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Transformator-Lastumschalter
Bei Lastumschaltem für Transformatoren hoher Leistung und sehr hoher Spannung hat man eine
Herabsetzung der Schaltleistungen auf Grund einer mehrfachen Stromunterbrechung und durch
Parallelschaltung geteilter ohmscher Widerstände erreicht, die in den Zweigstromkreis mittels isolierter
Kontaktbrücken seriengeschaltet werden. Dabei wird die Leistung an den Kontakten durch Teilung der
Leistungkomponente der Spannungswelle des durch die Umschaltung ausgelösten Einschwingvorganges herabgesetzt, was durch Abgriff an einem Teil des ohmschen Widerstandes erreicht wird. Die Spannungswelle des Einschwingvorganges kann man so auf einen Wert herabsetzen, welcher mit dem zu schaltenden Strom eine Schaltleistung liefert, die durch die üblicherweise verwendeten Transformator-Umschaltgeräte bewältigt werden kann.
Diese Ausführung kann mit Vorteil bis zu einem bestimmten Grenzwert des zu schaltenden Transformator-Nennstromes verwendet werden. Bei Transformatoren mit hohen Nennströmen reicht diese Herabsetzung der Leistung an den Umschaltkontakten nicht mehr aus, da ein grosser Abbrand der mit wertvollen Kontaktwerkstoffen versehenen Kontakte eintritt. Dadurch sinkt die Lebensdauer der Kontakte, was wiederholte Revisionen der Umschalter und häufiges Austauschen der Abbrennkontakte erfordert.
Aus der österr. Patentschrift Nr. 171121 ist eine Stromteileranordnung an einem dreifach parallelgeschalteten Lastumschalter bekanntgeworden, bei der drei Umschalter mit einfachen Widerständen und einer einfachen Unterbrechung der Stromwege verwendet werden. Mit einem derart aufgebauten Lastumschalter ist eine Teilung des Nennstromes auf drei parallele Zweige und daher auch eine proportionale Teilung der zu schaltenden Leistung an den Kontakten erzielbar. Geteilt wird jedoch nur eine Komponente der Leistung, nämlich der Strom. Dieser bekannte Lastumschalter ist daher für eine höhere Abzweigspannung und für Transformatoren sehr hoher Spannung nicht geeignet, da die Lebensdauer der Kontakte stark verringert wird bzw. die Gesamtabmessungen des Lastumschalters anwachsen.
Nach der österr. Patentschrift Nr. 196974 und der Schweizer Patentschrift Nr. 352400 wird der hohe Transformator-Nennstrom in Parallelzweige mittels induktiver Teiler geteilt. Zwecks Herabsetzung der Spannungswelle des Einschwingvorganges an den Umschalter-Abbrennkontakten sind (gegenüber dem einfachen und bekannten Umschalter mit zwei Widerständen) in jedem Stromzweig mehrfache ohmsche Widerstände unter Beibehaltung einer einfachen Unterbrechung eines jedes Stromweges eingeschaltet.
Durch diese Ausführung des Umschalters wird in untragbarer Weise zur Herabsetzung der Spannungswelle an den Kontakten die Anzahl der ohmschen Widerstände sowie deren gesamtes aktives Gewicht erhöht und es steigt auch die Anzahl der Abbrennkontakte an einer Schaltbahn.
Dadurch wird die Konstruktion des Umschalters kompliziert und insbesondere werden durch die grosse Anzahl der Abbrennkontakte einer Schaltbahn, die im Kreisbogen angeordnet sind (bei einem Umschalter mit Abwälzbewegung der beweglichen Teile), die Grundrissabmessungen des Umschalters vergrössert, welche Abmessungen mit Rücksicht auf die kinematischen Bedingungen des
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Umschaltvorganges und auf die dynamische Beanspruchung der beweglichen Teile des Umschalters nicht unbegrenzt vergrössert werden können.
