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Die Erfindung betrifft einen Laststufenschalter mit einer Verbindung zum Ölvolumen eines Transformators.
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Aus der deutschen Patentschrift
DE 10 2008 027 274 B3 ist ein Leistungstransformator mit Stufenschalter offenbart. Der Leistungstransformator und der Stufenschalter sind ölgefüllt. Der Stufenschalter ist im Transformatorkessel des Leistungstransformators angeordnet. Der Stufenschalter besitzt einen Anschlussflansch, der über eine Rohrleitung in das Innere des Transformatorkessels des Leistungstransformators führt, so dass die Ölvolumen von Stufenschalter und Leistungstransformator miteinander in Verbindung stehen. In der Rohrleitung ist ein Ölströmungsrelais angeordnet. Lediglich der Anschlussflansch des Transformatorkessels führt zu einem einzigen und gemeinsamen Ölausdehnungsgefäß.
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Die deutsche Patenschrift
DE 619 635 offenbart, dass der Ölraum des Transformators und der Ölraum des Schalters durch eine Trennwand geschieden sind, die filterartige Durchlässe aufweist. Es ist somit möglich, dass ein Ausgleich des Öldrucks zwischen den beiden Räumen hergestellt wird.
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Die deutsche Gebrauchsmusterschrift
DE 20 2010 011 524 U1 zeigt einen Stufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators. Der Stufentransformator ist in einem mit Isolieröl gefüllten Transformatorkessel angeordnet. Der Stufenschalter hat kein eigenes oder kein ihn vollständig umschließendes Gehäuse, so dass der Stufenschalter innerhalb des Transformatorkessels oder direkt außen am Transformatorkessel und jeweils mit dessen Ölfüllung in Verbindung stehend angeordnet ist.
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Ein Laststufenschalter dient zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen einer Regelwicklung eines Stufentransformators. Hierzu sind, wie in der deutschen Gebrauchsmusterschrift
DE 20 2010 011 521 U1 offenbart, wenigstens einen Wähler zur leistungslosen Anwahl der jeweiligen Wicklungsanzapfung des Stufentransformators, auf die umgeschaltet werden soll, und einen Lastumschalter zur eigentlichen Umschaltung von der beschalteten auf die neue, vorgewählte Wicklungsanzapfung vorgesehen. Der wenigstens eine Wähler und der Lastumschalter sind im Transformatorkessel räumlich getrennt voneinander angeordnet Das chinesische Gebrauchsmuster
CN 201063285 Y offenbart eine käfigartige Konstruktion für einen Einsatz eines Laststufenschalters. Die Stabkonstruktion wird in ein Ölgefäß eingetaucht, in dem die Transformatorwicklungen befestigt sind.
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Verschiedene Ausführungsformen eines Stufenschalters sind in den internationalen Patentanmeldungen
WO 2007/003537 A1 ,
WO 2007/003539 A1 ,
WO 2007/009960 A1 und
WO 2007/009961 A1 offenbart. Die Stufenschalter haben jeweils ein Ausgleichsvolumen Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Laststufenschalter derart zu gestalten, dass ein kostengünstiger, einfach aufgebauter und sicher zu wartendender Aufbau eines Systems aus Laststufenschalter und Transformator möglich ist.
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Die obige Aufgabe wird mit einem Laststufenschalter gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Der erfindungsgemäße Laststufenschalter hat eine Verbindung zu einer Isolierflüssigkeit eines Transformators. Der Transformator und die Isolierflüssigkeit sind von einem Transformatorkessel umgeben, wobei der Laststufenschalter in einem Gehäuse aus einem Gehäusedeckel, einem Gehäuseboden und einem Gehäusemantel montiert ist. Das Gehäuse selbst ist mit Isolierflüssigkeit gefüllt und ragt in den Transformatorkessel. Die Isolierflüssigkeit umgibt den Laststufenschalter. Gemäß der Erfindung ist im Gehäuseboden und/oder Gehäusemantel mindestens eine Öffnung ausgebildet. Jede Öffnung ist mit jeweils einem Filter versehen, den die Isolierflüssigkeit durchfließen kann, jedoch den Übertritt von z. B. Verschmutzungen oder Verunreinigungen aus dem Gehäuse und dem Transformatorkessel verhindert. Über die Filter ist so eine fluide Verbindung zwischen der Isolierflüssigkeit im Transformatorkessel und der Isolierflüssigkeit im Gehäuse bereitstellt.
