Тиристорний ступеневий перемикач

Винахід стосується тиристорного ступеневого перемикача для нерозривного перемикання відводів обмотки ступеневого трансформатора під навантаженням, який складається із механічного селектора відводів для здійснюваного без втрат енергії попереднього вибору відводу обмотки, на який має бути здійснене перемикання, і силового перемикача на тиристорах як перемикального засобу для власне нерозривного перемикання під навантаженням від попереднього на вибраний відвід обмотки. Тиристорні ступеневі перемикачі з описаними родовими ознаками називають зазвичай гібридними ступеневими перемикачами, тому що вони поряд із тиристорами у силовому перемикачі як потужними електронними перемикальними засобами містять також механічні контакти, зокрема механічні контакти селектора. Слід лише між іншим вказати на те, що поряд із цим є також так звані чисто тиристорні перемикачі, відомі, наприклад, із WO 95/27931, в яких повністю відсутні механічні контакти, але які є порівняно великими і дорогими, і тому на практиці не отримали визнання, і також не є предметом цього винаходу. Таким чином, цей винахід стосується тиристорних ступеневих перемикачів з описаними родовими ознаками, тобто гібридних ступеневих перемикачів. Цей рід тиристорних ступеневих перемикачів у свою чергу можна розділити на два відмінні види пристроїв з різними принципами дії. По-перше, із DE 32 23 892 С2 відомий такий тиристорний ступеневий перемикач, який працює за принципом комутації. При цьому перемикання навантаження здійснюється шляхом керованого комутування струму навантаження - звідси і назва - із однієї пари зустрічно-паралельно з'єднаних тиристорів в одному колі силового перемикача на іншу пару тиристорів в іншому колі. Ступеневі перемикачі такого типу у 80-ті роки окремо виготовлялися і використовувалися як так звані прохідні перемикачі. При цьому активна частина силового перемикача розміщена на прохідному ізоляторі над трансформаторним баком в наповненому повітрям корпусі, а інша частина перемикача розміщена в заповненому маслом трансформаторному баці. Прохідний ізолятор частково заповнений трансформаторним маслом і через силікагелеву набивку сполучений із навколишнім повітрям. Всередині корпуса активної частини знаходиться каркас, що утримує електронні вузли силового перемикача. Сам прохідний ізолятор закріплений на монтажному фланці; у відокремленій зверху захисною кришкою монтажного фланця масляній камері силового перемикача розміщений несучий відсік з приєднувальними контактами. Одначе такий перемикач потребує дуже багато місця, зокрема внаслідок використання великих порцелянових прохідників між розміщеним над трансформатором корпусом електроніки і опущеною в трансформатор частиною корпусу з несучим відсіком і механічними допоміжними перемикачами. До того ж, доступ до окремих складових, розміщених в наповненій маслом частині, утруднений, що ускладнює і уповільнює технічне обслуговування. Загалом цей тип досі не зміг стати широковживаним. Як приклад іншого із двох типів приладів, із WO 98/48432 відомий тиристорний ступеневий перемикач з перехідним резистором. В ньому передбачена одна пара зустрічно-паралельно з'єднаних тиристорів, паралельно до яких під'єднаний перехідний резистор. Завдяки спеціальним механічним контактам як пара тиристорів, так і перехідний резистор можуть вмикатися в електричне коло у певній послідовності. При цьому через перехідний резистор під час перемикання навантаження короткочасно протікає струм навантаження, а потім вирівнювальний струм, що надходить від ступеневої напруги регулювальної обмотки. Конструктивне виконання працюючого за цією схемою, використовуваного на практиці тиристорного ступеневого перемикача відомо із матеріалу ELIN OLTC GMBH (Австрія) "OLTC Hybrid-Diverter Switch with Thyristors", а також із статті "Hybrid-Transformatorstufenschalter TADS - ein zukunftweisendes Konzept zur Verlangerung der Wartungsintervalle" (Гібридні перемикачі обмоток трансформаторів TADS - націлена на майбутнє концепція для збільшення інтервалу між операціями з технічного обслуговування) в журналі "є & і", номер 11 за 1999 рік. При цьому концепція передбачає виконання перемикача у вигляді закінченого вузла, який може бути повністю занурений в заповнений маслом трансформаторний бак. Недоліком цього виконання є те, що тиристори зазнають дії гарячого трансформаторного масла. Це негативно впливає на термін служби цих електронних приладів, які, як правило, надійно функціонують лише при навколишній температурі до 100°С. Проблема ускладнюється ще й тим, що в перехідному резисторі - або у використовуваних на практиці в більшості випадків кількох перехідних резисторах - зумовлена протіканням струму значна частина енергії перетворюється в додаткове тепло, що додатково погіршує умови роботи тиристорів. В описаних відомих ступеневих перемикачах це призводить до того, що протягом певного інтервалу часу може бути здійснена лише обмежена кількість перемикань навантаження - щоб виділена перехідними резисторами кількість тепла не перевищила граничного значення. Це небажано для численних випадків промислового застосування. У зв'язку з цим уже було запропоновано використовувати додаткових температурний вимикач, який в разі перевищення певного, ще не руйнівного значення температури навколо тиристорів блокує двигуновий привід ступеневого перемикача і таким чином тимчасово виводить із експлуатації гібридний тиристорний