Gemäss den angeführten Patentschriften wird dieses Problem durch einen vergrösserten Hub der an beweglichen Segmenten angeordneten Kontakte gelöst, was jedoch eine komplizierte Einrichtung an den beweglichen Teilen des Umschalters erfordert. Dadurch wird die betriebliche Sicherheit sowie die mechanische Lebensdauer herabgesetzt, unter gleichzeitiger Steigerung der Herstellungskosten des Umschalters.
Die angeführten Nachteile werden bei einem Transformator-Lastumschalter, bei dem in jedem der zwei gleichartig ausgebildeten Umschaltzweige einer Umschalterhälfte zwei gleichartig ausgebildete Umschaltgruppen angeordnet sind und die für eine Stromteilung und für eine doppelte Serienunterbrechung der Teilströme mit Kontaktbriicken eingerichtet sind, wobei jede Umschaltgruppe einen induktiven Stromteiler mit einem Magnetkern und ohmsche Überschalt-Widerstände enthält und die eine der Umschaltgruppen in jeder der Umschalterhälften parallel an die Anzapfung, weiters die andern Umschaltgruppen parallel an die gemeinsame Herausführung des Umschalters angeschlossen sind, erfindungsgemäss dadurch beseitigt, dass vier jeweils zwei Umschaltgruppen jedes Umschaltzweiges gleichzeitig schaltende,
gegeneinander isolierte Kontaktbrücken vorgesehen sind, durch welche paarweise für jede Umschalterhälfte in der Zwischenschaltstellung nach dem Anschalten der überschalt- Widerstände bzw. der Spulen der Stromteiler kurzzeitig jeweils vier Spulen der Stromteiler mit vier oder mit einer durch vier teilbaren Anzahl von Überschalt-Widerständen der Umschaltgruppe parallel schaltbar sind. Dabei kann zweckmässigerweise jede Umschalterhälfte einen gemeinsamen Magnetkreis für die vier Spulen der Stromteiler aufweisen, deren Wicklungssinn paarweise einander entgegengesetzt gerichtet ist.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Transformator-Lastumschalters und der Umschaltvorgang wird nun an Hand der in den Fig. 1 und 2 der Zeichnungen dargestellten Schaltbilder näher erläutert.
Gemäss Fig. 1 sind an die Wicklung des Transformators --14-- mittels der Anzapfungen --4, 5- die zwei Umschalterhälften-1, 2-- angeschlossen. Die Hälften-1, 2- sind übereinstimmend ausgeführt, und jede von ihnen enthält zwei übereinstimmende Umschaltgruppen. Die
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zweier Spulen erreicht, die sich in ihrer Magnetisierungswirkung auf den Eisenkern gegenseitig aufheben. Der Stromteiler --3-- und die beiden ohmschen Widerstände-7-der einen Umschaltgruppe sind an die Anzapfung--4-, diejenigen der zweiten Umschaltgruppe an die Anzapfung-5angeschlossen.
Die übrigen zwei Umschaltgruppen werden parallel an die gemeinsame Herausführung
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desWiderstände --7-- sind in den beiden Umschalterhälften an die festen Kontakte-9angeschlossen, die paarweise an den Umschaltbahnen der vier beweglichen Kontaktbrücken-S-- angeordnet sind. Die Kontaktbrücken --8-- sind gegeneinander isoliert und in der durch Pfeile angedeuteten Bewegungsrichtung mechanisch gekuppelt. Ihre Endlagen sind in den Zeichnungen strichliert dargestellt. Die Berührungsfläche einer jeden Kontaktbrücke --8-- ist hinsichtlich ihrer Formgestaltung für ein gleichzeitiges Hinzuschalten oder Abschalten zweier fester Kontakte-9ausgeführt.
Die Lage je zweier Kontaktbrücken --8-- einer jeden Umschalterhälfte-1, 2-- ist gleich, so dass in den einzelnen Umschalterhälften-1, 2-- gleichzeitig vier feste Kontakte-9hinzu- oder abgeschaltet werden. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass in der eingeschalteten Umschalterhälfte
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die beiden Kontaktbrücken --8-- an den festen Kontakten --9-- die Wicklungen der beiden Stromteiler --3-- zu trennen, u. zw. jede an zwei Stellen des einen Teilstromkreises. Dadurch werden in den beiden Teilstromkreisen vier elektrische Lichtbögen ausgebildet, die durch zwei Stromteiler --3-- im brennenden Zustand erhalten werden.