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Verschmutzungen können beispielsweise im Schaltbetrieb an den Überschaltwiderständen des Laststufenschalters entstehen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist nur im Gehäusemantel mindestens eine Öffnung ausgebildet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist nur im Gehäuseboden mindestens eine Öffnung ausgebildet. Die Öffnung kann dadurch gebildet werden, dass eine Ablassschraube aus dem Gehäuseboden entfernt wird.
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Eine weitere Möglichkeit ist, dass die Öffnungen als längliche Schlitze ausgebildet sind.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, das Gehäuse als Stabkäfig auszugestalten. Der Gehäusemantel besteht hierbei aus Stäben, die voneinander beabstandet und jeweils im Gehäusedeckel und im Gehäuseboden montiert sind. So sind durch die beabstandeten Stäbe die Öffnungen ausgebildet, von denen jede mit einem Filter versehen werden kann.
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Eine weitere Idee der Erfindung ist, dass die Filter mit einen beweglichen Schließelement verschlossen und geöffnet werden können. Der Filter der mindestens einen Öffnung im Gehäusemantel oder im Gehäuseboden muss also, von außerhalb des Gehäuses zugänglich, geöffnet oder geschlossen werden können. Dies hat den Vorteil, dass man zur Wartung einfach den Gehäusedeckel des Laststutenschalters öffnen kann, ohne dass Isolierflüssigkeit ausläuft. Mittels eines Betätigungselements, das durch den Gehäusedeckel des Laststufenschalters wirkt, kann ein bewegbares Schließelement den jeweiligen Filter der mindestens einen Öffnung im Gehäuseboden und/oder Gehäusemantel verschließen oder öffnen.
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Zur besseren Austauschbarkeit können die Filter lösbar in den Öffnungen des Gehäuses befestigt werden. Beispielsweise können sie verschraubt, verklemmt oder mit einem Clip gehalten werden. Zwischen Filtern und Gehäuse kann ein Dichtelement vorgesehen sein. Zur vereinfachten Wartung sind die Filter vorzugsweise von außen aus dem Gehäuse herausnehmbar ausgestaltet. Die Filter können beispielsweise mit Membranen, Geweben oder Sieben versehen sein oder wie ein an sich bekannter Ölfilter ausgestaltet werden, sind aber erfindungsgemäß nicht darauf beschränkt.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Figuren sowie deren Beschreibungsteile.
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Es zeigen im Einzelnen:
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1 eine schematische Ansicht eines Systems aus Laststufenschalter und Transformator gemäß den Stand der Technik;
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2a eine schematische Darstellung des Gehäuses für den Laststufenschalter im Schnitt entlang der Längsachse vor Montage der Filter in die Öffnungen;
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2b eine Bodenansicht des Gehäuses für den Laststufenschalter vor Montage der Filter in die Öffnungen;
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3a eine schematische Darstellung des Gehäuses für den Laststufenschalter im Schnitt entlang der Längsachse;
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3b eine Bodenansicht des Gehäuses für den Laststufenschalter;
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4 eine schematische Darstellung des Gehäuses für den Laststufenschalter im Schnitt entlang der Längsachse mit bewegbaren Schließelement zur Abdeckung der Filter;
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5 eine Seitenansicht des Gehäuses des erfindungsgemäßen Laststufenschalters gemäß einer Ausführungsform des Gehäuses als Stabkäfig vor Montage der Filter in die Öffnungen;
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6 eine Seitenansicht des Gehäuses des erfindungsgemäßen Laststufenschalters gemäß einer Ausführungsform des Gehäuses als Stabkäfig;
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7a eine Seitenansicht des Gehäuses des erfindungsgemäßen Laststufenschalters gemäß einer weiteren Ausführungsform;
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7b eine vergrößerte Darstellung des in 4 mit X gekennzeichneten Bereichs;
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8 eine schematische Ansicht des Systems aus erfindungsgemäßem Laststufenschalter und Transformator; und
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9 eine Seitenansicht des Gehäuses des erfindungsgemäßen Laststufenschalters gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. In den Figuren werden nur diejenigen Bezugszeichendargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich ist. Das dargestellte Ausführungsbeispiel stellt lediglich eine Möglichkeit dar, wie ein Laststufenschalter mit einer Verbindung zur Isolierflüssigkeit eines Transformators ausgestaltet sein kann.
