-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltanordnung mit Vorwähler und gegebenenfalls einer Polungsschaltung zum wahlweisen Verbinden mehrerer Wicklungen eines Leistungstransformators, d. h. eines Transformators mit einer Leistung von mindestens 100 kW, vorzugsweise mit einer Leistung von mehr als einem MW. Der Transformator kann mehrere Wicklungen aufweisen, die in einem Regeltransformator z. B. als wenigstens eine Stammwicklung und wenigstens eine Regelwicklung mit mehreren Wicklungsanzapfungen ausgebildet sind. In der erfindungsgemäßen Schaltanordnung ist der Vorwähler dazu vorgesehen, eine erste Wicklung des Transformators wahlweise mit einem der beiden Enden einer zweiten Wicklung zu verbinden, zur subtraktiven oder additiven Koppelung der Wicklungen. Weiterhin hat die erfindungsgemäße Schaltanordnung eine Polungsschaltung, die einen definierten Punkt der zweiten Wicklung, z. B. einen Mittenabgriff oder einen der beiden Endabgriffe, über einen Polungswiderstand mit der ersten Wicklung oder einer Lastableitung verbindet. Die Idee der Polungsschaltung besteht darin die zweite Wicklung auf ein definiertes Potential zu bringen. Eine derartige Schaltung ist auch aus der
DE 32 24 860 A1 bekannt. Die Polungsschaltung mit dem Polungswiderstand führt beim Umschalten des Vorwählers zu einer deutlich geringeren Lichtbogenbildung, was bei Stufenschaltern in Ölbadumgebung zu einem deutlich geringeren Gaseintrag in das Ölbad führt. Allerdings fließt über den Polungswiderstand ständig ein Verluststrom, was dazu führt dass sich der Polungswiderstand erhitzt und zu einer Erwärmung des umgebenden Ölmediums führen kann und zudem die Effektivität des Transformators verringert wird.
-
WO 2012/019 514 A1 beschreibt eine Schaltanordnung für einen Leistungstransformator mit einer ersten und zweiten Wicklung, von denen die erste Wicklung als Stammwicklung und die zweite Wicklung als Regelwicklung mit mehreren Anzapfungen ausgebildet ist. Diese bekannte Schaltanordnung umfasst einen Vorwähler, einen Lastabgriffspunkt, einen Feinwähler, eine Polungsschaltung, einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter. Der Vorwähler ist dazu ausgebildet, die erste Wicklung wahlweise mit einem der beiden Enden der zweiten Wicklung zu verbinden. Der Feinwähler ist dazu ausgebildet, den Lastabgriffspunkt wahlweise nur mit jeder der Anzapfungen zu verbinden. Die Polungsschaltung ist dazu konzipiert, einen definierten Punkt der zweiten Wicklung während des Umschaltens des Vorwählers mit der ersten Wicklung zu verbinden. Der erste Schalter ist in der Verbindung des Vorwählers mit der ersten Wicklung angeordnet. Der zweite Schalter ist in der Verbindung der Polungsschaltung mit der ersten Wicklung angeordnet. Bei dieser bekannten Schaltanordnung ist die Polungsschaltung ständig und direkt mit dem Lastabgriffspunkt verbunden.
