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Sprunghaft betätigter Lastumschalter für Stufentransformatoren
An sprunghaft betätigte elektrische Schalter, z. B. Lastumschalter für Stufenregeleinrichtungen von Transformatoren, werden wegen der hohen Schalthäufigkeit hinsichtlich Betriebstüchtigkeit und Zuverlässigkeit bekanntlich hohe Anforderungen gestellt. Mit Rücksicht auf die Spannungssicherheit werden grosse Schaltwege bei gleichzeitig günstigen Löscheigenschaften verlangt.
Um dies zu erreichen, wurden bei einem in Luft arbeitenden sprunghaft betätigten Lastumschalter die festen Schaltkontakte in je zwei durch jeweils eine bewegliche Brücke überbrückbare Kontakte unterteilt und die eine Hälfte der festen Kontakte wurde untereinander und mit der abgehenden Lastleitung verbunden, während die andere Hälfte der Kontakte davon und voneinander isoliert mit den Stufenwählern bzw. einem Schaltwiderstand verbunden waren, wobei die beweglichen Schaltbrücken von dem sie tragenden metallischen Sprungsystem elektrisch isoliert waren.
Da bei Mehrfachunterbrechung eines Stromkreises sich die wiederkehrende Spannung auf die einzelnen in Reihe liegenden Unterbrechungsstellen verteilt, die zwischen den einzelnen Unterbrechungsstellen liegenden Kapazitäten in der Regel aber nicht gleich gross sind, ergibt sich keine gleichmässige Verteilung der wiederkehrenden Spannung auf die einzelnen Unterbrechungsstellen. Die Folge ist, dass insbesondere bei schweren Schaltungen der Lichtbogen in den Fällen, wo keine Löschung im ersten Stromnulldurchgang eintritt, auf das Sprungsystem, insbesondere den Schalterfuss abwandert, wodurch ein Stufenkurzschluss entsteht. Der Erhöhung der Leistungsfähigkeit bzw. des Schaltvermögens der in Frage stehenden Schalter waren somit Grenzen gesetzt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung anzugeben, durch die es in einfacher und vor allem zweckmässiger Weise möglich wird, die Leistungsfähigkeit bzw. das Schaltvermögen der bekannten Schalter'Zu erhöhen.
Gemäss der Erfindung wird dieses Ziel durch eine geeignete Potentialsteuerung des Schalterfusses erreicht, indem das Sprungsystem mit dem metallischen Schalterfuss je über hochohmige Widerstände an die beiden mit den Stufenwählern verbundenen Kontakte angeschlossen ist bzw. dadurch, dass der Schalterfuss durch drei symmetrisch angeordnete Widerstände ein Potential erhält, das auf beiden Schalterseiten eine genau oder annähernd gleiche Aufteilung der wiederkehrenden Spannung auf beide Unterbrechungsstellen sichert, wobei die drei Widerstände so angeordnet sind, dass jede der beiden mit den Wählerarmen verbundenen Leitungen sowie die abgehende Leitung durch je einen Widerstand mit dem Schalterfuss verbunden sind.
An Hand der Zeichnung wird die Erfindung erläutert : Die Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Lastumschalters der in Frage stehenden Art, bei dem zwei Widerstände zur Potentialsteuerung des Schalterfusses vorgesehen sind. Die Fig. 2 dagegen bringt ein Schaltschema eines Lastumschalters mit drei Widerständen. In Fig. 3 ist die Spannungsaufteilung an dem Schalterfuss beim bisherigen Schalter aufgezeigt und aus dem Zeigerbild der Fig. 4 ist die Spannungsaufteilung bei einem Schalter gemäss Fig. 2 zu ersehen.
In Fig. 1 sind mit 1 und 2 die Gelenkhebel eines Doppelkniehebelsystems bezeichnet, die bei 3 und 4 am metallischen Schalterfuss 32 gelagert sind und deren freie Enden durch je eine Koppel 5 gelenkig miteinander verbunden sind. An den Gelenkhebeln sind isoliert die beweglichen, die beiden Gelenkpolygone
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zusammen. Der bewegliche Kontakt 13, der auf der Koppel 5 isoliert befestigt ist, arbeitet mit ebenfalls in zwei Ebenen liegenden, festen Kontakten 14 und 14'zusammen. Dabei ist der Kontakt 14 mit dem Überschaltwiderstand 15 verbunden.
Die Kontaktstücke 8'und 9'sowie 14'sind untereinander und mit der Ableitung 16 verbunden. Die andere Hälfte der Kontakte ist so geschaltet, dass der feste Kontakt 8 mit dem einen Stufenwähler 17 und der feste Kontakt 9 mit dem andern Stufenwähler 18 verbunden ist. Der Überschaltwiderstand 15 ist an einen beweglichen Kontakt 19 eines Widerstandsumschalters angeschlossen, dessen einer fester Kontakt 20 mit dem Stufenwähler 18 und dessen anderer fester Kontakt 21 mit dem Stufenwähler 17 verbunden ist.
Die festen Kontakte 8, 8'und 9, 9'sind auf am Schalterfuss befestigten Tragrohren 22 - 25 isoliert befestigt, an deren verbindenden Traversen 26 und 27 die Kontaktstücke 14 und 14'isoliert angeordnet sind.
Mit 28 ist der vom Schalterantrieb aus zu spannende, in üblicher Weise ausgeführte Kraftspeicher angedeutet. 30 bzw. 31 bezeichnen hochohmige Widerstände, die einerseits das Sprungsystem mit dem Schalterfuss 32 verbinden und die anderseits an die beiden mit den Stufenwählern 17 bzw. 18 verbundenen festen Kontakte 8 bzw. 9 angeschlossen sind. Der Lastschalter selbst ist auf einem entsprechend der Betriebsspannung bemessenen, weiter nicht dargestellten Stützer isoliert aufgestellt und der Antrieb des Sprungsystems erfolgt über ein Isoliergestänge, das gleichfalls der Betriebsspannung entsprechend bemessen ist.
