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Die Erfindung betrifft einen Laststufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators.
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Aus der
DE 38 33 126 A1 ist ein gattungsgemäßer Laststufenschalter zum Umschalten von einer Anzapfung zur nächsten mit auf einem Kreis angeordneten, mit den Anzapfungen verbundenen, festen Stufenkontakten bekannt. Dabei sind in jeder Phase mindestens zwei auf dem Kreis gleichzeitig verschwenkbare Schaltkontakte auf einem gemeinsamen Kontaktträger vorgesehen. Weiterhin sind je Phase in dem schwenkbaren Kontaktträger zwei mit den Schaltkontakten in Reihe liegende Vakuumschaltkontakte vorgesehen, wobei auf dem Kreis Nockenbahnen zur Steuerung von Rollen und damit zur Betätigung der Vakuumschaltkontakte dienen. Bei einer Umschaltung wird zunächst ein in Reihe mit einem Überschaltwiderstand liegender Schaltkontakt auf den benachbarten Stufenkontakt geschwenkt, wobei ein Vakuumschaltkontakt vor dem Abheben des Schaltkontaktes vom (bisherigen) Stufenkontakt öffnet und erst nach dem Anliegen des Schaltkontaktes am nächsten Stufenkontakt wieder schließt. Innerhalb des Umschaltvorgangs folgt dann die Öffnung eines Vakuumschaltkontaktes, der elektrisch in Reihe mit einem Schaltkontakt liegt, so dass der Laststrom auf den Vakuumschaltkontakt und den anderen Schaltkontakt kommutiert. Bei dieser bekannten Ausführung sind die Vakuumschaltkontakte liegend auf dem Kontaktträger angeordnet.
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Aus der
DE 198 21 775 C1 ist ein weiterer gattungsgemäßer Laststufenschalter bekannt, der einen Isolierstoffzylinder als Gehäuse aufweist. Auch hierbei sind feste Stufenkontakte im Inneren des Isolierstoffzylinders für jede Phase einer horizontalen Ebene kreisförmig angeordnet und auch hier befindet sich im Zentrum eine drehbare Schaltwelle, die für jede horizontale Ebene von festen Stufenkontakten einen ebenfalls drehbaren Kontaktträger aufweist. Der Kontaktträger besitzt mindestens zwei mechanische Kontakte. Einer davon steht direkt mit einer ersten Vakuumschaltröhre in Verbindung; der andere steht über einen zwischengeschalteten Überschaltwiderstand mit einer weiteren Vakuumschaltröhre elektrisch in Verbindung. Die jeweils andere Seite beider Vakuumschaltröhren auf jedem Kontaktträger ist elektrisch mit jeweils einer Lastableitung verbunden. Bei dieser bekannten Ausführung sind die Vakuumschaltröhren stehend angeordnet. Die zugrunde liegende elektrische Schaltung entspricht der bereits aus der früheren
DE 38 33 126 A1 bekannten und oben erläuterten Schaltung.
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Diese bekannten Laststufenschalter vom Lastwähler-Typ lassen sich durch den Verzicht auf die Trennung des Wählers vom eigentlichen Lastumschalter weniger aufwändig herstellen. Sie weisen jedoch dennoch verschiedene Nachteile auf: Sie erfordern einen komplexen Schaltvorgang während der Umschaltung, d. h. Bewegung des Kontaktträgers bzw. Kontaktarmes von einem festen Stufenkontakt zum benachbarten nächsten Stufenkontakt. Die Schaltzeit insgesamt wird durch diese Bewegung von einem festen Stufenkontakt hin zum nächsten bestimmt; da aus naheliegenden Gründen, insbesondere um den Lichtbogen, der bei der Umschaltung auftritt, zu minimieren, die Schaltzeit möglichst kurz sein soll, ist eine anspruchsvolle Mechanik zur Realisierung einer schnellen Umschaltung erforderlich. Weiterhin ist systembedingt bei den bekannten Laststufenschaltern stets nur eine Umschaltung um eine Stufe, d. h. von einem festen Stufenkontakt zum (beidseitig) benachbarten nächsten Stufenkontakt möglich.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Laststufenschalter der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die Schaltzeit minimiert wird.
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Diese Aufgabe wird durch einen Laststufenschalter mit den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Der Erfindung liegt die allgemeine erfinderische Idee zugrunde, abweichend vom Stand der Technik den Kontaktarm während seiner elektrischen Beschaltung nicht zu bewegen. Mit anderen Worten: Es erfolgt eine Trennung zwischen der mechanischen Bewegung des Kontaktarmes und der elektrischen Beschaltung der auf ihm angeordneten Bauelemente. Bei der Erfindung werden zwei separate Kontaktarme verwendet, die besonders bevorzugt jeweils aus zwei separaten Kontaktzweigen mit und ohne Überschaltwiderstand bestehen und bei denen jeder Kontaktzweigen separat über Schaltmittel, bevorzugt über eine (eigene) Vakuumschaltröhre vom Netz getrennt werden kann. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung können die beiden Kontaktarme unabhängig voneinander räumlich bewegt werden, bleiben aber stets über einen gemeinsamen Hauptkontakt elektrisch miteinander verbunden.
