DE102009025358A1

DE102009025358A1 - Stufenschalter mit einem Vorwähler

Info

Publication number: DE102009025358A1
Application number: DE200910025358
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Strof
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Scheubeck GmbH and Co
Priority date: 2009-06-18
Filing date: 2009-06-18
Publication date: 2010-12-23
Anticipated expiration: 2029-06-19
Also published as: DE102009025358B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stufenschalter mit einem Vorwähler zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators. Erfindungsgemäß besitzt der bewegliche Vorwählerkontakt eine hermetisch gegen die Umgebung abgeschlossene Schaltkammer, in der die eigentliche Umschaltung erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stufenschalter mit einem Vorwähler zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators.
Stufenschalter werden seit vielen Jahren in Regeltransformatoren eingebaut, um durch Änderung des Übersetzungsverhältnisses unter Last die Spannung, Wirk- und Blindleistung von elektrischen Netzen einstellen zu können. Die Einstellung des Übersetzungsverhältnisses erfolgt dabei in Stufen, hierzu ist der Transformator mit einer Stufenwicklung ausgerüstet, deren Anzapfungen vom Stufenschalter beschaltbar sind.
Zur Vergrößerung des jeweils möglichen Einstellbereiches ist es üblich, den Stufenschalter mit einem Vorwähler auszurüsten, wie er beispielsweise aus der DE 198 36 463 C1 bekannt ist. Ein bekannter Vorwähler kann prinzipiell die beiden in 1 schematisch dargestellten bekannten Funktionen realisieren.
Er kann, wie in 1a gezeigt, als Wender zur Zu- und Gegenschaltung der Stufenwicklung oder, wie in 1b gezeigt, zur Anlenkung der Stufenwicklung an den Anfang oder an das Ende der Grobstufe dienen. In jedem Fall wird durch den Vorwähler der mögliche Einstellbereich bei gleicher Länge der Stufenwicklung verdoppelt.
Der bekannte Vorwähler besteht aus festen mechanischen Vorwählerkontakten, wobei jeweils einer der beiden festen Kontakte „+” oder „–” mit dem dritten festen Kontakt „0”, je nach Schaltstellung, verbunden ist.
Die Stufenwicklung des Stufentransformators wird während der Umschaltung durch den Vorwähler kurzzeitig galvanisch von der Stammwicklung getrennt. Dabei nimmt sie ein Potential an, das sich aus den Spannungen der Nachbarwicklungen sowie den Kopplungskapazitäten zu diesen Wicklungen bzw. zu geerdeten Teilen ergibt. Die dadurch entstehenden Differenzspannungen sind teilweise ganz erheblich; sie beanspruchen die Schaltstrecke der sich öffnenden bzw. schließenden mechanischen Vorwählerkontakte und können bei entsprechender Höhe im ungünstigen Fall zu unzulässigen Entladungserscheinungen führen. Zur Beseitigung dieser unerwünschten Differenzspannungen sind bereits Polungsschalter bekannt, beispielweise aus der DE 41 41 142 C1 , die die Stufenwicklung durch einen ohmschen Widerstand, der nur während der Umschaltphase des Vorwählers eingeschaltet wird, kurzzeitig an ein definiertes Potential anzulenken.
Trotz der ggf. definierten Anlenkung mittels eines Polungsschalters ist die Stufenwicklung aber immer noch kapazitiv an ihre Umgebung gekoppelt. Daher erfolgt die Vorwählerschaltung nicht völlig stromlos, sondern es werden kleine kapazitive Ströme abgeschaltet; in der Folge kann es zu Vorzündeffekten beim öffnen oder Schließen des Vorwählers kommen.
Die bei diesen Schalthandlungen entstehenden Entladungserscheinungen sind unerwünscht, z. B. weil sie Gas erzeugen, Geräusche verursachen, zur Abnutzung der Vorwählerkontakte führen und die Aussagekraft von DEA-Analysen („dissolved gas analyses”) für den Transformator verringern.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Vorwähler anzugeben, der diese Nachteile nicht mehr aufweist.
