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Die Erfindung betrifft einen Laststufenschalter mit Vorwähler zur unterbrechungslosen Regelung eines Regeltransformators.
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Vorwähler, auch Wender und Grobwähler genannt, dienen im Allgemeinen in Laststufenschaltern dazu, den Regelbereich eines Regeltransformators zu erweitern. Wender ermöglichen es, die Regelwicklungen eines Regeltransformators zu oder gegen eine Stammwicklung zu schalten. Mit Hilfe eines Grobwählers besteht die Möglichkeit einen größeren Teil einer Stammwicklung, eine sog. Grobstufe, eines Regeltransformators ab- oder zuzuschalten.
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Sowohl die Stufenwicklung eines Stufentransformators als auch die Grobstufe werden während ihrer Umschaltung durch Wender oder Grobwähler kurzzeitig galvanisch von der Stammwicklung getrennt. Dabei nehmen sie ein Potential an, welches 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 Vorwählerkontakte und können bei entsprechender Höhe zu unzulässigen Entladungserscheinungen führen. Derartige Entladungserscheinungen, auch Lichtbögen genannt, verursachen eine Gasbildung im Isolieröl. Diese ist unerwünscht, zumal mit steigender Systemspannung die Menge der unerwünschten Gase steigt.
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Zur Beseitigung dieser unerwünschten Differenzspannungen werden Polungsschalter verwendet, die die Stufenwicklung durch einen ohmschen Widerstand, der nur während der Umschaltphase des Wenders oder Grobwählers eingeschaltet wird, an einem gewünschten und definierten Potential halten.
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In
1, bekannt aus
2 der
DE 10 2009 060 132 B3 , wird eine Polungsanordnung erläutert. Gezeigt ist eine Stammwicklung
1 und eine Stufenwicklung
2 eines Regeltransformators T. An der Stufenwicklung
2 ist ein Laststufenschalter angeschlossen, der einen Wähler
3 besitzt. Der Wähler
3 wählt vor einer Umschaltung zunächst leistungslos die neue Wicklungsanzapfung der Stufenwicklung
2 vor, auf die umgeschaltet werden soll. Die Umschaltung selbst erfolgt durch einen bekannten Lastumschalter
4 des Laststufenschalters, auf den hier nicht näher eingegangen werden soll. Weiterhin weist der Stufenschalter einen Wender
5 auf, durch den zur Vergrößerung des Regelbereiches der Anfang
10 oder das Ende
13 der Stufenwicklung
2 an das Ende der Stammwicklung
1 geschaltet werden können. Am Anfang
10 der Stufenwicklung
2 ist ein erster Polungswiderstand
11 vorgesehen, der mittels eines ersten Polungsschalters
12 mit der Lastableitung in Verbindung steht. Erfindungsgemäß ist weiterhin am Ende
13 der Stufenwicklung
2 ein zweiter Polungswiderstand
14 vorgesehen, der über einen zweiten Polungsschalter
15 wiederum mit der Lastableitung
9 in Verbindung steht. Die beiden Polungsschalter
12,
15 werden nur kurzzeitig vor Beginn der Betätigung des Vorwählers
5 eingeschaltet, so dass nur kurzzeitig der Anfang
10 und das Ende
13 der Stufenwicklung
2 an ein definiertes Potential angelenkt werden. Zusätzlich weist die Stammwicklung
1 zwei physische Kontakte, nämlich den „0”-Kontakt und den „K”-Kontakt (Kommutierungskontakt), auf.
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Konstruktive Gestaltungen eines Polungsschalters sind, wie aus
DE 19 42 567 A bekannt, beispielsweise koaxial zu den Vorwahl- und Feinwählerkontaktsystemen des Stufenschalters unterhalb des Stufenwählers angeordnet oder sie befinden sich, wie aus
DE 28 15 736 C2 bekannt, auf an zusätzlichen Auslegern befestigten Isolierstäben seitlich neben dem eigentlichen Stufenwähler bzw. dem Vorwähler. Im ersten Fall ergeben sich unerwünscht große Baulängen für den Stufenwähler, im zweiten Fall ebenso unerwünschte große horizontale Ausdehnungen des gesamten Stufenschalters.