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Wie aus der Darstellung eines Systems 100 des Standes der Technik gemäß 1 zu erkennen ist, ist der Laststufenschalter 1 in den Transformatorkessel 7 des Transformators 5 eingesetzt. Der Transformatorkessel 7 nimmt eine Isolierflüssigkeit 6 auf, die bevorzugt ein Isolieröl ist. Der Transformator 5 ist vollständig von der Isolierflüssigkeit 6 umgeben. Der Laststufenschalter 5 selbst ist von einem zylinderförmigen Gehäuse 9 umgeben. Im Gehäuse 9 ist ebenfalls eine Isolierflüssigkeit 6, so dass die Bauteile (elektrische und mechanische) von der Isolierflüssigkeit 6 umgeben sind. Durch das Gehäuse 9 des Laststufenschalters 1 sind die Isolierflüssigkeit 6 des Laststufenschalters 1 und die Isolierflüssigkeit 6 des Transformators 5 räumlich voneinander getrennt. Eine Durchmischung findet nicht statt.
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Der Transformatorkessel 7 ist über eine Leitung 3 mit einem Ausgleichsgefäß 4 verbunden. Ebenso ist das Gehäuse 9 des Laststufenschalters 1 über eine Leitung 13 mit dem Ausgleichsgefäß 4 verbunden. Bei der Erwärmung der Isolierflüssigkeit 6 kommt es zu einer thermischen Ausdehnung und damit zu einer Vergrößerung des Volumens, das von dem Ausgleichsgefäß 4 aufgenommen wird. Im Ausgleichsgefäß 4 ist eine Trennwand 8 vorgesehen, die Isolierflüssigkeit 6 im Gehäuse 9 des Laststufenschalters 1 von der Isolierflüssigkeit 6 im Transformatorkessel 7 hermetisch voneinander trennt. Das Ausgleichsgefäß 4 ist jeweils auf beiden Seiten der Trennwand 8 über eine Trockenvorlage 81 mit der Umgebungsluft verbunden, so dass bei Volumenänderungen im Transformatorkessel 7 keine Druckschwankungen entstehen.
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2a und 2b zeigen verschiedene Ansichten des Gehäuses 9 des Laststufenschalters 1, wobei der Laststufenschalter 1 der Übersicht halber nicht im Gehäuse 9 angeordnet ist. In 2a ist eine schematische Darstellung des Gehäuses 9 für den Laststufenschalter 1 im Schnitt entlang der Längsachse 14 des Gehäuses 9 zu sehen. Das Gehäuse 9 besteht aus einem Gehäusedeckel 9D, einem Gehäuseboden 9B und einem Gehäusemantel 9M. Wie aus 1 zu erkennen ist, ragt das Gehäuse 9 in den Transformatorkessel 7. Bei der in 2a und 2b dargestellten Ausführungsform ist im Gehäuseboden 9B und im Gehäusemantel 9M mindestens eine Öffnung 10 ausgebildet. Die Anzahl und Form der dargestellten Öffnungen 10 soll nicht als Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden. 3a und 3b zeigen die in 2a bzw. 2b gezeigte Ausführungsform der Erfindung, wobei jede Öffnung 10 mit je einem Filter 11 versehen ist. Die Öffnungen 10 sind jeweils mit einem Filter 11 versehen. Die Filter 11 können lösbar in den Öffnungen 10 befestigt sein, so dass sie vorzugsweise von der Außenseite des Gehäuses 9 austauschbar sind. Über die mit einem Filter 11 versehene Öffnungen 10 ist eine fluide Verbindung zwischen der Isolierflüssigkeit 6 im Transformatorkessel 7 und der Isolierflüssigkeit 6 im Gehäuse 9 bereitstellt. Somit befindet sich die Isolierflüssigkeit 6 im Transformatorkessel 7 und die Isolierflüssigkeit 6 im Gehäuse 9 auf dem gleichen Druckniveau. Die in 2b dargestellte Bodenansicht des Gehäuses 9 für den Laststufenschalter 1 zeigt die Ausführungsform, bei der eine Öffnung in Gehäuseboden 9B des Gehäuses 9 ausgebildet ist. Falls sich im Innern des Gehäuses 9 für den Laststufenschalter 1 Gase bilden, können diese über Gasfilter 20, die als Sinterbronzefilter ausgebildet sein können in den Transformatorkessel 7 geleitet werden. Die Gasfilter 20 sind im Gehäuse 9 des Laststufenschalters 1 derart angebracht, dass sie sich über dem Niveau 22 der Isolierflüssigkeit 6 befinden.