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Der besondere Vorteil der Erfindung besteht in der Realisierung sehr kurzer Schaltzeiten, die nur begrenzt sind durch die typenspezifischen Schaltzeiten der Schaltmittel, bevorzugt also der Vakuumschaltröhren. Während ein Kontaktarm im elektrischen Eingriff steht, kann der andere Kontaktarm leistungslos auf einen anderen festen Stufenkontakt bewegt werden. Erst danach wird die elektrische Verbindung hergestellt. Schließlich ermöglicht es die Erfindung auch, eine Umschaltung von räumlich weiter auseinander liegenden festen Stufenkontakten zu ermöglichen und damit mehrere Spannungsstufen zu überspringen.
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Zwar ist es aus der
DE 44 07 945 C1 bereits prinzipiell bekannt, zwei Kontaktarme vorzusehen, die voneinander unabhängig und ohne mechanische Kopplung und Beeinflussung bewegbar sind. Allerdings ist bei dieser bekannten Lösung es notwendig, dass unabhängig von der Schaltrichtung stets derselbe erste Kontaktarm direkt als Hauptschaltkontakt und stets der zweite Kontaktarm als Widerstandsschaltkontakt mit der Lastableitung verbunden wird. Auch bei dieser bekannten Ausführung erfolgen also mechanische Bewegung der Kontaktarme und elektrische Beschaltung der Kontaktelemente gleichzeitig. Die Erfindung kann durch diese bekannte Lösung, bei der sich die beiden Kontaktarme schaltrichtungsabhängig überholen können, nicht nahegelegt werden; es handelt sich um eine völlig andere Schaltung.
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Im stationären Betrieb liegen bei der Erfindung die beiden Kontaktarme auf unterschiedlichen Anzapfungen, d. h. unterschiedlichen festen Kontakten. Dies ist der prinzipielle Unterschied zum Stand der Technik; dort befinden sich alle Kontakte auf dem aktuell geschalteten festen Stufenkontakt.
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Bei der Erfindung werden die beiden Grundprinzipien von Laststufenschaltern, nämlich die Ausführung als Lastwähler einerseits und die Trennung von Wähler und Lastumschalter andererseits, kombiniert. Damit wird ein langsamer Kontaktwechsel möglich bei dennoch kurzen Schaltzeiten.
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Die Erfindung soll nachfolgend beispielhaft an Hand von Figuren noch näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:
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1 einen erfindungsgemäßen Laststufenschalter in schematischer Darstellung
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2 diesen Laststufenschalter mit anderer elektrischer Beschaltung
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3 eine Detaildarstellung eines erfindungsgemäßen Laststufenschalters
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4 eine Umschaltsequenz bei einem erfindungsgemäßen Lastumschalter beim Wechsel von einem festen Stufenkontakt auf einen benachbarten weiteren Stufenkontakt.
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In 1 ist ein erster beweglicher Kontaktarm A gezeigt, der über einen Antrieb A.1 betätigbar ist. In dieser Prinzipdarstellung ist der Antrieb A.1 linear dargestellt, es kann aber ebenso auch eine rotatorische Betätigung erfolgen. Gegenüberliegend ist ein zweiter beweglicher Kontaktarm B gezeigt, der ebenfalls durch einen weiteren Antrieb B.1, unabhängig vom Antrieb A.1, betätigbar ist. Beide bewegliche Kontaktarme A, B sind über jeweils einen Schleifkontakt A.2, B.2 mit einem Hauptkontakt H elektrisch verbunden. Ferner sind in der Figur noch feste, von beiden beweglichen Kontaktarmen A, B unabhängig voneinander beschaltbare feste Stufenkontakte n, n + 1, n + 2, n + 3, gezeigt, die auf bekannte Weise mit den entsprechenden Wicklungsausleitungen des zu regelnden Stufentransformators elektrisch verbunden sind. In dieser Darstellung ist der Stufenkontakt n + 2 beschaltet; der Laststrom führt über den Stufenkontakt n + 2 hier über den ersten Kontaktarm A auf den Hauptkontakt H. Dieser wiederum führt zu einer Lastableitung.
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2 zeigt diesen erfindungsgemäßen Laststufenschalter in anderer Beschaltung, hierbei führt der Laststrom von dem Stufenkontakt n + 3 über den zweiten beweglichen Kontaktarm B zum Hauptkontakt H.