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Die zugschalteten ohmschen Widerstände, auch Polungswiderstände genannt, sind meist unterhalb des Wählers an einem Zylinder befestigt. Diese benötigen, je nach Leistungsklasse des Laststufenschalters, ebenfalls Bauraum und wirken sich erheblich auf die Herstellungskosten eines Laststufenschalters aus. Durch die anliegende unerwünschte Differenzspannung an den Widerständen wird zusätzlich das Öl des Laststufenschalters und somit auch das des Transformators aufgeheizt. Da das Aufheizen die Lebensdauer der Transformatoren verkürzt, ist dieser Effekt ebenfalls unerwünscht.
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Aufgabe der Erfindung ist es somit, einen Laststufenschalter mit Vorwähler zur unterbrechungslosen Regelung an Regeltransformatoren bereitzustellen, bei dem der Vorwähler einen geringen Bauraum aufweist und trotzdem den Entladungserscheinungen der öffnenden Vorwählerkontakte, verursacht durch die Differenzspannungen, standhält.
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Diese Aufgabe wird durch einen Laststufenschalter mit Vorwähler mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen dabei besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Die allgemeine erfinderische Idee besteht darin, den Vorwählen mit einem separaten Kraftspeicher auszustatten, der über den Motorantrieb des Laststufenschalters angetrieben wird, um damit eine schnelle Umschaltung von der „+”-Stellung zur „–”-Stellung der Vorwählerkontakte durchführen zu können.
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Gemäß der Erfindung, ist der Kraftspeicher über ein Kupplungselement mit einem schwenkbar gelagerten Kontaktstab verbunden. Die Betätigung erfolgt über eine am Kupplungselement befestigte Gabel mit zwei Gabelrollen die form- und kraftschlüssig mit einem mittels Motorantrieb angetriebenen Anker korrespondieren. Der Anker weist auf der Unterseite zwei Freiläufe auf. Bei Betätigung des Ankers, d. h. bei dessen Drehung, wird der Kraftspeicher ausgelöst, wenn die Rollen die Freiläufe erreichen. Die weitere Drehung der Gabel erfolgt durch ein zwischen den Freiläufen des Ankers angeordnete Ankerrolle die in eine zwischen den Gabelrollen angeordnete Gabelkontur eingreift. Bei der weiteren Drehung der Gabel wird der Kraftspeicher wieder aufgezogen. Dieser Verlauf führt weiterhin dazu, dass die Gleitkontakte des schwenkbaren Kontaktstabes schlagartig von den Festkontakten gelöst werden, und im Anschluss langsam auf die neuen zu beschaltenden Festkontakte geschoben werden.
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Nach einer wiederum weiteren Ausführungsform der Erfindung, ist der schaltende „0”-Kontakt mit dem sog. „K”-Kontakt (Kommutierungskontakt) zusammengefasst und als beweglicher Kontaktstab ausgebildet.
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Nach einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung, ist der Kraftspeicher des Vorwählers als eine Schenkelfeder ausgebildet.
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Nach einer wiederum weiteren Ausführungsform der Erfindung, wird der Anker über einen Motorantrieb angetrieben.
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Nach einer wiederum weiteren Ausführungsform der Erfindung, ist der Anker am oberen Ende, d. h. am Kopf des Laststufenschalters angeordnet.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, ist der Laststufenschalter als Lastwähler ausgebildet.