Der Unterschied der Ströme in den Wicklungen der Stromteiler --3-- bewirkt einen Magnetfluss, der eine zusätzliche Spannung in dem weniger belasteten Teilstromkreis induziert sowie einen Stromabfall in dem mehr belasteten Teilstromkreis hervorruft. Nach dem gleichzeitigen Löschen aller elektrischen Lichtbögen wird die Spannungswelle des Einschwingvorganges an allen Schaltkontakten durch die ohmschen Widerstände --7-- gesteuert, deren ohmscher Widerstandswert mit Rücksicht auf die Teilströme unter Beibehaltung der minimalen
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Leistungen an den Kontakten bestimmt wird. An den weiteren festen Kontakten--9--mit den angeschlossenen ohmschen Widerständen --7-- werden dann wieder die vier Lichtbögen durch die Stromabnahme an diesen Widerständen erhalten.
Die Reihenfolge bei der Schaltung mittels der Kontaktbrücken-8-kann allerdings auch eine andere sein.
Der Umschalter kann auch, wie in Fig. 2 dargestellt, ausgeführt werden, d. h. mit einer grösseren
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ohmscher Widerstände-10-,Pfeile bezeichnet und deren Endlagen strichliert angedeutet sind, werden je nach Wahl der Anzahl der ohmschen Widerstände-10-für die Überbrückung der höheren, zahlenmässig geraden Anzahl der
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durch Nennstrom sind an dem Umschalter weitere feste Kontaktpaare-13-angeordnet, die an den
Anzapfungen-18, 19-- und auf der gemeinsamen Herausführung des Umschalters --20-- angeschlossen sind, so dass hiedurch die Wicklung --12-- der Stromteiler gekürzt wird. Die Kontakte --13-- werden beim Umschalten nicht abgebrannt und können daher aus Kupfer hergestellt werden.
Die Magnetkreise der beiden Stromteiler einer jeden Umschalterhälfte können zu einem gemeinsamen Magnetkreis --11-- vereint werden. In diesem Fall ist es notwendig, die Wicklung eines jeden
Teilstromkreises bei entgegengesetzter Orientierung der Wicklungen in den beiden magnetisch gegenseitig gekoppelten Teilstromkreisen magnetisch gleich zu orientieren.
Um die einzelnen Umschalter vergleichen zu können, sei ein erfindungsgemässer Umschalter gemäss
Fig. 2 der Zeichnungen und ein Umschalter gemäss der österr. Patentschrift Nr. 196974, Fig. 5, 6, 7, betrachtet.
Bei gleicher Schaltleistung und annähernd gleichen Abmessungen der beiden verglichenen
Umschalter, weiters bei gleichem Summenwert ihrer ohmschen Widerstände, gleichem aktivem Gewicht und der gleichen Anzahl Kontakte eines Schaltweges, ist der erfindungsgemässe Umschalter wesentlich einfacher, da bei ihm der komplizierte Mechanismus für die Ermöglichung einer Steigerung der
Kontakt-Schalthübe, der in dem beweglichen Segment gemäss Fig. 5, 6 der österr. Patentschrift Nr. 196974 notwendig ist, entfällt.
Bei dem erfindungsgemässen Umschalter sind in einem beweglichen Segment nur vier Kontaktbrücken isoliert und fest gelagert, die mit --16-- in Fig. 2 der Zeichnungen bezeichnet sind.
Diese Kontaktbrücken können jeweils zu zweien in diesem Segment übereinander angeordnet werden.
Dieser Anordnung entsprechen zwei zugehörige Schaltbahnen der festen Federkontakte-17-. In Fig. 2 sind diese Teile nur schematisch, d. h. nicht in einer Lagenanordnung, gezeichnet.