Diese Aufgabe wird durch einen Stufenschalter mit einem Vorwähler mit den Merkmalen der nebengeordneten Patentansprüche 1 oder 2 gelöst.
Die Unteransprüche betreffen besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Die allgemeine erfinderische Idee besteht darin, eine besondere Schaltkammer als Bestandteil des beweglichen Vorwählerkontaktes vorzusehen, in der die beschriebene Entladung stattfindet. Durch die separate und isolierte Schaltkammer ist eine Auswirkung solcher Entladungen auf deren Umgebung ausgeschlossen.
Die Erfindung soll nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen noch näher erläutert werden. Es zeigen:
1a und 1b die bereits erläuterten Schaltungsmöglichkeiten eines Vorwählers nach dem Stand der Technik
2a und 2b eine erste Ausführungsform der Erfindung
3a bis 6 eine zweite Ausführungsform der Erfindung und eine vollständige Umschaltsequenz dieser Ausführungsform.
In 2 ist eine erste Ausführungsform der Erfindung, hier am Beispiel eines als Wender arbeitenden Vorwählers, gezeigt.
In 2a sind eine Stammwicklung 1 und eine Regelwicklung 2 dargestellt, wobei der Anfang der Regelwicklung 2 mit einem festen Vorwählerkontakt 3 und das Ende der Regelwicklung 2 mit einem festen Vorwählerkontakt 4 elektrisch in Verbindung stehen. Die Stammwicklung 1 steht mit einem Vorwählerkontakt 5 in Verbindung, an dem ein beweglicher Kontakt 6 drehbar angeordnet ist, derart, dass er wahlweise einen der Vorwählerkontakte 3 oder 4 beschalten kann. Der drehbare Kontakt 6 ist längsverschieblich ausgebildet und weist in seiner Mitte eine hermetisch gegen die Umgebung abgeschlossene Schaltkammer 7 auf, besonders vorteilhaft eine Vakuumschaltkammer. Im Inneren der Schaltkammer 7 befinden sich Kontaktstücke, die auf an sich bekannte Weise durch den längsverschiebbaren beweglichen Kontakt 6 geöffnet oder geschlossen werden können.
In 2a ist eine der möglichen Stellungen des Vorwählers im stationären Betrieb gezeigt. Der bewegliche Kontakt 6 ist gegen die Kraft von hier nicht dargestellten Federn auf den festen Vorwählerkontakt 3 aufgelaufen; die Kontakte der Schaltkammer 7 sind geschlossen. Damit werden der feste Vorwählerkontakt 3 und damit der Beginn der Stufenwicklung 2 über den festen Kontakt 5 mit der Stammwicklung 1 elektrisch verbunden. Bei einer Umschaltung verlässt der bewegliche Kontakt 6 den bisher kontaktierten festen Vorwählerkontakt 3.
Dies ist in 2b gezeigt. Durch die Kraft der nicht dargestellten Federn verlängert sich der längsverschiebbare Kontakt 6, in der Folge werden die Kontakte im Inneren seiner Schaltkammer 7 getrennt. Beim weiteren Fortgang der Schaltung läuft dann der bewegliche Kontakt 6 auf den anderen festen Vorwählerkontakt 4 gegen die Kraft der Feder auf, wird in Längsrichtung zusammengedrückt und die Kontakte im Inneren der Schaltkammer 7 damit elektrisch verbunden. In dieser anderen Endstellung wird somit der feste Vorwählerkontakt 4 und damit das Ende der Stufenwicklung 2 elektrisch mit der Stammwicklung verbunden.
Es ist zu sehen, dass die unerwünschten Entladungserscheinungen ausschließlich im Inneren der Schaltkammer 7 stattfinden, genauer gesagt zwischen den dortigen Kontakten, die durch den längsverschiebbaren Kontakt 6 betätigbar sind.