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Der Vorwähler besteht unter anderem aus einem ersten Kontaktstab, einem zweiten Kontaktstab und einem dritten Kontaktstab. An jeden der Kontaktstäbe sind drei Kontakte vorgesehen, von denen jeweils ein Kontakt mit einer Phase bzw. einem Strang des Stroms entspricht. Der erste Kontaktstab hat somit drei Festkontakte. An dem zweiten Kontaktstab sind ebenfalls drei Festkontakte angeordnet. Der dritte Kontaktstab ist schwenkbar ausgebildet und trät drei Gleitkontakte, die mit den entsprechenden Festkontakten verbunden bzw. von diesen getrennt werden können.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert werden. Es zeigen:
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1 eine Anordnung nach dem Stand der Technik
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2 einen erfindungsgemäßen Vorwähler
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3 eine Draufsicht des erfindungsgemäßen Vorwählers
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4 eine erfindungsgemäßen Vorwähler mit einem Anker
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5 eine Detailansicht des Ankers
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Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Das dargestellte Ausführungsbeispiel stellt lediglich eine Möglichkeit dar, wie ein erfindungsgemäßer Vorwähler abgebildet sein kann.
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In 2 ist ein erfindungsgemäßer Vorwähler 20 in Form eines Wenders abgebildet. Dieser besteht unter anderem aus einem ersten Kontaktstab 21, einem zweiten Kontaktstab 23 und einem dritten Kontaktstab 25. An dem ersten Kontaktstab 21 sind drei Festkontakte 22, also jeweils ein Festkontakt 22 pro Phase, angebracht. Auf einer ersten äußeren Seite 21A des ersten Kontaktstabes 21 sind die Festkontakte 22 mit der jeweiligen Stufenwicklung 2 leitend verbunden. An dem zweiten Kontaktstab 23 sind ebenfalls Festkontakte 24 angeordnet. Auch hier ist jeder Phase ein Festkontakt 24 zugewiesen. Auch diese Festkontakte 24 sind auf einer zweiten äußeren Seite 23A, hier außen am Kontaktstab 23, mit den Stufenwicklungen 2 verbunden. Die Festkontakte 22 des ersten Kontaktstabes 21 sind mit dem Anfang 10 der Stufenwicklung 2 leitend verbunden. Im Gegensatz dazu sind die Festkontakte 24 des zweiten Kontaktstabes 23 mit dem Ende 13 der Stufenwicklung 2 verbunden.
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Durch diese Anordnung ist es möglich die Stufenwicklung 2 zur Stammwicklung 1 dazu zuschalten oder gegen diese, d. h. die Spannung der Stufenwicklung 2 wird zur Spannung der Stammwicklung 1 addiert oder subtrahiert. Aus diesem Grund steht der erste Kontaktstab 21 mit seinen Festkontakten 22 für die „+”-Stellung und der zweite Kontaktstab 23 mit seinen Festkontakten 24 für die „–”-Stellung.
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Weiterhin weist der Vorwähler 20 den dritten Kontaktstab 25 auf, an dem, zu den Festkontakten 22 und 24 korrespondierend, Gleitkontakte 26 angeordnet sind. Diese Gleitkontakte 26 sind mit den jeweiligen Stammwicklungen 1 verbunden. Ebenso stellen diese Gleitkontakte 26 eine elektrisch leitende Verbindung entweder mit den Festkontakten 22 der „+”-Stellung oder den Festkontakten 24 der „–”-Stellung her. Die Gleitkontakte 26 sind zweiteilig ausgebildet, sodass beim Kontaktieren jeweils ein Teil den jeweiligen Festkontakt 22, 24 von oben und unten berührt. Es wäre auch denkbar die Festkontakte 22, 24 als Gleitkontakte und die Gleitkontakte 26 als Festkontakte auszubilden. Durch die zweiteilige Ausführung des Gleitkontaktes 26 entstehen zwei Kontaktpunkte zum jeweiligen Festkontakt 22, 24 durch die Strom fließen kann.
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Der dritte Kontaktstab 25, insbesondere die Gleitkontakte 26, vereinen den sog. „0”-Kontakt und „K”-Kontakt in einem. Üblicherweise wurde der „0”-Kontakt durch einen separaten Kontaktstab, der zwischen dem ersten und dem zweiten Kontaktstab 21, 23 angeordnet war, umgesetzt.
