-
Laststufenschalter und Lastwähler dienen den Transformatoren dazu, die Wicklungsanzapfungen dieser Transformatoren unter Last umzuschalten und damit Spannungsänderungen beim Verbraucher gezielt auszugleichen.
-
Laststufenschalter, wie aus der Offenlegungsschrift
DE10055406C1 bekannt, bestehen üblicherweise aus einem Wähler zur leistungslosen Vorwahl derjenigen Wicklungsanzapfungen des Transformators, auf die umgeschaltet werden soll, sowie einem Lastumschalter zur eigentlichen unterbrechungslosen Umschaltung von der bisher geschalteten Wicklungsanzapfung auf die neue, vorgewählte Wicklungsanzapfung. Im Wähler befinden sich mindestens zwei Kontaktbahnen, die mit entsprechenden Wicklungsanzapfungen verbunden sind. Eine Kontaktbahn führt über einen geschlossenen Kontakt den Strom, während über die zweite Kontaktbahn die nächste Wicklungsanzapfung vorgewählt wird, um nach der Lastumschaltung den Strom zu führen. Die eigentliche Lastumschaltung erfolgt mit Hilfe von Vakuumschaltröhren oder mechanischen Kontakten. Auf Grund der beim Schalten entstehenden Ölverschmutzung, sind die Vakuumschaltröhren oder die mechanischen Kontakte mit den dazu gehörenden mechanischen Bauteilen in einem separaten Ölgefäßzylinder untergebracht. Der Wähler befindet sich typenbedingt entweder im Transformatorgehäuse oder in einem eigenen Ölgefäßzylinder.
-
Ein Nachteil der Laststufenschalter liegt darin, dass diese aus sehr vielen Komponenten bestehen. Dies führt dazu, dass die Montage und Wartung sehr zeitintensiv und somit teuer sind.
-
Lastwähler, wie aus der Offenlegungsschrift
DE3833126A1 bekannt, bestehen unter anderem aus einem Ölgefäßzylinder. Dieser ist aus einem Isolierstoff und hat im Inneren eine radial angeordnete, dreiteilige Nockenbahn. Unterhalb der Nockenbahn sind drei von außen angeordnete Netzklemmen angebracht, die mit einem sich im Inneren befindenden Schleifring verbunden sind. Oberhalb der Nockenbahn befinden sich die Stufenkontakte, die mit den jeweiligen Anzapfungen der Stufenwicklungen verbunden sind und in das Innere des Zylinders greifen. Durch das Innere des Ölgefäßzylinders erstreckt sich eine aus Isolierstoff bestehende Schaltwelle. An dieser sind, über eine Grundplatte und einem Teilzylinder, zwei horizontal angeordnete Vakuumschaltröhren in einem Schaltkontaktträger, Schleifkontakte mit Führungsarmen und zahlreiche andere Teile befestigt. Durch die Rotation der Schaltwelle wird die Nockenbahn mit den einzelnen Rollen des Schaltkontaktträgers abgetastet. Dadurch werden die einzelnen Vakuumschaltröhren betätigt, was zu einem vordefinierten Schaltablauf führt.
-
Ein Nachteil eines solchen Lastwählers liegt darin, dass die Größe und Lage der Vakuumschaltröhren Mindestanforderungen an dem Bauraum und somit an dem Umfang des Ölgefäßzylinders stellen. Durch die radiale Anordnung der Anschlüsse für die einzelnen Wicklungsanzapfungen am Umfang des Ölgefäßzylinders und die vorgegebenen Mindestabstände der Nachbaranschlüsse, ist die Teiligkeit, d. h. die maximale Anzahl der Anschlüsse bei einem bestimmten Umfang, begrenzt. Zusätzlich kann man den Lastwähler aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und des Platzbedarfs in einem Transformator nicht beliebig groß bauen.
-
Ein weiterer Nachteil ist das Gewicht der Schaltwelle, welches durch die Menge der Komponenten bestimmt wird und beim Schalten bewegt werden muss. Da die Schaltvorgänge in Bruchteilen von Sekunden ablaufen, müssen enorme Kräfte aufgebracht werden, um die Schaltwelle mit der gesamten Kontaktanordnung in Bewegung zu bringen. Nach Beendigung des Schaltvorgangs müssen diese Massen aber auch wieder abgebremst werden. Dies führt zu einer hohen Belastung der einzelnen Bauteile, einem hohen Verschleiß und häufigen Serviceintervallen.
