные и омические контакты. При этом коммутационные контакты служат для непосредственного соединения соответствующего ответвления с отводом нагрузки, а омические контакты – для кратковременного подключения, то есть перекрытия посредством одного или нескольких промежуточных резисторов. Однако разработки последних лет отказываются от переключателей нагрузки с механическими коммутационными контактами в изолирующем масле. Вместо этого в качестве коммутационных элементов все больше используются вакуумные коммутационные ячейки.

Такой переключатель ступеней нагрузки с вакуумными коммутационными лампами известен, например, из DE 102009043171 А1. Здесь переключатель нагрузки содержит приводимый во вращение аккумулятором энергии приводной вал, по меньшей мере, с одним дисковым кулачком. Дисковый кулачок имеет несколько распределительных кулачков, причем два распределительных кулачка, расположенных на дисковом кулачке с торца, имеют отличающийся от круговой формы контур по типу кулачка, по которому, замыкая контакты, направляется соответствующий, соединенный посредством коромысла с вакуумной коммутационной лампой ролик, обкатывающийся по профилированному контуру соответствующего распределительного кулачка.

Из-за конструкции этого переключателя ступеней нагрузки в нем необходимо предусмотреть пружинный аккумулятор энергии для резкого переключения посредством контактной системы. Известные из уровня техники аккумуляторы энергии в начале каждого срабатывания переключателя ступеней нагрузки заводятся, т.е. натягиваются, приводным валом. Известные аккумуляторы энергии состоят, в основном, из заводных и скачковых салазок, между которыми в качестве аккумуляторов энергии расположены энергоаккумулирующие пружины.

Такие аккумуляторы энергии известны, например, из DE 19855860 C1 и DE 2806282 B1. Несмотря на то что эти аккумуляторы энергии используются в течение десятилетий часто происходит отказ этих устройств. Поскольку переключатели ступеней нагрузки используются в течение длительного времени, зачастую происходит то, то пружины сжатия или соответственно растяжения ломаются, препятствуя, таким образом, переключению. Далее может происходить так, что салазки не достигают конечного положения, контактная ось тем самым поворачивается не полностью и коммутационные контакты не достигают своего конечного положения. В худшем случае это может привести к разрушению всего ступенчатого трансформатора.

По сравнению с уровнем техники новейшие модели переключателей ступеней нагрузки, предлагаемых заявителем, не содержат никаких механических аккумуляторов энергии для осуществления переключений. Срабатывание происходит непосредственно за счет электропривода. Однако при внезапном нарушении энергоснабжения для такого привода во время переключения могут возникнуть критические положения в переключателе ступеней нагрузки. Они возникают, в частности, незадолго до замыкания или размыкания коммутационного контакта. При этом может произойти, например, сваривание контактов внутри вакуумной коммутационной лампы.

Задачей изобретения является создание способа осуществления процесса переключения в переключателе ступеней нагрузки, чтобы тем самым повысить надежность таких переключателей ступеней нагрузки.

Эта задача решается посредством способа с признаками п. 1 формулы изобретения. Зависимые пункты касаются особенно предпочтительных вариантов осуществления способа.

При этом общая идея изобретения заключается в том, чтобы в способе осуществления процесса переключения в переключателе ступеней нагрузки разделить на несколько этапов лежащую в основе процесса переключения коммутационную последовательность, которая идентифицирует критические и некритические коммутационные состояния соответственно используемых коммутационных контактов, контролировать каждый из этих этапов в процессе переключения и в зависимости от параметризованной в контроллере логики принятия решения, которая обрабатывает в качестве основы принятия решения значение питающего напряжения, детектированное в начале инициированного процесса переключения посредством устройства контроля напряжения, и начинает процесс переключения или соответственно переводит на следующий определенный этап процесса переключения только тогда, когда питающее напряжение можно детектировать, и, кроме того, при падении сетевого напряжения или соответственно питающего напряжения и тем самым при нарушении энергоснабжения электропривода в процессе переключения с помощью имеющейся в конденсаторах блока управления энергии преодолевает соответственно идентифицированные для последовательности переключения критические коммутационные состояния соответствующих коммутационных контактов за счет переключения на следующий, идентифицированный как некритический этап коммутационных состояний.