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In 4 ist die Situation dargestellt, dass mittels eines Betätigungselements 24, das durch den Gehäusedeckel 9D des Laststufenschalters 1 geführt ist. Je nach Bewegung des Betätigungselements 24 können die Filter 11 mit je einem Schließelement 26 verschlossen werden. Die fluide Verbindung zwischen der Isolierflüssigkeit 6 im Transformatorkessel 7 und der Isolierflüssigkeit 6 im Gehäuse 9 ist somit unterbunden. Mittels des bewegbaren Schließelements 26 können die Filter 11 verschlossen oder geöffnet werden kann. Wie bereits erwähnt, kann die mindestens eine Öffnung 10 im Gehäuseboden 9B und/oder Gehäusemantel 9M vorgesehen sein. Die Schließelemente 26 sind in der hier dargestellten Ausführungsform auf einem einer Tragkonstruktion 28 angebracht. Das Betätigungselement 24 dreht die Tragkonstruktion 28 in geeigneter Weise, so dass der jeweilige Filter 11 für die mindestens eine Öffnung 10 verschlossen oder geöffnet ist. Der in der gegenwärtigen Beschreibung dargestellte Mechanismus zum Verschließen oder Öffnen des jeweiligen Filters der mindestens einen Öffnung 10 soll nicht als Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden. Für einen Fachmann sind unterschiedliche Möglichkeiten denkbar, mit denen die Filter für die die Öffnungen 10 im Gehäuse 9 eines Laststufenschalters 1 verschlossen oder geöffnet werden können.
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5 zeigt eine Ausführungsform des Gehäuses 9 des Laststufenschalters 1 als Stabkäfig vor Montage der Filter 11. Der Gehäusemantel 9M besteht hierbei aus Stäben 9S, die voneinander beabstandet sind. Die Stäbe 9S sind im Gehäusedeckel 9D und im Gehäuseboden 9B montiert. Durch die beabstandeten Stäbe 9S werden Öffnungen 10 ausgebildet, die mit Filtern 11 versehen werden können. Der Gehäusedeckel 9D ist dabei vorzugsweise solide auszugestalten, so dass er den Transformatorkessel 7 verschließt und keine Isolierflüssigkeit 6 oder Gase austreten können.
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6 zeigt die in 5 dargestellte Ausführungsform des Gehäuses 9 des Laststufenschalters 1 als Stabkäfig, wobei in den Öffnungen 10 die Filter 11 montiert sind.
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7a zeigt eine Seitenansicht des Gehäuses 9 des erfindungsgemäßen Laststufenschalters 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Im Gehäuseboden 9B ist eine lösbare Ablassschraube 16 vorgesehen. Im Gehäusemantel 9M sind Durchführungen 18 eingebaut, über die elektrische Leitungen (nicht dargestellt) an Laststufenschalter 1 geführt werden.
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In 7b ist eine vergrößerte Darstellung des in 4 mit X gekennzeichneten Bereichs dargestellt, wobei die Ablassschraube 16 aus dem Gehäuseboden 9B des Gehäuse 9 entfernt ist, so dass die mit einem Filter 11 versehene Öffnung 10 ausgebildet wird. Über die mit einem Filter 11 versehene Öffnung 10 ist die fluide Verbindung zwischen der Isolierflüssigkeit 6 im Transformatorkessel 7 und der Isolierflüssigkeit 6 im Gehäuse 9 bereitstellt.
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Eine schematische Ansicht des Systems 100 aus erfindungsgemäßem Laststufenschalter 1 und Transformator 1 ist in 8 dargestellt. Dadurch, dass die mit einem Filter 11 versehene Öffnung 10 die fluide Verbindung zwischen der Isolierflüssigkeit 6 im Transformatorkessel 7 und der Isolierflüssigkeit 6 im Gehäuse 9 des Laststufenschalters 1 bereitstellt, kann ein einziges und gemeinsames Ausgleichsgefäß 4 benutzt werden. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Gehäuses 9 des Laststufenschaltersl ermöglicht somit einen einfacheren und kostengünstigeren Aufbau des Systems 100, da zumindest die Leitung 13 vom Leistungstransformator 1 zum Ausgleichsgefäß 4 wegelassen werden kann. Auch hier ist das einzige Ausgleichsgefäß 4 mit einer Trockenvorlage 81 versehen, die mit der Umgebungsluft verbunden ist, so dass bei Volumenänderungen im Transformatorkessel 7 keine Druckschwankungen entstehen.