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3 zeigt diesen erfindungsgemäßen Laststufenschalter im Detail. Neben den bereits oben erläuterten elektrischen Bauteilen ist hier noch detailliert dargestellt, dass der erste bewegliche Kontaktarm A einen ersten Zweig mit einer Vakuumschaltröhre V1 sowie einem zweiten Zweig mit einer Reihenschaltung aus einem Überschaltwiderstand RA und eine Vakuumschaltröhre V2 besitzt. Beide Zweige können jeweils gemeinsam mit einem der festen Stufenkontakte n ... n + 3 elektrisch in Verbindung gebracht werden. Weiterhin ist gezeigt, dass der zweite bewegliche Kontaktarm B auf ganz identische Weise ebenfalls zwei Zweige aufweist, nämlich wiederum einen ersten Zweig mit einer Vakuumschaltröhre V3 und einem zweiten Zweig mit einer Reihenschaltung aus einem weiteren Überschaltwiderstand RB und einer weiteren Vakuumschaltröhre V4. Auch die beiden Zweige des zweiten beweglichen Kontaktarmes B können gemeinsam mit einem der Stufenkontakte n ... n + 3 elektrisch beschaltet werden – und zwar unabhängig von den Zweigen auf dem ersten beweglichen Kontaktarm A.
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4 zeigt eine Umschaltsequenz bei einer Schaltung von einem festen Stufenkontakt n auf einen benachbarten festen Stufenkontakt n + 1. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nur bei der ersten Lage, der Ausgangslage des Laststufenschalters, Bezugszeichen vorgesehen. 4a zeigt die Ausgangslage, die elektrische Verbindung wird vom festen Stufenkontakt n über die Vakuumschaltröhre V1 zum Hauptkontakt H geführt. 4b zeigt, dass nachfolgend die Vakuumschaltröhre V4 des anderen Kontaktarmes B geschlossen wird, damit wird der Überschaltwiderstand RB elektrisch geschaltet. 4c zeigt, dass anschließend die bis dahin den Laststrom führende Vakuumschaltröhre V1 des ersten Kontaktarmes A öffnet. 4d zeigt wiederum nachfolgend das Schließen der Vakuumschaltröhre V3 des zweiten Kontaktarmes B, die den Laststrom übernimmt. In 4e schließlich ist gezeigt, dass die Vakuumschaltröhre V4 wieder geöffnet und damit der Überschaltwiderstand RB getrennt ist; der Laststrom fließt jetzt von dem neuen festen Stufenkontakt n + 1 über die Vakuumschaltröhre V3 hin zum Hauptkontakt H – die Umschaltung ist beendet. Soll eine neue Umschaltung vorgenommen werden, wird zunächst der erste bewegliche Kontaktarm A, der jetzt vollständig geöffnet ist, leistungslos auf die neue Wicklungsanzapfung bewegt; dies muss nicht zwingend die benachbarte sein. Erst danach erfolgt die elektrische Beschaltung in analoger Weise. Die Mittel zur sequenzabhängigen Betätigung der Vakuumschaltröhren selbst sind aus Übersichtlichkeitsgründen nicht gezeigt.
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Wie bereits erläutert, sind sowohl feste Stufenkontakte n ... n + 3 als auch Kontaktarme A, B geometrisch derart ausgebildet, dass unabhängig voneinander und ohne wechselseitige Beeinträchtigung jeder feste Stufenkontakt n ... n + 3 von jedem Kontaktarm A, B beschaltbar ist.
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Noch einmal zusammengefasst: Erfindungsgemäß sind zwei unabhängig voneinander bewegbare Kontaktarme A, B vorgesehen, die jeweils zwei parallele elektrische Zweige aufweisen, die jeweils separat über Vakuumschaltröhren (V1, V2; V3, V4) zu- bzw. abgeschaltet werden können. Dabei weist jeweils ein Zweig jedes Kontaktarmes A, B eine Reihenschaltung aus einem Überschaltwiderstand (RA, RB) und einer Vakuumschaltröhre (V2, V4) auf. Der jeweilige Überschallwiderstand (RA, RB) kann dadurch bei einer Umschaltung kurzzeitig zu- bzw. abgeschaltet werden. Die Umschaltung von einem festen Stufenkontakt auf einen weiteren festen Stufenkontakt erfolgt ohne Betätigung der Kontaktarme A oder B, sondern lediglich durch das Zu- und Abschalten der Vakuumschaltröhren V1 ... V4.
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In den Figuren ist der erfindungsgemäße Laststufenschalter in linearer Anordnung schematisch dargestellt. Es ist im Rahmen der Erfindung ebenso möglich, eine rotatorische Anordnung vorzusehen, bei der die festen Stufenkontakte n ... n + 3 kreisförmig angeordnet und die Kontaktarme A, B zentrisch unabhängig voneinander drehbar angeordnet sind. Wichtig ist allein, dass beide Kontaktarme A, B unabhängig voneinander bewegbar sind und dass die Beschaltung der auf ihnen angeordneten Vakuumschaltröhren V1 ... V4 erst nach dem Abschluss der Bewegung vollzogen wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3833126 A1 [0002, 0003]
- DE 19821775 C1 [0003]
- DE 4407945 C1 [0009]