Mit der beschriebenen Anordnung lässt sich bei der benutzten Mehrfachunterbrechung des Stromkreises die wiederkehrende Spannung weitgehend auf die einzelnen in Reihe liegenden Unterbrechungsstellen verteilen und damit die angestrebte Erhöhung der Leistungsfähigkeit und des Schaltvermögens des Schalters erreichen. Wenn man noch dafür sorgt, dass die Kontaktbrücke 13 des Widerstandsschalters vor dem Einschalten etwa die Hälfte des Potentials der beiden zugehörigen festen Kontakte führt, dann lässt sich auf diese Weise auch noch das Einschaltvermögen des Widerstandsschalters erhöhen.
Eine noch weitergehende Verbesserung der Verteilung der wiederkehrenden Spannung auf die einzelnen in Reihe liegenden Unterbrechungsstellen bei Mehrfachunterbrechung des Stromkreises ist mit der Ausführung nach Fig. 2 erreichbar. Hier ist mit 50 die Transformatorwicklung angedeutet mit ihren Anzapfungen 51 und 52. An diesen Anzapfungen sind die beweglichen Stufenwählerkontakte 53 und 54 in üblicher Weise entlangschaltbar. Der Stufenwählerkontakt 53 ist mit dem festen Lastschalterkontakt 55 verbunden und der Stufenwählerkontakt 54 entsprechend mit dem festen Lastschalterkontakt 56. Die beiden andern festen Lastschalterkontakte 57 und 58 sind über die Leitung 59 untereinander und mit der abgehenden Lastleitung 60 verbunden.
Mit 61 ist ein Umschalter bezeichnet, der über seine an die beiden Stufenwähler angeschlossenen beiden festen Kontakte 610 und 611 einen Widerstand R, der mit der Lastleitung 60 verbunden ist, abwechselnd mit den beiden Stufenwählern 53 und 54 verbindet. Den festen Lastschalterkontakten 55 und 57 ist einebewegliche Schaltbrücke 63 zugeordnet, die auf dem Kniegelenkpolygon des Schalters isoliert befestigt ist. In gleicher Weise ist den festen Kontakten 56 und 58 die Schaltbrücke 64 zugeordnet. Im übrigen ist der mechanische Schalteraufbau der gleiche wie bei Fig. 1 beschrieben.
Beim Umschalten öffnet die eine Brücke den jeweils stromführenden Leitungszweig und der Laststrom fliesst über den Überschaltwiderstand R weiter, bis die andere Schaltbrücke ihren Zweig schliesst und den Strom übernimmt. Nach dem Löschen der Lichtbogen an den Schaltstrecken liegt nun z. B. zwischen den festen Kontakten 55 und 57 die Spannung U = Ust + R'J. Die Autteilung dieser Spannung hängt nun von den in der Zeichnung gestrichelt angedeuteten Kapazitäten 65 und 66 zwischen den beweglichen und festen Kontakten sowie von der Kapazität 67 (gleichfalls gestrichelt angedeutet) der Schaltbrücke 63 gegen den Schalterfuss ab, der, wie bereits erwähnt, über entsprechend isolierte Strecken die spannungführenden Teile trägt.
Bei den bisherigen Schalterausführungen hatte der Schalterfuss das Potential der festen Kontakte. Dabei ergab sich die in Fig. 3 angegebene Spannungsaufteilung. Da in der Praxis aber die Kapazität 67 der Brücke 63 gegen den Schalterfuss sehr viel grösser als die Kapazitäten 65 und 66 der Kontakte gegeneinander ist, wird U 1'd U und U mus 0. Damit sind also die Unterbrechungsstellensehr unterschiedlich beansprucht und die bewegliche Kontaktbrücke erhält praktisch das Potential des Schal- terfusses.
Um nun die mit der Erfindung angestrebte gleichmässige Spannungsverteilung zu erreichen, wird der Schalterfuss auf ein Potential gelegt, das in der Mitte der Potentiale der festen Kontakte 55 und 57 liegt, indem man den Schalterfuss über zwei gleiche Widerstände 68 und 69 mit den festenLastschalterkontakten 55 bzw. 56 verbindet. Da aber bei einem derartigen Schalter feste Widerstände nur symmetrisch auf beiden Schalterseiten eingebaut werden, da die Steuerung für beide Seiten wirksam seize muss, wird entsprechend dem weiteren Vorschlag das Potential des Schalterfusses noch durch einen dritten Widerstand 70,
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der den Schalterfuss mit den festen Kontakten 57 und 58 verbindet, gesteuert. Die Widerstände 68 und 69 müssen gleich gross sein, um die Symmetriebedingungen einzuhalten.
Ist der Widerstand 70 eben so gross wie die beiden Widerstände 68 und 69, dann ergibt sich eine Spannungsverteilung gemäss dem Zeigerbild der Fig. 4. Das Potential des Schalterfusses liegt also im Schwerpunkt des durch die Spannungen Ust, R-J und U gebildeten Dreiecks. Dadurch wird also eine günstige Spannungsaufteilung erreicht. Noch günstiger werden die Verhältnisse allerdings dann, wenn man den Widerstand 70 kleiner wählt als die Widerstände 68 und 69. Wenn man die Dimensionierung des Widerstandes 70, wie in nachstehender Formel vornimmt, kann man auch für die höchste Spannungsbeanspruchung, die dann auftritt, wenn USt und U. J gleich-
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