-
DE 10 2012 202 667 A1 beschreibt einen Stufenschalter zur unterbrechungslosen Regelung an einem Regeltransformator mit einer Stammwicklung und einer Stufenwicklung. Dieser bekannte Stufenschalter ist zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen der Stufenwicklung schaltbar, die jeweils mit einer Lastableitung verbindbar sind, und sie umfasst einen Vorwähler, eine Lastableitung, einen Wähler, einen Polungswiderstand, einen Schalter, einen Dämpfungswiderstand und einen Polungsschalter. Der Vorwähler umfasst einen Vorwählerkontakt, durch den Anfang oder Ende der Stufenwicklung wahlweise an das Ende der Stammwicklung geschaltet werden können. Der Polungswiderstand ist an die Lastableitung angeschlossen und über den Polungsschalter mit der Mitte der Stufenwicklung verbindbar. Der Wähler wählt vor einer Umschaltung zunächst leistungslos die neue Wicklungsanzapfung vor, auf die umgeschaltet werden soll. Der Schalter besitzt einen ersten und zweiten Anschluss sowie einen Wurzelanschluss, von dem wahlweise eine Verbindung zu den Anschlüssen herstellbar ist. Der erste Anschluss ist direkt mit dem Ende der Stammwicklung verbunden, wohingegen der zweite Anschluss über den Dämpfungswiderstand mit dem Ende der Stammwicklung verbunden ist. Der Wurzelanschluss ist direkt mit dem Wurzelanschluss des Vorwählerkontaktes verbunden. Durch den Schalter ist der Dämpfungswiderstand zwischen den Wurzelanschluss des Vorwählerkontaktes und das Ende der Stammwicklung einschleifbar. Dieses Einschleifen erfolgt kurzfristig bei der Umschaltung, wohingegen im stationären Betrieb der erste Anschluss mit dem Wurzelanschluss des Schalters verbunden und damit der Dämpfungswiderstand nicht eingeschleift ist. Bei dieser bekannten Schaltanordnung ist der Polungswiderstand ständig und direkt mit der Lastableitung verbunden. Außerdem ist der Schalter als Wechselschalter ausgebildet.
-
DE 17 63 020 C beschreibt eine Schaltanordnung zur Längs- und Querspannungsregelung eines dreiphasigen Stufentransformators mit einer Stammwicklung, einer Regelwicklung und einem Stufenschalter je Phase. Diese bekannte Schaltanordnung umfasst für jede Phase einen Wender und einen einpoligen Umsteller mit drei Schaltstufen. Jeder Umsteller hat einen beweglicher Kontakt, der mit der Ableitung des Wenders verbunden ist, und drei feste Kontakte, die mit jeweils einem Ende der Stammwicklungen der drei Phasen verbunden sind. Bei dieser bekannten Schaltanordnung ist der Umsteller als Wechselschalter ausgebildet.
-
DE 29 36 534 A1 beschreibt eine Kontaktanordnung bei einem Stufenwähler für einen Transformator mit einer Stammwicklung, einer mit Anzapfungen für Wählerarme zur Spannungseinstellung versehenen Feinwicklung und einer Grobwicklung. Diese bekannte Kontaktanordnung umfasst einen Umschalter, einen Wendeumschalter, einen Hilfsumschalter, einen Schalter und einen Polungswiderstand. Die äußeren Kontakte des Umschalters sind an Anfang und Ende der Grobwicklung angeschlossen. Der Mittelkontakt des Umschalters ist an den Mittelkontakt des Wendeumschalters angeschlossen. Die Außenkontakte des Wendeumschalters sind mit Anfang und Ende der Feinwicklung verbunden. Die Außenkontakte des Hilfsumschalters sind an Anfang und Ende der Grobwicklung angeschlossen. Der Umschalter ist in der Verbindung des Wendeumschalters mit der Stammwicklung angeordnet. Der Hilfsumschalter ist in der Verbindung des Polungswiderstands mit der Stammwicklung angeordnet, wohingegen der Schalter in der Verbindung des Polungswiderstands mit der Regelwicklung angeordnet ist. Bei dieser bekannten Schaltanordnung sind der Umschalter und der Hilfsumschalter als Wechselschalter ausgebildet.
-
EP 1 864 305 B1 beschreibt einen Stufenschalter an einem Transformator mit einer Stammwicklung und einer Regelwicklung mit Anzapfungen. Dieser bekannte Stufenschalter umfasst einen Feinwähler, einen Vorwähler und einen Lastabgriffspunkt. Der Feinwähler umfasst mehrere Schaltelemente, die jeweils an eine entsprechende Anzapfung und an den Lastabgriffspunkt angeschlossen sind. Der Vorwähler umfasst einen ersten und zweiten Schalter. Der erste Schalter sitzt zwischen Anfang der Regelwicklung und Ende der Stammwicklung. Der zweite Schalter sitzt zwischen Ende der Regelwicklung und Ende der Stammwicklung.