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Das Umschalten von einer Stellung zur nächsten und wieder zurück wird derart realisiert, dass der dritte Kontaktstab 25 in zwei Richtungen um eine vertikale Achse A schwenkbar gelagert ist. Der Antrieb erfolgt über einen nur für den dritten Kontaktstab 25 bestimmten Kraftspeicher 27. Dieser ist in 2 durch eine Schenkelfeder realisiert.
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Sowohl der erste als auch der zweite Kontaktstab 21, 23 sind fest an einem Rahmen 28 befestigt. Der schwenkbare Kontaktstab 25 ist beweglich über den Kraftspeicher 27 mit dem Rahmen 28 verbunden. Die Betätigung des Kraftspeichers 27, also der Schenkelfeder, erfolgt über ein Kupplungselement 29. Dieses ist durch den Rahmen 28 mit dem Kraftspeicher 27 mechanisch verbunden und dabei drehbar im Rahmen 28 gelagert.
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3 zeigt den erfindungsgemäßen Vorwähler von oben. Hier befindet sich der Gleitkontakt 26 in einer Mittelstellung zwischen den Festkontakten 22 und 24.
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Wie in den 4 und 5 abgebildet ist, wird das Kupplungselement 29 über eine Gabel 30 mit einer ersten und einer zweiten Gabelrolle 31, 32, sowie einer dazwischen angeordneten Gabelkontur 33, über einen Anker 34, auf dessen Unterseite ein erster und ein zweiter Freilauf 35, 36, sowie eine Ankerrolle 37 befinden, betätigt. Der Anker 34 ist im oberen Bereich, also am Stufenschalterkopf, angeordnet und wird über einen hier nicht dargestellten Motorantrieb angetrieben.
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Wenn sich der Vorwähler 20 in der „+”-Stellung befinden, d. h. die Gleitkontakte 26 sind mit den Festkontakten 22 galvanisch leitend verbunden, befindet sich der Kraftspeicher 27 in aufgezogenem Zustand. In dieser Stellung befindet sich der Anker 34 form- und kraftschlüssig zwischen den beiden Gabelrollen 31, 32 der Gabel 30. Sobald es zu einer Betätigung des Vorwählers 20 kommt, beginnt der Motorantrieb den Anker 34 zu drehen. Sobald die beiden Gabelrollen 31, 32 die Freiläufe 35, 36 erreichen kommt es auf Grund des aufgezogenen Kraftspeichers 27 zu einer ruckartigen Schwenkbewegung der Gabel 30 und des daran befestigten Kupplungselements 29. Diese Schwenkbewegung resultiert wiederum in einer Schwenkbewegung des dritten Kontaktstabes 25. Dabei werden die Gleitkontakte 26 schlagartig von den Festkontakten 22 des ersten Kontaktstabes 21 gelöst. Die Gabel 30 und der an dieser indirekt befestigte dritte Kontaktstab 25 bleiben kurz in einer Mittelstellung zwischen dem ersten Kontaktstab 21 und dem zweiten Kontaktstab 23 stehen.
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Nach weiterer Drehung des Ankers 34 greift die Ankerrolle 37 formschlüssig in die Gabelkontur 33 und zieht dabei den Kraftspeicher 27 beim Drehen der Gabel 30 auf. Während dieser Drehung verlassen die Gabelrollen 31, 32 die Freiläufe 35, 36 und nehmen eine kraft- und formschlüssige Verbindung mit dem Anker 34 ein. Die Drehbewegung des Ankers 34 über die Ankerrolle 37 und die Gabelkontur 33 wird beim Erreichen der „–”-Stellung, d. h. nach der Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den Festkontakten 23 und den Gleitkontakten 26, beendet.
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Beim Zurückschalten zur „+”-Stellung wird der Anker 34 in die entgegengesetzte Richtung gedreht. Dabei kommt es wieder zu einer schnellen Schwenkbewegung des dritten Kontaktstabes 25, sobald die Gabelrollen 31, 32 die Freiläufe 35, 36 auf der Unterseite des Ankers 34 erreicht haben. Durch die weitere Drehung des Ankers 34 greift die Ankerrolle 37 in die Gabelkontur 33, schwenkt dabei den dritten Kontaktstab 25 in die „+”-Stellung und zieht dabei den Kraftspeicher 27 auf.