При этом, согласно изобретению, после инициирования переключения на первом этапе с помощью устройства контроля напряжения проверяется, приложено ли напряжение к выбранному фазному проводу. При отсутствии напряжения переключение прерывается, а при приложении напряжения продолжается.

На втором этапе способа посредством блока управления срабатывает электропривод, который при этом размыкает второй коммутационный контакт. Во время размыкания энергоснабжение электропривода контролируется контроллером. В случае падения напряжения при энергоснабжении электропривода используется энергия из конденсаторов блока управления для полного размыкания второго коммутационного контакта. Вслед за этим, т.е. на третьем этапе, второй контакт селектора приближается к соседнему ответвлению обмотки.

Во время четвертого этапа способа электропривод срабатывает от блока управления, и при этом замыкается второй коммутационный контакт. Во время замыкания энергоснабжение электропривода контролируется контроллером, и в случае падения напряжения при энергоснабжении электропривода используется энергия из конденсаторов блока управления для полного замыкания второго коммутационного контакта.

На пятом этапе способа первый контакт селектора прилегает к одному ответвлению обмотки, а второй контакт селектора – к соседнему ответвлению. При этом первый и второй коммутационные контакты замкнуты. В течение этого времени возникает контурный ток Ik.

На шестом этапе способа перед продолжением переключения с помощью устройства контроля напряжения проверяется, приложено ли напряжение к выбранному фазному проводу. При отсутствии напряжения переключение прерывается, а при приложенном напряжении продолжается. На следующем, седьмом этапе первый контакт селектора достигает соседнего ответвления обмотки.

На восьмом этапе способа электропривод срабатывает от блока управления, и при этом замыкается первый коммутационный контакт. Во время замыкания энергоснабжение электропривода контролируется контроллером, и в случае падения напряжения при энергоснабжении электропривода используется энергия из конденсаторов блока управления для полного замыкания второго коммутационного контакта. На девятом этапе переключение заканчивается.

Способ более подробно поясняется ниже на примере на чертежах, на которых изображено:

фиг. 1 - схематичный вид переключателя ступеней нагрузки со средствами, необходимыми для осуществления процесса переключения, при котором предотвращаются критические положения;

фиг. 2а-2i - пример процесса переключения переключателя ступеней нагрузки, работающего по принципу реакторного переключения;

фиг. 3 - блок-схема различных этапов процесса переключения.

На фиг. 1 изображен работающий по принципу реакторного переключения переключатель 1 ступеней нагрузки, находящийся в ступенчатом трансформаторе 2. Ступенчатый трансформатор 2 имеет сторону 3 высокого напряжения, причем на ней расположен переключатель 1, и сторону 4 низкого напряжения. Как сторона 3 высокого напряжения, так и сторона 4 низкого напряжения имеют соответственно три фазных провода L1, L2, L3, l1, l2, l3. Переключатель 1 срабатывает от электропривода 5. Блок управления 6 инициирует отдельные коммутационные операции электропривода 5. Блок управления 6 посредством контроллера 7 соединен с электроприводом 5 и с устройством 8 контроля напряжения, называемым далее SUV 8. Оно контролирует напряжение отдельных фазных проводов l1, l2, l3 на стороне 4 низкого напряжения. Энергоснабжение электропривода 5 осуществляется через фазный провод l1 стороны 4 низкого напряжения посредством провода 9. Однако для этого подходит любой из находящихся на стороне 4 фазных проводов l1, l2 или l3.

