DE102010045901A1

DE102010045901A1 - Stufenschalter und Vakuumschaltröhre für einen solchen Stufenschalter

Info

Publication number: DE102010045901A1
Application number: DE102010045901A
Authority: DE
Inventors: Dr. Dohnal Dieter; Christian Pircher
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Priority date: 2010-09-17
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2012-03-22
Anticipated expiration: 2030-09-18
Also published as: US9165726B2; US20130220782A1; EP2617048A1; HK1186291A1; CN103119679A; KR20130105825A; DE102010045901B4; BR112013002648A2; WO2012034653A1; CN103119679B; EP2617048B1; JP2013539221A; ES2532894T3

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators, wobei für jede zu schaltende Phase zwei Lastzweige vorgesehen sind und jeder Lastzweig einen als Hauptkontakt wirkenden Vakuumschaltkontakt und parallel dazu mindestens eine Reihenschaltung aus einem Überschaltwiderstand und jeweils einem weiteren Vakuumschaltkontakt aufweist. Dabei sind jeweils mindestens zwei Vakuumschaltkontakte jedes Lastzweiges baulich zu einer einzigen Vakuumschaltröhre mit zwei separaten, unabhängig voneinander betätigbaren beweglichen Kontakten (4, 5) und einem gemeinsamen festen Kontakt (6) vereinigt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stufenschalter mit Vakuumschaltröhren zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators. Die Erfindung betrifft weiterhin eine für einen solchen Stufenschalter besonders geeignete neuartige Vakuumschaltröhre.
Aus der DE 20 21 575 ist ein Stufenschalter bekannt, der insgesamt vier Vakuumschaltröhren pro Phase aufweist. In jedem der beiden Lastzweige sind jeweils eine Vakuumschaltröhre als Hauptkontakt und jeweils eine weitere Vakuumschaltröhre, in Reihenschaltung mit einem Überschaltwiderstand, als Widerstandskontakt vorgesehen. Bei einer unterbrechungslosen Lastumschaltung von der bisherigen Wicklungsanzapfung n auf eine neue, vorgewählte Wicklungsanzapfung n + 1 wird zunächst der Hauptkontakt der abschaltenden Seite geöffnet, darauf schließt der Widerstandskontakt der übernehmenden Seite, so dass zwischen den beiden Stufen n und n + 1 ein durch die Überschaltwiderstände begrenzter Ausgleichsstrom fließt. Nachdem der bisher geschlossene Widerstandskontakt der abschaltenden Seite geöffnet hat, schließt dann der Hauptkontakt der übernehmenden Seite, so dass der gesamte Laststrom von der neuen Wicklungsanzapfung n + 1 zur Lastableitung führt; die Umschaltung ist beendet.
In der nicht vorveröffentlichten DE 10 2009 048 813 ist ein weiterer Stufenschalter beschrieben, bei dem zusätzlich zwischen der elektrischen Verbindung der beiden Vakuumschaltröhren jedes Lastzweiges und der Lastableitung noch mechanische Schaltelemente vorgesehen sind.
Die bekannten Stufenschalter benötigen vier separate Vakuumschaltröhren pro Phase. Nachteilig ist zunächst einmal der hohe Platzbedarf für diese Vakuumschaltröhren selbst sowie die dazugehörige Betätigungsmechanik. Zudem sind, bedingt durch den hohen Bauteileaufwand, solche bekannte Konstruktionen relativ teuer.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Stufenschalter anzugeben, der bei gleicher Funktionalität einfacher aufgebaut ist, bei dem die Schaltelemente weniger Platz benötigen, weiterhin preiswerter sind. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vakuumschaltröhre anzugeben, die besonders vorteilhaft für einen solchen weiter entwickelten Stufenschalter verwendbar ist.