-
Zusätzlich muss bei Erweiterungen des Lastwählers, um weitere Anschlüsse für zusätzliche Wicklungsanzapfungen von Regelwicklungen, die gesamte Schaltanordnung neu konzipiert und ausgelegt werden. Andernfalls könnte die Funktion nicht gewährleistet und die geforderten Schaltzeiten nicht eingehalten werden.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Laststufenschalter zu schaffen, der die Vorteile eines Laststufenschalters und eines Lastwählers vereint, dabei einen geringen Bauraum aufweist und auf einfachste Weise um zusätzliche Schaltkontakte erweitert werden kann.
-
Diese Aufgabe wird durch einen Laststufenschalter mit den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
-
Der Erfindung liegt die allgemeine Idee zu Grunde, die durch Nockenscheiben betätigbaren Schaltkontakte (Vakuumschaltrohren) ortsfest zu fixieren und sowohl die Stufenkontakte, zum Umschalten von einer Wicklungsanzapfung zur Nächsten, als auch die Kontakte und Ableitkontakte, die durch eine Schraubspindel betätigt werden, vertikal untereinander, unterhalb der Schaltkontakte, anzuordnen.
-
Die Erfindung soll nachfolgend an Hand von Zeichnungen beispielhaft näher erläutert werden.
-
Es zeigen:
-
1 einen erfindungsgemäßen Laststufenschalter
-
2 einen möglichen Schaltablauf eines erfindungsgemäßen Laststufenschalters von einem ersten Stufenkontakt zu einem zweiten Stufenkontakt
-
3 einen möglichen Schaltablauf eines erfindungsgemäßen Laststufenschalters von einem zweiten Stufenkontakt zu einem ersten Stufenkontakt
-
4 eine weitere Ausführungsform der Kontakte
-
In 1 ist ein erfindungsgemäßer, dreiphasiger Laststufenschalter 1 für Stufentransformatoren dargestellt. Am oberen Ende des Laststufenschalters 1 ist ein Kraftspeicher 2 angeordnet. Dieser betreibt eine als Schraubspindel ausgebildete Antriebswelle 3, an der im oberen Bereich mindestens zwei Nockenscheiben 4 fest angeordnet sind. In der Beschreibung wird stets auf nur eine Phase eingegangen, die erfindungsgemäße Ausführung gilt jedoch für jede der drei Phasen. Durch Drehung der Antriebswelle 3 und der an ihr befestigten Nockenscheiben 4 können mit Hilfe von Umlenkanordnungen fünf Vakuumzellen 6 und 7 geöffnet bzw. geschlossen werden.
-
Darüber hinaus ist ein Kontaktträger 8 mechanisch mit der Antriebswelle 3 verbunden. Von der Drehrichtung abhängig, kann sich der Kontaktträger 8 vertikal linear nach oben oder unten bewegen, ohne dabei selbst zu rotieren. Der Kontaktträger 8 besteht aus einem Hülsenelement 9 und mindestens einem Kontaktarm 10. Das Hülsenelement 9 ist im Inneren schraubenmutterförmig ausgebildet und korrespondiert mit der als Schraubspindel ausgebildeten Antriebswelle 3. Das Hülsenelement 9 dient als Verbindungsmittel zwischen der als Schraubspindel ausgebildeten Antriebswelle 3 und dem Kontaktträger 8. An einem Ende des Kontaktarms 10 sind mindestens zwei galvanisch voneinander getrennte Kontakte 11 und 12 angeordnet. Im dargestellten Beispiel sind die Kontakte 11 und 12 als gleitende Kontaktfingerpaare ausgebildet.
-
Parallel zur Antriebswelle 3 sind jedem Kontaktarm 10 mindestens zwei korrespondierende Ableitkontakte 13 und 14 vertikal zugeordnet. Der Ableitkontakt 13 hat stets eine elektrisch leitende und mechanisch gleitende Verbindung zu einem Ende des Kontaktes 11. Da es sich im Beispiel um ein Kontaktfingerpaar handelt, gleitet der Ableitkontakt 13 dazwischen. Dies gilt ebenfalls für den Ableitkontakt 14 und den Kontakt 12.
-
Zusätzlich ist der Kontaktarm 10 über eine Aussparung 15, in Form einer Bohrung mit einem der Ableitkontakte, hier Ableitkontakt 13, mechanisch verbunden. Dadurch hat Ableitkontakt 13 auch die Funktion einer Führung für den Kontaktträger 8 und verhindert, dass sich dieser mit der Antriebswelle 3 mitdreht.