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9 zeigt eine Seitenansicht des Gehäuses 9 des erfindungsgemäßen Laststufenschalters 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Der Laststufenschalters 1 umfasst Überschaltwiderstände (nicht dargestellt). Im Gehäuse 9 des Laststufenschalters 1 sind Öffnungen 10 ausgebildet.
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Erfindungsgemäß sind die Öffnungen 10 mit Filtern 11 versehen. Der Übersichtlichkeit halber ist nur an einer Öffnung 10 ein Filter 11 dargestellt. Die Form des Filters 11 ist der Form der Öffnung 10 und der Form des Gehäuses 9 angepasst, so dass montierte Filter 11 und Gehäuse formschlüssig zusammenwirken. Zwischen Filter 11 und Gehäuse 9 kann ein die Kontur der Öffnung 10 umlaufendes Dichtelement (nicht dargestellt) angeordnet sein.
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Die Form der Öffnungen 10 kann beispielsweise als Kreis, Ellipse, Quadrat, längliches Rechteck ausgestaltet sein. Aus Gründen der mechanischen Stabilität können die Ecken von eckigen Öffnungen 10 abgerundet gestaltet werden. Zudem können die Öffnungen 10 die mechanische Stabilität des Gehäuses 9 erhöhen.
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9 ist als beispielhafte Übersicht für die erfindungsgemäße Anordnung und Ausformung der Öffnungen 10 zu verstehen. Gemäß besonderer Ausführungsformen der Erfindung können Öffnungen 10 im oberen und/oder unteren Bereich des Gehäusemantels 9M vorgesehen sein. Desgleichen können die Öffnungen 10 eine oder mehrere verschiedene Formen haben.
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Öffnungen 10 können z. B. im oberen oder unteren Bereich des Gehäusemantels 9M angeordnet werden. Durch den Schaltbetrieb erhitzen sich die Überschaltwiderstände des Stufenschalters 1, die ihre Wärme wiederum an die umliegende Isolierflüssigkeit 6 abgeben können. Die erwärmte Isolierflüssigkeit 6 steigt auf und kann z. B. aus den Öffnungen 10 im oberen Bereich des Gehäusemantels 9M in den Transformatorkessel 7 ausströmen. Nicht erwärmte Isolierflüssigkeit 6 kann z. B. durch die Öffnungen 10 im unteren Bereich des Gehäusemantels 9M vom Transformatorkessel 7 in das Gehäuse 9 nachströmen. Durch die Erhitzung der Überschaltwiderstände im Schaltbetrieb wird ein Strom an Isolierflüssigkeit 6 bewirkt, der die Überschaltwiderstände umströmt. Die bessere Umströmung der Überschaltwiderstände bewirkt eine höhere Kühlleistung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Laststufenschalter
- 3
- Leitung
- 4
- Ausgleichsgefäß
- 5
- Transformator
- 6
- Isolierflüssigkeit
- 7
- Transformatorkessel
- 8
- Trennwand
- 9
- Gehäuse
- 9B
- Gehäuseboden
- 9D
- Gehäusedeckel
- 9M
- Gehäusemantel
- 9S
- Spalt
- 10
- Öffnung
- 11
- Filter
- 13
- Leitung
- 14
- Längsachse
- 16
- Ablassschraube
- 18
- Durchführungen
- 20
- Gasfilter
- 22
- Niveau der Isolierflüssigkeit
- 24
- Betätigungselement
- 26
- bewegbares Schließelement
- 28
- Tragkonstruktion
- 81
- Trockenvorlage
- 100
- System
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008027274 B3 [0002]
- DE 619635 [0003]
- DE 202010011524 U1 [0004]
- DE 202010011521 U1 [0005]
- CN 201063285 Y [0005]
- WO 2007/003537 A1 [0006]
- WO 2007/003539 A1 [0006]
- WO 2007/009960 A1 [0006]
- WO 2007/009961 A1 [0006]