Внутри блока управления 6 расположены буферные конденсаторы, способные накапливать определенное количество энергии. Они нередко являются компонентами блока управления 6, однако его можно дооснастить ими также впоследствии. При инициировании процесса переключения переключателя 1 с ответвления n через промежуточную ступень n+1/2 на следующее ответвление n+1 ступенчатого трансформатора энергия из фазного провода l1, l2 или l3 используется для размыкания или соответственно замыкания находящихся внутри переключателя 1 коммутационных контактов V1, V2, в частности вакуумных коммутационных ламп. Критические положения возникают в процессе переключения, частности, при так называемом жестком размыкании или соответственно жестком замыкании коммутационных контактов. Жесткое размыкание или соответственно жесткое замыкание происходит тогда, когда контакты находятся под нагрузкой, т.е. пропускают ток. При этом внутри коммутационных контактов возникают электрические дуги, которые сказываются на сроке службы контактов и при слишком большой продолжительности горения могут привести даже к разрушениям.

На фиг. 2а-2i изображен процесс переключения переключателя 1, работающего по принципу реакторного переключения. Переключатель 1 состоит из первого V1 и второго V2 коммутационных контактов, первого W1 и второго W2 контактов селектора, а также первого X1 и второго X2 переключающих реактивных резисторов. Дополнительно между первым и вторым реактивными резисторами Х1, Х2 включен отвод Y нагрузки. Процесс переключения происходит с первого ответвления n ступенчатой обмотки на соседнее второе ответвление n+1 ступенчатой обмотки ступенчатого трансформатора 2, причем допустимо промежуточное положение n+1/2 в качестве постоянного рабочего положения.

В начале процесса переключения (фиг. 2b) размыкается второй коммутационный контакт V2, так что второй контакт W2 селектора может быть сначала обесточено отделен от ответвления n обмотки. Затем (фиг. 2с) контакт W2 селектора движется ко второму ответвлению n+1. После его достижения (фиг. 2d) замыкается коммутационный контакт V2. При этом возникает так называемый контурный ток Ik (фиг. 2е). Реактивные резисторы Х1, Х2 позволяют переключателю 1 оставаться в этом положении. Это положение называется промежуточной ступенью n+1/2. После размыкания первой вакуумной коммутационной лампы V1 (фиг. 2f) контурный ток Ik прерывается, и первый контакт W1 селектора движется в направлении второго ответвления n+1 (фиг. 2g). Как только первый контакт W1 селектора достигнет ответвления n+1 (фиг. 2h, 2i), замыкается первый коммутационный контакт V1.

Таким образом, этот процесс переключения можно разделить на девять этапов. На первом этапе (I, фиг. 2а) инициируется переключение. На втором этапе (II, фиг. 2b) размыкается второй коммутационный контакт V2. На третьем этапе (III, фиг. 2с) второй контакт W2 селектора движется ко второму ответвлению n+1. На четвертом этапе (IV) второй коммутационный контакт V2 замыкается. На пятом этапе (V, фиг. 2d) оба коммутационных контакта V1 и V2 замкнуты. На шестом этапе (VI) размыкается первый коммутационный контакт V1. На седьмом этапе (VII, 2d) первый контакт W1 селектора движется к соседнему второму ответвлению n+1. На восьмом этапе (VIII) первый коммутационный контакт V1 замыкается. На девятом этапе (IX) процесс переключения закончен.

На фиг. 3 в виде блок-схемы изображен предложенный способ. При инициировании процесса переключения на первом этапе I с помощью SUV 8 проверяется, приложено ли напряжение к выбранному для энергоснабжения фазному проводу I1, I2, I3. Если нет, то процесса переключения не происходит и переключатель 1 остается в этом положении или соответственно отключается весь ступенчатый трансформатор 2. В случае приложения напряжения посредством блока управления 6 срабатывает электропривод 5.