-
Ebenfalls parallel zur Antriebswelle 3 ist jedem Kontaktarm 10 ein Isolierstab 16 aus einem elektrisch nicht leitenden Material zugeordnet. Im Isolierstab 16 sind korrespondierend zu den Kontakten 11 und 12 elektrisch leitenden Stufenkontakte 17 linear längs einer vertikal verlaufenden Bahn angeordnet. Diese sind untereinander versetzt angebracht und erstrecken sich von der Innenseite des Isolierstabes 16 zur Außenseiten. Auf der Außenseite des Isolierstabes 16 werden an den Stufenkontakten 17 die unterschiedlichen Wicklungsanzapfungen des Regeltransformators angeschlossen. In Verbindung mit anderen Isolierstäben 16 kann ein Gerüst für den Laststufenschalter 1 gebildet werden. Denkbar ist aber auch ein einfacher Zylinder aus einem elektrisch nicht leitenden Material, anstatt der Isolierstäbe 16 zur Befestigung der Stufenkontakte 17.
-
Da die Kontakte 11 und 12 als gleitende Kontaktfingerpaare ausgebildet sind, gleiten auch die Stufenkontakte 17 zwischen diesen. Somit befinden sich an einem Ende der Kontakte 11 und 12 die Stufenkontakte 17 und am anderen Ende die Ableitkontakte 13 und 14. Durch diese Anordnung kann eine leitende Verbindung zwischen den Stufenkontakten 17 und den Ableitkontakten 13 und 14 hergestellt werden.
-
Um einen Fluss des Laststromes zu ermöglichen, sind die Vakuumschaltröhre 7 und der Ableitkontakt 14 elektrisch leitend miteinander verbunden. Vakuumschaltröhre 6 ist durch einen zusätzlichen Widerstand 18 mit der Netzklemme elektrisch leitend verbunden. Die Verbindung kann z. B. durch Kupferlitzen oder Drähte realisiert werden. Bei dem in 1 dargestellten Widerstand 18 handelt es sich um sog. Widerstandspakete.
-
In 2 ist der Schaltablauf des erfindungsgemäßen Laststufenschalters 1 durch die einzelnen Schaltbilder A–H dargestellt. Der Ausgangszustand wird im Schaltbild A abgebildet. Hier liegen beide Kontakte 11 und 12 am selben Stufenkontakt 17 an. Beide Vakuumschaltröhren 6 und 7 sind geschlossen. Auf Grund des in Reihe geschalteten Widerstandes 18 fließt der Strom über den Ableitkontakt 14 durch die Vakuumschaltröhre 7 zur Ableitung 19.
-
Durch Auslösen des Kraftspeichers 2 wird die gespeicherte Energie durch Drehung der Antriebswelle 3 freigegeben. Durch das Hülsenelement 9 wird der Kontaktträger linear nach unten bzw. oben zum nächsten Stufenkontakt 17 bewegt. Zunächst löst sich der Kontakt 11 von dem Stufenkontakt 17 (Schaltbild B). Im nächsten Schritt wird die Vakuumschaltröhre 6 über eine Umlenkanordnung 5 mit Hilfe einer Nockenscheibe 4 geöffnet, welche ebenfalls durch die Antriebswelle 3 angetrieben wird (Schaltbild C). Bis dahin hat der Kontaktträger 8 einen solchen Weg zurückgelegt, dass Kontakt 11 an einem nächsten Stufenkontakt 17 anliegt (Schalbild D). Bis zu diesem Punkt ist der Strom über Kontakt 12 und Vakuumschaltröhre 7 zur Ableitung 18 geflossen. Durch eine der Nockenscheiben 4 wird nun die Vakuumschaltröhre 6 geschlossen. Dabei entsteht der sog. Kreisstrom (Schaltbild E). Eine andere Nockenscheibe 4 öffnet daraufhin die Vakuumschaltröhre 7 (Schaltbild F), sodass die Wicklungen des benachbarten Stufenkontakts 17 abgegriffen werden können. Im nächsten Schritt hat sich der Kontaktträger 8 soweit bewegt, dass auch der Kontakt 12 an dem Stufenkontakt 17 anliegt. Im letzten Schritt (Schaltbild H) haben die Kontakte 11 und 12 ihre Endstellung erreicht und eine der Nockenscheiben 4 schließt die Vakuumschaltröhre 7, sodass der Strom über diese zur Ableitung 19 fließen kann.