перемикач. Очевидно, що це також практично не прийнятно в численних випадках промислового застосування: не кажучи вже про те, що таким чином не проблема вирішується, а лише "лікується" симптом. Задачею винаходу є розробка тиристорного ступеневого перемикача із вказаними вище родовими ознаками, тобто гібридного перемикача, який, будучи позбавленим описаних недоліків, зокрема витратних вводів і прохідних ізоляторів, виконаний компактно і придатно для технічного обслуговування, і - з урахуванням відповідних параметрів тиристорів - забезпечує довільну кількість виконуваних одне за іншим перемикань. Ця задача вирішена в тиристорному ступеневому перемикачі з ознаками пункту 1 формули винаходу. Додаткові пункти формули винаходу стосуються особливо доцільних вдосконалень винаходу. Особлива перевага винаходу полягає в тому, що простими засобами забезпечена теплова розв'язка тиристорів як від гарячого трансформаторного масла, так і від перехідних резисторів, не потребуючи при цьому складних конструкцій чи особливо великих прохідних пристроїв. Згідно з особливо переважним вдосконаленням винаходу завдяки окремому розміщенню перехідних резисторів енергія, перетворювана в них у тепло, може бути просто відведена природним або примусовим контуром охолодження, зокрема шляхом повітряного охолодження. Одночасно забезпечено, щоб це тепло не випромінювалося на інші частини пристрою і вони не нагрівалися понад міру або не пошкодилися тиристори. Загалом відповідний винаходові тиристорний ступеневий перемикач дозволяє виконувати довільну кількість виконуваних одне за іншим перемикань навантаження без перевищення межі теплового навантаження тиристорів. Нижче винахід докладніше пояснюється з використанням прикладу виконання. На фігурі зображений відповідний винаходові тиристорний ступеневий перемикач, в даному виконанні з одним перехідним резистором. Заповнена сірим кольором ліва частини фігури представляє заповнений маслом трансформаторний бак 1. Тут схематично зображені обмотки 2, 3, причому регулювальна обмотка 3 має окремі відводи 1...n. Кожен із цих відводів 1...n електрично з'єднаний з нерухомим контактом Κ1,,,Κn ступеневого селектора 4 тиристорного ступеневого перемикача. Нерухомі контакти Κ1,,,Κn відомим чином перемикаються двома рухомими селекторними контактами 5, 6. Поза трансформаторним баком 1, прибудований до нього збоку і з'єднаний з ним через прохідну пластину 7, розміщений в окремому корпусі 8 власне силовий перемикач 9, який функціонує на повітрі. Електричні з'єднувальні провідники 10, 11 від ступеневого селектора 3 до силового перемикача 9, а також провідник навантаження 12 виведені через окремі герметичні прохідні ізолятори 13, 14, 15 в прохідній пластині 7. Силовий перемикач 9 - в залежності від конкретної схеми - може складатися із різних конструктивних елементів. У представленому прикладі виконання використана схема, відома із WO 98/48432. Вказана схема містить постійні головні контакти D1 і D2, які пропускають струм тривалого навантаження у стаціонарному режимі, тобто утворюють з'єднання рухомих селекторних контактів 5 чи 6 із відводом навантаження L. Позиційне позначення SR присвоєне шунтувальному вимикачу для відводу навантаження L. Позиційне позначення 16 присвоєне єдиній парі з'єднаних зустрічно-паралельно тиристорів, а індексами СТ і CR позначені два перемикачі. Середній контакт перемикача СТ електрично з'єднаний з парою тиристорів, а середній контакт перемикача CR з'єднаний з перехідним резистором 17. Згідно із зображеним особливо переважним виконанням винаходу до корпусу 8 примикає відокремлений перегородкою 18 відсік 19 корпуса, в якому - також на повітрі -розміщений перехідний резистор 17. У верхній і в нижній частині відсіку 19 передбачені отвори 20, 21, через які може проходити окремий повітряний потік для охолодження перехідного резистора 17. Загалом зображений на фігурі ступеневий перемикач згідно з винаходом має дуже просту конструкцію. Увесь ступеневий селектор 4 тиристорного ступеневого перемикача розміщений у наповненому маслом трансформаторному баці 1 і омивається трансформаторним маслом. Таким чином забезпечується як змащування механічних контактів, так і достатня електрична міцність усього пристрою. Власне перемикання навантаження за допомогою пари тиристорів здійснюється поза трансформаторним баком 1 на повітрі. Таким чином надійно усувається негативний вплив гарячого трансформаторного масла на тиристори. Електричне з'єднання між обома вузлами пристрою також здійснене особливо просто, оскільки крізь прохідну пластину 7 мають бути пропущені лише три з'єднувальні провідники 10, 11, 12. Як уже було пояснено, особливо вигідним є також розміщення перехідного резистора в окремому відсіку, також на повітрі. Таким чином просто забезпечується його охолодження і усувається вплив виділеного ним тепла на тиристори. Винахід не обмежений поясненою на прикладі виконання відомою схемою з однією парою тиристорів, лише одним перехідним резистором і спеціальним розміщенням додаткових механічних перемикачів. В рамках винаходу може бути використаний також всякий інший силовий перемикач із вказаним чи зміненим розміщенням однієї чи кількох пар тиристорів і незалежно від кількості, схеми і послідовності приведення в дію можливо наявних додаткових механічних вимикачів чи перемикачів. Так само в рамках винаходу різноманітним чином може бути вирішена задача формування напруги на керувальних електродах окремих тиристорів.