-
Vor diesem Hintergrund schlägt die Erfindung die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche vor. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Die Erfindung schlägt gemäß einem ersten Aspekt eine Schaltanordnung für einen Leistungstransformator mit einer ersten und zweiten Wicklung vor, von denen die eine als Stammwicklung und die andere als Regelwicklung mit mehreren Anzapfungen ausgebildet ist, umfassend
- – einen Vorwähler, der dazu ausgebildet ist, die erste Wicklung wahlweise mit einem der beiden Enden der zweiten Wicklung zu verbinden;
- – einen Lastabgriffspunkt;
- – einen Feinwähler, der dazu ausgebildet ist, den Lastabgriffspunkt wahlweise mit jeder der Anzapfungen zu verbinden;
- – eine Polungsschaltung, die dazu konzipiert ist, einen definierten Punkt der zweiten Wicklung während des Umschaltens des Vorwählers mit der ersten Wicklung zu verbinden;
- – einen Schalter, der in der Verbindung des Vorwählers mit der ersten Wicklung angeordnet ist und als Ein- und Ausschalter ausgebildet ist;
- – der Schalter in die Verbindung der Polungsschaltung mit der ersten Wicklung schaltbar ist oder in dieser Verbindung angeordnet ist.
-
Die Erfindung schlägt gemäß einem zweiten Aspekt eine Schaltanordnung für einen Leistungstransformator mit einer ersten und zweiten Wicklung vor, von denen die eine als Stammwicklung und die andere als Regelwicklung mit mehreren Anzapfungen ausgebildet ist, umfassend
- – einen Vorwähler, der dazu ausgebildet ist, die erste Wicklung wahlweise mit einem der beiden Enden der zweiten Wicklung zu verbinden;
- – einen Lastabgriffspunkt;
- – einen Feinwähler, der dazu ausgebildet ist, den Lastabgriffspunkt wahlweise mit jeder der Anzapfungen oder mit einem Punkt der Stammwicklung zu verbinden;
- – eine Polungsschaltung, die dazu konzipiert ist, einen definierten Punkt der zweiten Wicklung während des Umschaltens des Vorwählers mit der ersten Wicklung zu verbinden;
- – einen ersten Schalter, der in der Verbindung des Vorwählers mit der ersten Wicklung angeordnet ist und als Ein- und Ausschalter ausgebildet ist;
- – einen zweiten Schalter, der in die Verbindung der Polungsschaltung mit der ersten Wicklung schaltbar ist oder in dieser Verbindung angeordnet ist;
wobei die Schaltanordnung derart konzipiert ist, dass der zweite Schalter geschlossen wird, bevor der erste Schalter geöffnet wird und der zweite Schalter erst dann wieder geöffnet wird, wenn der Vorwähler umgeschaltet hat und der erste Schalter wieder geschlossen ist; und
- – die Polungsschaltung über den Feinwähler mit der ersten Wicklung verbunden ist, falls der Feinwähler den Punkt der Stammwicklung kontaktiert, und sonst nicht mit der ersten Wicklung verbunden ist.
-
Mittels des ersten Schalters lässt sich der Vorwähler beim Umschalten von der ersten Wicklung entkoppeln, so dass ein gasfreies Umschalten des Vorwählers möglich ist. Vorzugsweise wird hierfür der erste Schalter vor dem Umschalten des Schaltelements des Vorwählers betätigt.
-
Der definierte Punkt kann vorzugsweise der Mittenabgriff der zweiten Wicklung sein oder wahlweise einer der beiden Endabgriffe der zweiten Wicklung sein. Es ist aber prinzipiell möglich, jeden Punkt der zweiten Wicklung zu verwenden. Weiterhin ist ein zweiter Schalter in die Verbindung der Polungsschaltung mit der ersten Wicklung geschaltet oder schaltbar. Auf diese Weise werden die in Verbindung mit der Umschaltung des Vorwählers beschriebenen Vorteile des ersten Schalters auch beim Schalten der Polungsschaltung mittels des zweiten Schalters realisiert. Damit wird auch die Polungsschaltung gasfrei mittels des zweiten Schalters geschaltet. Als zweiter Schalter kann jeder der in Verbindung mit dem ersten Schalter beschriebenen Schaltertypen verwendet werden.
