DE102010053466A1

DE102010053466A1 - Stufenschalter und Vakuumschaltröhre für einen solchen Stufenschalter

Info

Publication number: DE102010053466A1
Application number: DE102010053466A
Authority: DE
Inventors: Christian Hammer; Wolfgang Albrecht; Dr. Hartmann Werner; Sylvio Kosse; Andreas Lawall; Dr. Renz Roman; Andreas Stelzer; Dr. Teichmann Jörg; Dr. Wenzel Norbert
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG; Siemens AG
Current assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Siemens AG; Scheubeck GmbH and Co
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2012-05-31
Also published as: EP2647022A1; US9607781B2; CN103354942A; EP2647022B1; JP2014502049A; PT2647022E; BR112013012804A8; HK1186288A1; WO2012072181A1; BR112013012804A2; KR20130136997A; US20140034463A1; ES2540593T3

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 ein Vakuumschaltkontakt jedes Lastzweiges baulich zu einer einzigen Vakuumschaltröhre mit zwei separaten festen, wahlweise beschaltbaren festen Kontakten und einem einzigen beweglichen Kontakt 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, jeweils den Hauptkontakt in einem Lastzweig und den Widerstandskontakt im anderen 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 nur einem beweglichen Kontaktsystem und zwei alternativ, nach Art eines Umschalters, kontaktierbaren festen Kontakten die Funktionalität von zwei Rohren bei einem Stufenschalter zu kombinieren. Dabei ist die neuartige Vakuumschaltröhre einfach aufgebaut; sie besitzt insbesondere keine innenliegenden Kontaktdruckfedern oder Gleitkontakte. Besonders vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre ist das nur eine bewegliche Kontaktsystem, das wenig Platz einnimmt und eine nur einfache Betätigungsmechanik erfordert.
Vakuumschaltröhren mit zwei Kontaktstellen sind an sich bereits bekannt.
Die DE 3344376 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 eine erfindungsgemäße Vakuumschaltröhre
4 einen erfindungsgemäßen Stufenschalter mit zwei erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhren in schematischer Darstellung
5 einen weiteren erfindungsgemäßen Stufenschalter
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 erfindungsgemäß zusammengefasste Vakuumschaltröhre.
Dabei ist ein gemeinsames, die gesamte Vakuumschaltröhre umschließendes Gehäuse 1 vorgesehen. Zentrisch in der rotationssymmetrischen Längsachse s1 ist ein oberer beweglicher Stößel 2 und am entgegengesetzten Ende ist ein unterer fester Kontaktanschluss 3 vorgesehen. Der bewegliche Stößel 2 trägt an seinem inneren freien Ende ein bewegliches Kontaktstück 4. Der feste untere Kontaktanschluss 3 trägt seinerseits ein festes Kontaktstück 5. Oberhalb des beweglichen Kontaktstückes 4 ist eine umlaufende ringförmige feststehende Kontaktanordnung 6 vorgesehen, die sich senkrecht zur rotationssymmetrischen Längsachse s1 in der hier waagerecht dargestellten Ebene s2 befindet. An der Kontaktanordnung 6 ist ein fester Kontakt 8 befestigt, der beispielsweise angelötet ist. Dieser feste Kontakt 8 ist in einer Endstellung des beweglichen Stößels 2 von dessen Kontaktstück 4 beschaltbar. In der anderen Endstellung beschaltet dieses Kontaktstück 4 das feststehende Kontaktstück 5 des unteren Kontaktanschlusses 3. Das bewegliche Kontaktstück 4 kann also nach Art eines Umschalters wahlweise sowohl den feststehenden Kontakt 8 als auch das feststehende Kontaktstück 5 beschalten. Dargestellt sind Balg 7 sowie obere und untere Keramik 9, 10 sowie im Inneren des Gehäuses 1 ein oberer Dampfschirm 11 und ein unterer Dampfschirm 12.
Insgesamt werden beim erfindungsgemäßen Stufenschalter mit erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhren 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 zwar zwei separate schaltende Kontakte, aber nur ein einziges bewegliches Kontaktsystem 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.
4 zeigt in schematischer Darstellung einen Stufenschalter mit zwei Lastzweigen, wie er in 1 und 2 bereits erläutert worden ist. Es ist zu sehen, dass hier erfindungsgemäß die als Hauptkontakt wirkende Vakuumschaltröhre MSVa des ersten Lastzweiges und die als Widerstandskontakt wirkende Vakuumschaltröhre TTVb des zweiten Lastzweiges in einer ersten erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre V1 vereinigt sind. Ebenso sind erfindungsgemäß die als Hauptkontakt wirkende Vakuumschaltröhre MSVb des zweiten Lastzweiges und die als Widerstandskontakt wirkende Vakuumschaltröhre TTVb des ersten Lastzweiges in einer zweiten erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre V2 vereinigt.
Dies geschieht derart, dass bei der ersten erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre V1 beispielsweise die Kontaktstrecke zwischen festem Kontaktstück 5 und beweglichem Kontaktstück 4 die Funktion der MSVa übernimmt, während die Kontaktstrecke zwischen festem Kontakt 8 und beweglichem Kontaktstück 4 die Funktion der TTVb übernimmt. Ganz analog übernimmt bei der zweiten erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre V2 beispielsweise die Kontaktstrecke zwischen festem Kontaktstück 5 und beweglichem Kontaktstück 4 die Funktion der MSVb übernimmt, während die Kontaktstrecke zwischen festem Kontakt 8 und beweglichem Kontaktstück 4 die Funktion der TTVa übernimmt. Natürlich sind im Rahmen der Erfindung auch andere Beschaltungen der Kontaktstrecken der beiden Vakuumschaltröhren V1, V2 möglich.
5 zeigt einen weiteren erfindungsgemäßen Stufenschalter, bei dem zusätzlich mechanische Schaltelemente (MDC_a, MDC_b) vorgesehen sind, die zur galvanischen Trennung des nicht den Laststrom führenden Lastzweiges dienen.
Der Vorteil der Erfindung besteht bei allen Ausführungsformen darin, dass nur zwei Vakuumschaltröhren mit jeweils nur einem beweglichen, anzutreibenden Kontaktstück erforderlich sind, um insgesamt vier separate Kontakte in den beiden Lastzweigen zu ersetzen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2021575 [0003]
DE 102009048813 [0006]
DE 3344376 [0014]
DE 19756308 C1 [0015]
EP 0258614 B1 [0016]
DE 102006033422 B3 [0017]