3a zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel. Hierbei sind parallel zu den festen Vorwählerkontakten 3 und 4, die, wie erläutert, jeweils mit dem Beginn oder dem Ende der Stufenwicklung 2 elektrisch verbunden sind, jeweils ein weiterer fester Wählerkontakt 8 bzw. 9 parallel geschaltet. Zwischen diesen festen weiteren Wählerkontakten 8, 9 schaltet ein beweglicher mechanischer Kontakt 11 hin bzw. her, dessen Wurzelanschluss 10 wiederum, parallel zum festen Wählerkontakt 5, mit der Stammwicklung in Verbindung steht. Bei dieser Ausführungsform wird die Schaltkammer im stationären Zustand durch die parallele Stromführung über den weiteren beweglichen Kontakt 11 entlastet. In 3b bis 6 sind die einzelnen Stadien bei einer vollständigen Umschaltung von der in 1 gezeigten einen Grundstellung in die andere Grundstellung dargestellt. Bei diesen Figuren sind nur diejenigen Bezugszeichen angebracht, die für die Beschreibung der jeweils aktuell beteiligten Bauelemente wichtig sind.
3a zeigt, um noch einmal auf diese Darstellung zurückzukommen, den ersten stationären Zustand. Der Anfang der Stufenschalterwicklung 2 ist über den festen Vorwählerkontakt 3 und den beweglichen Wählerkontakt 6, in dessen Schaltzelle 7 die Kontaktstücke geschlossen sind, mit dem Wählerkontakt 5 und damit der Stammwicklung 1 elektrisch verbunden. Parallel dazu entlastet der mechanische Kontakt 11, der den festen Wählerkontakt 8 und den Kontakt 10 überbrückt und ebenfalls zur Stammwicklung 1 führt, die Stromführung.
In 3b ist der Beginn einer Umschaltung gezeigt. Der mechanische Kontakt 11 hat hier bereits den festen Wählerkontakt verlassen, die Stromführung erfolgt jetzt ausschließlich vom festen Wählerkontakt 3 über den beweglichen Wählerkontakt 6.
4a zeigt den nächsten Schaltschritt, bei dem der bewegliche Kontakt 8 vom festen Wählerkontakt abläuft und sich dadurch durch Federkraft in Längsrichtung verschiebt, derart, dass die Kontakte im Inneren der Schaltkammer 7 getrennt werden. Damit ist die elektrische Verbindung zwischen dem festen Wählerkontakt 3 und der Stammwicklung unterbrochen.
4b zeigt den nachfolgenden Schaltschritt, bei dem beide bewegliche Kontakte 6 und auch 11 sich in freier Position, d. h. ohne Verbindung zu einem festen Kontakt, befinden.
5a wiederum zeigt den nächsten Schritt, bei dem der längsverschiebbare bewegliche Kontakt 6 bereits auf den anderen festen Wählerkontakt 4 trifft, wobei die Kontakte im Inneren der Schaltkammer 7 noch geöffnet sind.
5b zeigt das nachfolgende vollständige Auflaufen des beweglichen Kontaktes 6 auf den festen Wählerkontakt 4. Dadurch wird er in Längsrichtung zusammengedrückt; die Kontakte im Inneren der Schaltkammer 7 werden geschlossen. Es wird jetzt über den festen Wählerkontakt 7 eine elektrische Verbindung zwischen dem Ende der Stufenwicklung und der Stammwicklung hergestellt.
6 schließlich zeigt den anderen jetzt erreichten stationären Zustand. Dabei stellt der feste Kontakt 11 über den weiteren festen Wählerkontakt 9 ebenfalls eine elektrische Verbindung zwischen dem Ende der Stufenwicklung 2 und der Stammwicklung 1 dar und entlastet damit die Stromführung über den beweglichen Wählerkontakt 6 und dessen Schaltkammer 7. Damit ist die Umschaltung abgeschlossen.
Bei beiden erläuterten Ausführungsformen der Erfindung erfolgt die eigentliche Umschaltung lediglich im Inneren der Schaltkammer 7; die dort auftretenden unvermeidlichen Entladungserscheinungen können also nicht sich auf die Umgebung der Schaltkammern und damit das Innere des Stufenschalters schädlich auswirken.