Dem nicht erhöhten Hub einzelner Kontakte entspricht höchstens die halbe Spannungswelle des Einschwingvorganges, die durch den Abfall an den geteilten (halben) ohmschen Widerständen --10-- gegeben ist.
Da der erfindungsgemässe Umschalter einfach ist, ist er betrieblich verlässlicher und in der Herstellung billiger als die bisherigen Ausführungsarten.
Bei einem Dreisegmentumschalter, welcher einphasig verwendet wurde und dessen drei Stromkreise über drei Stromteiler gemäss der österr. Patentschrift Nr. 196974 verbunden sind, ist es z. B. nicht möglich, wie beim Gegenstand der Erfindung, eine leitende Verbindung zwischen den Metallteilen sämtlicher beweglicher Segmente herzustellen. Die Stromteiler beim erfindungsgemässen Umschalter kann man an die gemeinsamen Herausführungen --20-- anschliessen, die den drei gleichen, an die Anzapfungen-18, 19-- angeschlossenen Umschaltern angehören (Fig. 2). Dadurch entfällt die Notwendigkeit einer gegenseitigen Isolierung dreier beweglicher Segmente, welche die mechanische Festigkeit und die Lebensdauer des Umschalters herabsetzt.
Ausgehend von der einfachsten bekannten Form des Umschalters mit zwei Widerständen erzielt man beim erfindungsgemässen Umschalter gegenüber dem vorher betrachteten Vergleichsfall der bekannten Umschalter eine verhältnismässig noch bedeutendere Herabsetzung der Spannungswelle des Einschwingvorganges an den Kontakten, u. zw. durch Teilung einfacher Widerstände. Dieser Fall der Widerstandsteilung in Kombination mit der Stromteilung ist in Fig. 1 der Zeichnungen dargestellt. Bei diesem Umschalter wurde die Schaltleistung an den Kontakten auf ein Viertel gegenüber einem einfachen Umschalter mit zwei Widerständen herabgesetzt, wobei die Anzahl der Widerstände und der Kontakte einer Schaltbahn unverändert bleibt.
Der durch die zwei Umschalterhälften fliessende Strom erreicht an dem Kontakt nur den halben Wert, und die Spannungswelle des Einschwingvorganges, die dem Abfall an den Widerständen entspricht, erreicht ebenfalls nur den halben Wert.
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Durch die Serien-Parallelteilung der Schaltleistungen gemäss der Erfindung erzielt man bei dem neuen Umschalter bei gleicher Schaltleistung und annähernd den gleichen Abmessungen mit Rücksicht auf dessen einfachere Ausführung eine höhere mechanische Festigkeit und mit Rücksicht auf die kleineren Schaltleistungen an den Kontakten eine höhere Lebensdauer der Abbrennkontakte.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Transformator-Lastumschalter, bei dem in jedem der zwei gleichartig ausgebildeten Umschaltzweige einer Umschalterhälfte zwei gleichartig ausgebildete Umschaltgruppen angeordnet sind und die für eine Stromteilung und für eine doppelte Serienunterbrechung der Teilströme mit Kontaktbrücken eingerichtet sind, wobei jede Umschaltgruppe einen induktiven Stromteiler mit einem Magnetkern und ohmsche überschalt-Widerstände enthält und die eine der Umschaltgruppen in jeder der Umschalterhälften parallel an die Anzapfung, weiters die andern Umschaltgruppen parallel an die
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dass vier jeweils zwei Umschaltgruppen (3, 7) jedes Umschaltzweiges gleichzeitig schaltende, gegeneinander isolierte Kontaktbrücken (8) vorgesehen sind, durch welche paarweise für jede Umschalterhälfte (1, 2)
in der Zwischenschaltstellung nach dem Anschalten der Überschalt-Widerstände (7) bzw. der Spulen (3) der Stromteiler kurzzeitig jeweils vier Spulen (3) der Stromteiler mit vier oder mit einer durch vier teilbaren Anzahl von Überschalt-Widerständen (7) der Umschaltgruppe parallel schaltbar sind.
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