На этом втором этапе II размыкается второй коммутационный контакт V2. Этот этап следует рассматривать как критическое коммутационное состояние, поскольку в случае неполностью разомкнутого второго коммутационного контакта V2 может произойти так, что электрическая дуга не погаснет. В течение этого времени контроллер 7 контролирует энергоснабжение электропривода 5. Если на этом этапе II произойдет падение напряжения, т.е. нарушение энергоснабжения, то посредством контроллера 7 это обнаруживается и компенсируется с помощью имеющейся в блоке управления 6 энергии из предварительно уже заряженных конденсаторов, т.е. второй коммутационный контакт V2 полностью размыкается.

Когда размыкание полностью завершено, на третьем этапе III второй контакт W2 приближается к соседнему ответвлению n+1. Во время замыкания второго коммутационного контакта V2, т.е. на четвертом этапе IV, энергоснабжение контролируется контроллером 7. Этот этап IV также следует рассматривать как критическое коммутационное состояние, поскольку при неполностью замкнутом втором коммутационном контакте V2 могут происходить преждевременные зажигания электрической дуги перед замыканием, в результате чего она затем не гасится. При падении напряжения, т.е. нарушении энергоснабжения, посредством контроллера 7 это обнаруживается и компенсируется с помощью имеющейся в блоке управления 6 энергии из предварительно уже заряженных конденсаторов, т.е. второй коммутационный контакт V2 полностью замыкается. На пятом этапе V, т.е. после замыкания второго коммутационного контакта V2, возникает так называемый контурный ток Ik. Это коммутационное состояние не является критическим.

Перед размыканием первого коммутационного контакта V1, т.е. на шестом этапе VI, снова проверяется, приложено ли напряжение к выбранному для энергоснабжения фазному проводу I1, I2, I3. Если нет, то процесса переключения не происходит и переключатель остается в этом положении или отключается весь ступенчатый трансформатор. На седьмом этапе VII происходит приближение к соседнему ответвлению n+1. На восьмом этапе VIII первый коммутационный контакт V1 замыкается. В течение этого времени контроллер 7 контролирует энергоснабжение электропривода 5. Если на этом этапе произойдет падение напряжения, т.е. нарушение энергоснабжения, то посредством контроллера 7 это обнаруживается и компенсируется с помощью имеющихся в блоке управления 6, предварительно уже заряженных конденсаторов. На последнем этапе процесс переключения завершен.

Предложенный способ всегда обеспечивает, что первый V1 и второй V2 коммутационные контакты никогда не займут критического коммутационного состояния в процессе переключения переключателя 1. Это предотвращает разрушение n+1 коммутационных контактов V1, V2 переключателя 1 или даже всего ступенчатого трансформатора 2. Это имело бы губительные последствия для сети энергоснабжения.

ЭТАПЫ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ

I	Инициирование переключения Контроль напряжения на выбранном фазном проводе посредством SUV Осуществление переключения при приложенном напряжении Прекращение переключения при отсутствии напряжения
II	Срабатывание электропривода посредством блока управления Размыкание второго коммутационного контакта Контроль напряжения посредством контроллера Использование энергии конденсаторов из блока управления при падении напряжения для полного размыкания второго коммутационного контакта
III	Приближение второго контакта селектора к соседнему ответвлению обмотки
IV	Срабатывание электропривода посредством блока управления Замыкание второго коммутационного контакта Контроль напряжения посредством контроллера Использование энергии конденсаторов из блока управления при падении напряжения для полного замыкания второго коммутационного контакта
V	Пребывание в этом состоянии при полностью замкнутых коммутационных контактов Возникновение контурного тока Контроль напряжения посредством контроллера Осуществление переключения при приложенном напряжении Прекращение переключения при отсутствии напряжения
VI	Срабатывание электропривода посредством блока управления Размыкание первого коммутационного контакта Контроль напряжения посредством контроллера Использование энергии конденсаторов из блока управления при падении напряжения для полного размыкания второго коммутационного контакта
VII	Приближение первого контакта селектора к соседнему ответвлению обмотки
VIII	Срабатывание электропривода посредством блока управления Замыкание первого коммутационного контакта Контроль напряжения посредством контроллера Использование энергии конденсаторов из блока управления при падении напряжения для полного замыкания первого коммутационного контакта
IX	Окончание переключения