Dem erfindungsgemäßen Stufenschalter liegt die allgemeine Idee zugrunde, die beiden Vakuumschaltröhren in jedem Lastzweig zu einer einzigen Vakuumschaltröhre zu vereinigen.
Der erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre liegt darüber hinaus die allgemeine Idee zugrunde, durch die Kombination einer Bauform einer Röhre mit zwei beweglichen Kontaktsystemen die Funktionalität von zwei baugleichen Röhren bei einem Stufenschalter zu kombinieren. Dabei ist die neuartige Vakuumschaltröhre einfach aufgebaut; sie besitzt insbesondere keine innenliegenden Kontaktdruckfedern oder Gleitkontakte.
Vakuumschaltröhren mit zwei Kontaktstellen sind an sich bereits bekannt. Die DE 3344367 betrifft eine Vakuumschaltröhre mit zwei elektrisch in Reihe geschalteten Kontaktpaaren in einem einzigen Vakuumraum, die gleichzeitig betätigbar sind. Die DE 197 56 308 C1 betrifft eine ähnliche Vakuumschaltröhre mit zwei auf einer gemeinsamen Achse angeordneten Schaltstrecken, wobei innenliegende Kontaktdruckfedern vorgesehen sind. Die EP 0 258 614 B1 beschreibt die Kombination einer Vakuumschaltröhre und einer spezifischen Beschaltung an einem Stufenschalter. Hierbei sind mehrere Schaltstrecken in einem Vakuumraum angeordnet, was einen komplizierten Aufbau der Vakuumschaltröhre mit ringförmigen Festkontakten bedingt. Die DE 10 2006 033 422 B3 schließlich beschreibt eine weitere Vakuumschaltröhre mit mehrfacher Funktionalität, wobei auch hier sowohl ringförmige Festkontakte als auch innenliegende Kontaktdruckfedern erforderlich sind. Keine dieser bekannten Lösungen ist für einen erfindungsgemäßen Stufenschalter geeignet.
Die Erfindung soll nachfolgend beispielhaft an Hand von Zeichnungen noch näher erläutert werden.
Es zeigen:
1 einen Stufenschalter nach dem Stand der Technik
2 eine Umschaltsequenz eines solchen bekannten Stufenschalters
3 einen erfindungsgemäßen Stufenschalter mit kombinierter, einziger Vakuumschaltröhre in jedem Lastzweig
4 einen weiteren erfindungsgemäßen Stufenschalter mit kombinierter, einziger Vakuumschaltröhre in jedem Lastzweig, der zusätzliche mechanische Kontakte aufweist
5 eine erfindungsgemäße Vakuumschaltröhre.
In 1 ist ein bekannter Stufenschalter gezeigt. Er weist einen ersten Lastzweig auf, in dem sich eine als Hauptkontakt wirkende Vakuumschaltröhre MSV_a sowie parallel dazu ein Überschaltwiderstand R_a sowie eine als Widerstandskontakt wirkende Vakuumschaltröhre TTV_a befinden. Der zweite Lastzweig besitzt ganz analog eine Vakuumschaltröhre MSV_b sowie parallel dazu einen weiteren Überschaltwiderstand R_b und eine Vakuumschaltröhre TTV_b. Der bekannte Stufenschalter besitzt also zwei Vakuumschaltzellen pro Lastzweig, mithin vier Vakuumschaltzellen pro Phase insgesamt.
2 zeigt die Schaltsequenz eines solchen bekannten Stufenschalters bei der Umschaltung von der Wicklungsanzapfung n auf die Wicklungsanzapfung n + 1. Die Ausgangslage, bei der die Anzapfung n beschaltet ist, entspricht der in 1 dargestellten Stellung der einzelnen Schaltelemente. Die Umschaltung erfolgt in folgenden Schritten:

– MSV_a öffnet
– TTV_b schließt
– TTV_a öffnet
– MSV_b schließt; die Umschaltung ist abgeschlossen.

3 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stufenschalters. Hier ist – durch eine doppelte Umrahmung – schematisch dargestellt, dass die bisher separaten, parallel angeordneten Vakuumschaltzellen des einen Lastzweiges zu einer ersten Vakuumschaltröhre Va und die bisher separaten, parallel angeordneten Vakuumschaltzellen des anderen Lastzweiges zu einer zweiten Vakuumschaltröhre Vb zusammengefasst sind. Die erfindungsgemäß zusammengefassten Vakuumschaltröhren werden weiter unten noch näher erläutert. Anzumerken ist hier, dass diese erfindungsgemäße Zusammenfassung der Funktionalität bisher separater Vakuumschaltröhren nicht an eine spezielle Schaltung gebunden ist; sie ist immer dann möglich, wenn zwei oder mehr Vakuumschaltröhren in einem Lastzweig vorgesehen sind.
4 zeigt daher eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stufenschalters mit einer weiterentwickelten Schaltung. Dabei ist zusätzlich zwischen der elektrischen Verbindung der erfindungsgemäßen ersten Vakuumschaltröhre Va (als Ersatz für die separaten Röhren MSV_a und TTV_a nach dem Stand der Technik) und der Lastableitung LA ein erster mechanischer Schalter MDC_a vorgesehen. Ganz analog ist zwischen der elektrischen Verbindung der erfindungsgemäßen zweiten Vakuumschaltröhre Vb (als Ersatz für die separaten Röhren TTV_b und MSV_b nach dem Stand der Technik) des anderen Lastzweiges und der Lastableitung ein weiteres mechanisches Schaltelement MDC_b vorgesehen. Beide mechanischen Schaltelemente MDC_a, MDC_b sind hier beispielhaft als Trennschalter ausgebildet; sie dienen nicht der Kommutierung, sondern zur Freischaltung, d. h. der galvanischen Trennung des nicht den Laststrom führenden Lastzweiges.
Es ist im Rahmen der Erfindung beispielsweise bei einem Stufenschalter mit vier separaten Vakuumschaltzellen pro Phase – solche Schaltungen existieren im Stand der Technik – auch möglich, jeweils zwei davon durch eine erfindungsgemäß zusammengefasste Vakuumschaltröhre zu ersetzen.
5 zeigt eine erfindungsgemäß zusammengefasste Vakuumschaltröhre Sie weist zwei separate Kontaktsysteme I und II auf, die beidseitig einer Symmetrieachse s2 in Querrichtung der Vakuumschaltröhre angeordnet sind. Dabei ist ein gemeinsames, die gesamte Vakuumschaltröhre umschließendes Gehäuse 1 vorgesehen. Zentrisch in der rotationssymmetrischen Längsachse s1 sind ein oberer Stößel 2 und am entgegengesetzten Ende ein unterer Stößel 3 vorgesehen, die im Inneren des Gehäuses 1 auf an sich bekannte Weise bewegliche Kontaktstücke 4, 5 tragen. Beide Kontaktstücke 4, 5 können separat und unabhängig voneinander durch Betätigung des Stößels 2 oder 3 mit einem gemeinsamen feststehenden Kontakt 6 in Verbindung gebracht werden. Die bekannten Kontaktfedern, die mit den Stößeln zusammenwirken, sind hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Dargestellt sind jedoch oberer Balg 7 und unterer Balg 8, die gleich oder auch unterschiedlich ausgebildet sein können. Dargestellt sind hier noch obere und untere Keramik 9, 10 sowie im Inneren oberer und unterer Dampfschirm 11, 12.
Insgesamt werden beim erfindungsgemäßen Stufenschalter mehrere Vorteile erreicht: Die Zahl der notwendigen Vakuumschaltröhren wird de facto halbiert; entsprechend geringer ist der notwendige Platzbedarf für diese Schaltelemente. Die Kosten sinken ebenfalls. Dies wird durch die erfindungsgemäße verwendete Vakuumschaltröhre erreicht, die als „Tandemröhre” ausgebildet ist und zwei separate Kontaktsysteme enthält. Dabei ist die erfindungsgemäße Vakuumschaltröhre einfach aufgebaut; im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen benötigt sie weder innerliegende Kontaktdruckfedern noch komplizierte Betätigungsmechanismen oder spezielle, filigrane Kontaktausbildungen z. B. in Ringform.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2021575 [0002]
DE 102009048813 [0003]
DE 3344367 [0008]
DE 19756308 C1 [0008]
EP 0258614 B1 [0008]
DE 102006033422 B3 [0008]

Claims

Stufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators, wobei für jede zu schaltende Phase zwei Lastzweige vorgesehen sind, wobei jeder Lastzweig einen als Hauptkontakt wirkenden Vakuumschaltkontakt und parallel dazu mindestens eine Reihenschaltung aus einem Überschaltwiderstand und jeweils einem weiteren Vakuumschaltkontakt aufweist und wobei beide Lastzweige mit einer gemeinsamen Lastableitung verbunden sind oder mittels mechanischer Schaltelemente verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils mindestens zwei Vakuumschaltkontakte jedes Lastzweiges baulich zu einer einzigen Vakuumschaltröhre (Va, Vb) mit zwei separaten, unabhängig voneinander betätigbaren beweglichen Kontakten (4, 5) und einem gemeinsamen festen Kontakt (6) vereinigt sind und dass der gemeinsame feste Kontakt (6) mit der gemeinsamen Lastableitung (LA) verbunden ist oder mittels mechanischer Schaltelemente (MDC_a, MDC_b) verbindbar ist.
Stufenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Lastzweig genau eine Reihenschaltung aus einem Überschaltwiderstand und einem weiteren Vakuumschaltkontakt vorgesehen ist und dass der eine Vakuumschaltkontakt und der eine weitere Vakuumschaltkontakt jedes Lastzweiges in jeweils einer Vakuumschaltröhre (Va, Vb) vereinigt sind.
Vakuumschaltröhre für einen Stufenschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem gemeinsamen Gehäuse (1) spiegelsymmetrisch zwei separate, getrennt betätigbare bewegliche Kontakte (4, 5) vorhanden sind, dass die beweglichen Kontakte (4, 5) durch an entgegengesetzten Seiten der Längsachse (s1) der Vakuumschaltröhre angeordnete Stößel (2, 3) betätigbar sind, und dass beide bewegliche Kontakte (4, 5) mit einem einzigen festen Kontakt (6) beschaltbar sind.
Vakuumschaltröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils einer der beweglichen Kontakte (4 oder 5) gemeinsam mit einem ihn umschließenden Dampfschirm (11 oder 12) ein Kontaktsystem (I, II) in einer separaten Schaltkammer bildet und dass die beiden Kontaktsysteme (I, II) und damit die beiden Schaltkammern sich spiegelsymmetrisch, um eine Symmetrieachse (s2) senkrecht zur rotationssymmetrischen Längsachse (s1) der Vakuumschaltröhre gespiegelt, gegenüberliegen.
Vakuumschaltröhre nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der beiden Stößel (2, 3) von einem abdichtenden Balg (7, 8) umgeben ist.