Durch die Erfindung können sonst notwendige Maßnahmen zur Begrenzung der Auswirkungen entfallen oder doch zumindestens verringert werden. Solche Maßnahmen nach dem Stand der Technik, die durch die Erfindung überflüssig werden, sind z. B. Polungswiderstände, Polungsschalter, Barrieren zwischen Transformator und dem Stufenschalter bis hin zu einem vom Traforaum völlig getrennten Stufenschalterraum, halbleitende Zwischenlagen im Wicklungsaufbau zur Änderung der kapazitiven Kopplung der Regelwicklung, vergrößerte Abstände zwischen den Wicklungen oder auch bestimmte geometrische Anordnungen der Wicklungen.
Wie bereits erläutert, sind die Schaltkammern 7 auf besonders vorteilhafte Weise durch bekannte Vakuumschaltkammern realisierbar. Obwohl die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, bieten Vakuumschaltkammern besonders vorteilhafte Wirkungen.
Die Erfindung wurde hier am Beispiel eines als Wender arbeitenden Vorwählers gezeigt; sie kann ebenso bei einer Schaltung zur Grobstufenumschaltung verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19836463 C1 [0003]
- DE 4141142 C1 [0006]

Claims

Stufenschalter mit einem Vorwähler zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen einer Regelwicklung eines Stufentransformators, wobei der Vorwähler als Wender ausgebildet ist und zwei feste Vorwählerkontakte aufweist, wobei der eine feste Vorwählerkontakt mit dem Anfang der Regelwicklung und der andere feste Vorwählerkontakt mit dem Ende der Regelwicklung elektrisch verbunden ist und wobei ein beweglicher Kontakt vorgesehen ist, dessen Wurzelanschluss mit der Stammwicklung des Stufentransformators elektrisch verbunden ist und der wahlweise einen der festen Vorwählerkontakte beschaltet, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Kontakt (6) längsverschiebbar ausgebildet ist und eine hermetisch gegen die Umgebung abgeschlossene Schaltkammer (7) aufweist, in der sich, ebenfalls längsverschiebbar, Kontaktstücke befinden und dass die Kontaktstücke beim Aufschalten auf einen der festen Vorwählerkontakte (3, 4) gegen die Kraft einer Feder geschlossen sind, während des Umschaltens zwischen den festen Vorwählerkontakten (3, 4) jedoch geöffnet sind.
Stufenschalter mit einem Vorwähler zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen einer Regelwicklung eines Stufentransformators, wobei der Vorwähler als Grobwähler ausgebildet ist und zwei feste Vorwählerkontakte aufweist, wobei der eine feste Vorwählerkontakt mit dem Anfang einer Grobstufe des Stufentransformators und der andere feste Vorwählerkontakt mit dem Ende der Grobstufe elektrisch verbunden ist und wobei ein beweglicher Kontakt vorgesehen ist, dessen Wurzelanschluss mit dem Anfang der Regelwicklung elektrisch verbunden ist und der wahlweise einen der festen Vorwählerkontakte beschaltet, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Kontakt (6) längsverschiebbar ausgebildet ist und eine hermetisch gegen die Umgebung abgeschlossene Schaltkammer (7) aufweist, in der sich, ebenfalls längsverschiebbar, Kontaktstücke befinden und dass die Kontaktstücke beim Aufschalten auf einen der festen Vorwählerkontakte (3, 4) gegen die Kraft einer Feder geschlossen sind, während des Umschaltens zwischen den festen Vorwählerkontakten (3, 4) jedoch geöffnet sind.
Stufenschalter mit einem Vorwähler gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu den festen Vorwählerkontakten (3, 4) jeweils ein weiterer fester Wählerkontakt (8, 9) parallel geschaltet ist und dass zwischen diesen weiteren Wählerkontakten (8, 9) ein weiterer beweglicher mechanischer Kontakt (11) hin bzw. her schaltet, dessen Wurzelanschluss (10) elektrisch mit dem Wurzelanschluss (5) des beweglichen Kontaktes (6) in Verbindung steht.
Stufenschalter mit einem Vorwähler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkammer (7) eine Vakuumschaltkammer ist.