1. Способ осуществления процесса переключения в переключателе (1) ступеней нагрузки между ответвлениями (n, n+1) обмоток ступенчатого трансформатора (2) посредством коммутационных контактов (V1, V2), отличающийся тем, что

- процесс переключения разделяют на несколько этапов (I-IX),

- идентифицируют критические и некритические коммутационные состояния соответственно используемых коммутационных контактов (V1, V2),

- контролируют каждый из этих этапов (I-IX),

- в начале инициированного процесса переключения посредством устройства (8) контроля напряжения в зависимости от параметризованной в контроллере (7) логики принятия решения детектируют значение питающего напряжения в качестве основы принятия решения и только при наличии питания напряжением осуществляют переключение на следующий определенный этап (I-IX) процесса переключения,

- при падении напряжения сети или соответственно питающего напряжения и тем самым при нарушении энергоснабжения электропривода (5) в процессе переключения с помощью остаточной энергии, имеющейся в конденсаторах блока управления (6), преодолевают соответственно идентифицированные для последовательности переключения критические коммутационные состояния соответствующих коммутационных контактов (V1, V2) за счет переключения на следующий, идентифицированный как некритический этап коммутационных состояний.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что

- после инициирования переключения на первом этапе (I) с помощью устройства (8) контроля напряжения проверяют, приложено ли напряжение к выбранному фазному проводу (I1, I2, I3),

- при отсутствии напряжения переключение прерывают, а

- при приложении напряжения переключение продолжают.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что

- на втором этапе (II) посредством блока управления (6) приводят в действие электропривод (5) и при этом размыкают второй коммутационный контакт (V2),

- во время размыкания энергоснабжение электропривода (5) контролируют с помощью контроллера (7), при этом в случае падения напряжения при энергоснабжении электропривода (5) используют энергию из конденсаторов блока управления (6) для полного размыкания второго коммутационного контакта (V2).

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на третьем этапе (III) к соседнему ответвлению (n+1) обмотки приближают второй контакт (W2) селектора.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что

- на четвертом этапе (IV) посредством блока управления (6) приводят в действие электропривод (5) и при этом замыкают второй коммутационный контакт (V2),

- во время замыкания с помощью контроллера (7) контролируют энергоснабжение электропривода (5), и

- в случае падения напряжения при энергоснабжении электропривода (5) используют энергию из конденсаторов блока управления (6) для полного замыкания второго коммутационного контакта (V2).

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что

- на пятом этапе (V) первый контакт (W1) селектора прижимают к ответвлению (n) обмотки, а второй контакт (W2) селектора прижимают к соседнему ответвлению (n+1),

- замыкают первый и второй коммутационные контакты (V1, V2),

- при этом возникает контурный ток (Ik).

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что

- на шестом этапе (VI) перед продолжением переключения с помощью устройства (8) контроля напряжения проверяют, приложено ли напряжение к выбранному фазному проводу (I1, I2, I3),

- при отсутствии напряжения переключение прерывают, а

- при наличии напряжения переключение продолжают.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что

- на седьмом этапе (VII) первый контакт (W1) селектора приближают к соседнему ответвлению (n+1) обмотки.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что

- на восьмом этапе (VIII) посредством блока управления (6) приводят в действие электропривод (5) и при этом замыкают первый коммутационный контакт (V1),

- во время замыкания с помощью контроллера (7) контролируют энергоснабжение электропривода (5),

- при этом в случае падения напряжения при энергоснабжении электропривода (5) используют энергию из конденсаторов блока управления (6) для полного замыкания первого коммутационного контакта (V1).

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на девятом этапе (IX) переключение завершают.