-
Die Verbindung des definierten Punkts der zweiten Wicklung mit der ersten Wicklung des Transformators mittels der Polungsschaltung führt beim Umschalten des Vorwählers dazu, dass der definierte Punkt auf dem gleichen Potential wie die erste Wicklung liegt. Die Polungsschaltung wird zum Umschalten des Vorwählers über den zweiten Schalter ein- und ausgeschaltet. Der Schaltvorgang verläuft aufgrund des zweiten Schalters lichtbogenfrei. Auch das Umschalten, d. h. das Trennen und Verbinden des Vorwählers erfolgt hierbei zuerst über einen Vakuumschalter, und erst nach der Betätigung des Vakuumschalters wird das Schaltelement des Vorwählers, zum Beispiel eines Wenders, betätigt. Es lässt sich somit ein potentialfreies und damit völlig lichtbogenfreies Umschalten des Vorwählers mittels der Erfindung realisieren. Sowohl die Polungsschaltung als auch der Vorwähler können dabei einen eigenen Vakuumschalter haben oder über eine entsprechende Schaltung gemeinsam einen Vakuumschalter nutzen, was deshalb möglich ist, da die Schaltvorgänge der Polungsschaltung und des Vorwählers zeitlich getrennt erfolgen können.
-
Die Erfindung ermöglicht ein lichtbogenfreies Umschalten des Vorwählers und ein lichtbogenfreies Ein- und Ausschalten der Polungsschaltung mit jeweils geringen Verlusten. Die Erfindung erlaubt somit eine zumindest nahezu vollständige gasfreie Betätigung der Polungsschaltung als auch des Vorwählers einer Schaltanordnung, z. B. eines Stufenschalters.
-
Für den ersten Schalter werden vorzugsweise Schalter verwendet, die selber gasfrei schalten, wie z. B. Halbleiterschalter, Varistoren, Vakuumschalter, Thermistoren verwendet. Diese Schalter können auch miteinander und/oder mit mechanischen Lastschaltern, vorzugsweise in Parallelschaltung, kombiniert sein. So kann z. B. der erste Schalter durch eine Parallelschaltung eines mechanischen Lastschalters mit einem Vakuumschalter oder durch eine Parallelschaltung eines Varistors mit einem Vakuumschalter gebildet sein.
-
Vorzugsweise ist oder enthält der erste Schalter einen Vakuumschalter. Vakuumschalter haben sich als gasfrei und zuverlässig schaltende Schaltelemente im Leistungsbereich bewährt. Sie können auch in einem Ölbad zusammen mit einem Leistungstransformator angeordnet werden. In der Regel sind diese Vakuumschalter als Vakuumschaltröhre ausgebildet.
-
Der erste Schalter kann vorzugsweise durch eine Diodenschaltung gebildet sein oder eine Diodenschaltung enthalten. Dies ist insbesondere für Schaltungen vorteilhaft, bei denen im Nulldurchgang der Wechselspannung geschaltet wird.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der mit der ersten Wicklung verbundene Teil des ersten Schalters über einen Varistor und/oder einen Kondensator und/oder einem RLC Netzwerk und oder Kombinationen von RLC Netzwerken und Varistoren geerdet. Auf diese Weise können hochfrequente Widerkehrspannungen abgeleitet werden, die auftreten, wenn die Schaltanordnung beim Umschalten des Vorwählers lastfrei ist.
-
Vorzugsweise bildet der erste Schalter auch den zweiten Schalter und ist somit wahlweise in die Verbindung des Vorwählers mit der ersten Wicklung und in die Verbindung der Polungsschaltung mit der ersten Wicklung schaltbar. Dies hat den Vorteil, dass nur ein Schalter für den ersten und zweiten Schalter verwendet werden muss. Es kann jedoch auch für jede dieser Verbindungen (Vorwähler, Polungsschaltung) ein separater Schalter, z. B. Vakuumschalter angeordnet werden.