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 eine Reihenschaltung aus einem Überschaltwiderstand und jeweils einem weiteren als Widerstandskontakt wirkenden Vakuumschaltkontakt aufweist und wobei beide Lastzweige mit einer gemeinsamen Lastableitung verbunden sind oder mittels mechanischer Schaltelemente verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der als Hauptschaltkontakt wirkende Vakuumschaltkontakt des ersten Lastzweiges und der als Widerstandskontakt wirkende Vakuumschaltkontakt des zweiten Lastzweiges baulich zu einer einzigen ersten Vakuumschaltröhre (V1) mit einem beweglichen Kontakt (4) und von diesem wahlweise beschaltbaren zwei festen Kontakten (5, 8) vereinigt sind, dass der als Hauptschaltkontakt wirkende Vakuumschaltkontakt des zweiten Lastzweiges und der als Widerstandskontakt wirkende Vakuumschaltkontakt des ersten Lastzweiges baulich zu einer einzigen zweiten Vakuumschaltröhre (V1) mit einem beweglichen Kontakt (4) und von diesem wahlweise beschaltbaren zwei festen Kontakten (5, 8) vereinigt sind und dass die beweglichen Kontakte (4) beider Vakuumschaltröhren (V1, V2) mit der gemeinsamen Lastableitung (LA) verbunden sind oder mittels mechanischer Schaltelemente (MDC_a, MDC_b) verbindbar sind.
Vakuumschaltröhre für einen Stufenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein gemeinsames, die gesamte Vakuumschaltröhre umschließendes Gehäuse (1) vorgesehen ist, dass zentrisch in einer rotationssymmetrischen Längsachse (s1) ein oberer beweglicher Stößel (2) und am entgegengesetzten Ende ein unterer fester Kontaktanschluss (3) vorgesehen sind, dass der bewegliche Stößel (2) an seinem inneren freien Ende ein bewegliches Kontaktstück (4) und der feste untere Kontaktanschluss (3) an seinem inneren freien Ende ein festes Kontaktstück (5) trägt, und dass an der dem festen Kontaktstück (5) abgewandten Seite des beweglichen Kontaktstückes (4) eine feststehende Kontaktanordnung (6) mit einem weiteren festen Kontakt (8) vorgesehen ist, derart, dass durch das bewegliche Kontaktstück (4) wahlweise festes Kontaktstück (5) oder fester Kontakt (8) beschaltbar sind.
Vakuumschaltröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, die sich die feststehende Kontaktanordnung (6) mit dem weiteren festen Kontakt senkrecht zur rotationssymmetrischen Längsachse (s1) in einer weiteren Ebene (s2) befindet,
Vakuumschaltröhre nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die feststehende Kontaktanordnung (6) als zumindest teilweise umlaufende ringförmige Kontaktanordnung ausgebildet ist.