-
In 3 ist der in 2 dargestellte Schaltablauf in umgekehrter Reihenfolge durch die Schaltbilder I–P dargestellt. Die Ausgangsstellung (Schaltbild I) entspricht hier der Endstellung (Schaltbild H) in 2. Beide Vakuumschaltröhren 6 und 7 sind geschlossen. Der Strom fließt von dem Stufenkontakt 17 über den Kontakt 14 und die Vakuumschaltröhre 7 zur Ableitung 19. Nach dem Auslösen des Kraftspeichers 2 wird die Antriebswelle 3 in die entgegengesetzte Richtung gedreht, als in 2 beschrieben. Der Kontaktträger 8 bewegt sich in Richtung eines nächsten Stufenkontakts 17. Bevor sich der Kontakt 14 von dem Stufenkontakt 17 löst, öffnet eine Nockenscheibe 4 die Vakuumschaltröhre 7 (Schaltbild J). Der Strom fließt nun über den Kontakt 11, den Ableitkontakt 13, die Vakuumschaltröhre 6 und den Widerstand 18. Nachdem der Kontakt 14 am benachbarten Stufenkontakt 17 angekommen ist (Schalbild K), wird die Vakuumschaltröhre 7 durch eine Nockenscheibe 4 geschlossen (Schaltbild L). In dieser Position entsteht der sog. Kreisstrom. Durch die weitere Drehung der Antriebswelle 3 betätigt eine der Nockenscheiben 4 die Vakuumschaltröhre 6 und öffnet diese. Nun werden die Wicklungen des benachbarten Stufenkontakts 17 abgegriffen (Schaltbild M). Nachdem sich der Kontakt 11 von dem Stufenkontakt 17 gelöst hat (Schaltbild N), wird die Vakuumschaltröhre 6 geschlossen (Schaltbild O). In der Endstellung befinden sich die Kontakte 11 und 12 am Stufenkontakt 17. Der Strom fließt wieder über den Kontakt 12, den Ableitkontakt 14 und die Vakuumschaltröhre 7 zur Ableitung 19.
-
Im Vergleich zu herkömmlichen Lastwählern werden durch die Antriebswelle 3 nur die Nockenwellen 4 und der Kontaktträger 8, mit den dazu gehörenden Kontakten 11 und 12, bewegt. Diese wenigen Komponenten sind insgesamt leichter, so dass weniger Energie benötigt wird um diese zu bewegen. Die Vakuumschaltröhren 6 und 7 sowie der Widerstand 18 sind fest angeordnet. Die beim Abbremsen der Teile entstehenden Belastungen nach einer Umschaltung nehmen ebenfalls ab. Zusätzlich wird durch die feste Anordnung das sog. Prellen, beim Öffnen oder Schließen der Vakuumschaltröhren 6 und 7, reduziert.
-
Durch die Trennung der Vakuumschaltröhren 6 und 7 von den Kontakten 11 und 12 wird der Laststufenschalter 1 kompakter und benötigt weniger Bauraum. Begünstigt wird dies außerdem durch die vertikal ausgerichteten Vakuumschaltröhren 6 und 7, die den Durchmesser der gesamten Anordnung reduzieren. Generell hat die kompakte Bauweise im Vergleich zu Laststufenschaltern aus dem Stand der Technik weniger Komponenten. Dadurch werden Aufbau, Montage und Wartung weniger zeitintensiv und somit kostengünstiger. Durch die vertikale Anordnung der Stufenkontakte 17 ist der Laststufenschalter 1 bei Bedarf sehr einfach nach unten verlängerbar und kann sehr einfach um zusätzliche Kontakte für weitere Regelwicklungen erweitert werden. Die Erweiterung um weitere Regelwicklungen ist bedeutend einfacher umzusetzen als bei herkömmlichen Laststufenschalter oder Lastwählern.
-
In 4 ist eine alternative Form der Kontakte 11 und 12 abgebildet. Diese sind nicht als Gleitkontakte ausgebildet, sondern weisen an den Enden leitende Rollen 20 auf. Bei der Auf- und Abwärtsbewegung kann durch das Abrollen der Verschleiß der Kontakte 11 und 12 reduziert werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Laststufenschalter
- 2
- Kraftspeicher
- 3
- Antriebswelle
- 4
- Nockenscheiben
- 5
- Umlenkanordnung
- 6
- Vakuumschaltröhre
- 7
- Vakuumschaltröhre
- 8
- Kontaktträger
- 9
- Hülsenelement
- 10
- Kontaktarm
- 11
- Kontakt
- 12
- Kontakt
- 13
- Ableitkontakt
- 14
- Ableitkontakt
- 15
- Bohrung
- 16
- Isolierstab
- 17
- Stufenkontakt
- 18
- Widerstand
- 19
- Ableitung
- 20
- Rolle
-
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 10055406 C1 [0002]
- DE 3833126 A1 [0004]