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Durch einen für den Vorwähler 20 eignes eingebauten Kraftspeicher 27 sind Polungswiderstände und auch Polungsschalter nicht mehr notwendig. Dadurch, dass die Gleitkontakte 26 des schwenkbaren dritten Kontaktstabes 25 schlagartig von den Festkontakten 22, 24 gelöst werden, kommt es zu einem sehr schnellen verlöschen eines möglichen Lichtbogens. Da gemäß dem Stand der Technik diese Umschaltung nur sehr langsam durchgeführt wird, brennt der Lichtbogen verhältnismäßig lange, was zu einer starken Gasentwicklung führte. Bei der erfindungsgemäßen Lösung brennt der Lichtbogen sehr kurze Zeit und produziert dementsprechend weniger Gase.
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Das Weglassen der Polungswiderstände bringt eine enorme Bauraumeinsparung mit sich. Der gesamte Laststufenschalter wird dadurch kürzer und somit kompakter. Auch die Wärmeentwicklung, die von den Polungswiderständen ausgeht ist nicht mehr vorhanden. Dadurch wird das Isolieröl des zu regelnden Transformators nicht zusätzlich durch diese Quelle erwärmt. Da der Transformator dann geringeren Temperaturschwankungen ausgesetzt ist, wirkt sich dies positiv auf die Lebensdauer aus. Auch die Mehrkosten, die durch die Polungswiderstände verursacht werden entfallen, so dass der Laststufenschalter insgesamt günstiger wird.
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Da auch die Notwendigkeit eines Polungsschalters entfällt, wird die gesamte Mechanik des Vorwählers vereinfacht. Die Betätigung und Steuerung des Polungsschalters erfolgte meist über Maltesergetriebe die nicht nur komplex und teuer in der Fertigung waren sondern auch viel Bauraum in Anspruch nahmen. Außerdem musste diese Betätigungsmechanik mit der des Vorwählers sowie des Wählers verbunden und abgestimmt werden. Da der Polungsschalter nun nicht mehr notwendig ist, kann der Vorwähler durch eine einfache Betätigung mittels einer Gabel 30, zwei daran angeordneten Gabelrollen 31, 32 und einer Gabelkontur 33 realisiert werden. Dies wirkt sich nicht nur positiv auf den Bauraum aus, sondern auch die Fertigungszeit, Wartung und Fehleranfälligkeit.
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Durch das Kombinieren des Kontaktstabes für die „0”-Kontakte mit dem für die „K”-Kontakte in Form des dritten Kontaktstabes 25 wird der Vorwähler ebenfalls kleiner. Somit wird der gesamte Laststufenschalter kompakter und nimmt weniger Platz im Transformatorkessel ein.
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Bezugszeichenliste
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- T
- Regeltransformator
- 1
- Stammwicklung
- 2
- Stufenwicklung
- 3
- Wähler
- 4
- Lastumschalter
- 5
- Wender
- 9
- Lastableitung
- 10
- Anfang
- 11
- Polungswiderstand
- 12
- erster Polungsschalter
- 13
- Ende
- 14
- Polungswiderstand
- 15
- zweiter Polungsschalter
- 20
- Vorwähler
- 21
- erster Kontaktstab
- 21A
- erste äußere Seite
- 22
- Festkontakte
- 23
- zweiter Kontaktstab
- 23A
- zweite äußere Seite
- 24
- Festkontakte
- 25
- dritter Kontaktstab
- 26
- Gleitkontakte
- 27
- Kraftspeicher
- 28
- Rahmen
- 29
- Kupplungselement
- 30
- Gabel
- 31
- erste Gabelrolle
- 32
- zweite Gabelrolle
- 33
- Gabelkontur
- 34
- Anker
- 35
- erster Freilauf
- 36
- zweiter Freilauf
- 37
- Ankerrolle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009060132 B3 [0005]
- DE 1942567 A [0006]
- DE 2815736 C2 [0006]