-
Falls sowohl der Vorwähler als auch die Polungsschaltung einen eigenen Schalter, z. B. Vakuumschalter aufweisen, können diese, z. B. auf mechanische oder elektrische Weise, miteinander gekoppelt werden, was die Betriebssicherheit erhöht.
-
Die Polungsschaltung ist vorzugsweise ein Polungswiderstand oder ein anderes elektronische Bauelement mit einer definierten Widerstandskennlinie.
-
Der zweite Schalter wird in der Verbindung der Polungsschaltung mit der ersten Wicklung so geschaltet, dass die Polungsschaltung vor dem Umschalten des Vorwählers mit der ersten Wicklung verbunden wird. Hierdurch wird die zweite Wicklung auf ein definiertes Potential gezogen. Anschließend wird der erste Schalter in der Verbindung des Vorwählers und der ersten Wicklung geöffnet. Nun ist das Schaltelement des Vorwählers potentialfrei und kann auf die neue Position umgeschaltet werden. Nach dem Umschalten des Vorwählers wird der erste Schalter wieder geschlossen. Aufgrund der Polungsschaltung halten sich dabei die mit dem ersten Schalter des Vorwählers zu schaltenden Spannungen/Ströme in Grenzen. Schließlich wird der zweite Schalter zur Verbindung der Polungsschaltung mit der ersten Wicklung wieder geöffnet, womit die Polungsschaltung wieder abgeschaltet ist. Der Umschaltvorgang des Vorwählers ist damit abgeschlossen.
-
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der erste und zweite Schalter durch einen identischen Schalter gebildet, der wahlweise in die Verbindung des Vorwählers oder der Polungsschaltung mit der ersten Wicklung geschaltet werden kann. Dieser Schalter wird nachfolgend als Vakuumschalter beschrieben, kann jedoch auch durch ein anderes Schaltelement gemäß den obigen Ausführungen gebildet sein. Vorzugsweise ist der Vakuumschalter mit der ersten Wicklung verbunden und mit dem Vakuumschalter ist eine Schaltbrücke verbunden, über welche der Vakuumschalter sowohl mit dem Vorwähler als auch mit der Polungsschaltung verbindbar ist. Diese bevorzugte Ausführungsform der Erfindung hat den Vorteil, dass lediglich ein Vakuumschalter, zum Beispiel eine Vakuumschaltröhre, vorgesehen werden muss, um sowohl den Vorwähler als auch die Polungsschaltung mittels des Vakuumschalters zu schalten. Je nach Bedarf wird dann der Vakuumschalter in die Verbindung des Vorwählers mit der ersten Wicklung oder in die Verbindung der Polungsschaltung mit der ersten Wicklung geschaltet.
-
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung hat diese Schaltbrücke vier Brückenschalter, von denen ein erster und zweiter Brückenschalter den mit der ersten Wicklung verbundenen ersten Anschluss des Vakuumschalters mit dem Vorwähler und mit der Polungsschaltung verbinden, und von denen ein dritter und vierter Brückenschalter den zweiten Anschluss des Vakuumschalters mit der Polungsschaltung und mit dem Vorwähler verbinden. Eine derartige Brückenschaltung erlaubt es, den Vakuumschalter auf einfache Weise in die Verbindung der Polungsschaltung mit der ersten Wicklung und in die Verbindung des Vorwählers mit der ersten Wicklung zu schalten.
-
In einer vorteilhaften Weiterbildung der oben genannten Ausführungsform sind der erste Brückenschalter als auch der dritte Brückenschalter gekoppelt als auch der zweite Brückenschalter und der vierte Brückenschalter gekoppelt. Diese Kreuzbetätigung der Brückenschalter der Schaltungsbrücke stellt eine einfache Art dar, den Vakuumschalter in die Verbindung des Vorwählers mit der ersten Wicklung einerseits und in die Verbindung der Polungsschaltung mit der ersten Wicklung andererseits zu schalten.
-
Der besondere Vorteil dieser Ausführungsform der Erfindung liegt darin, dass bereits ein einziger Schalter, z. B. Vakuumschalter dazu verwendet wird, sowohl den Vorwähler als auch die Polungsschaltung gasfrei zu schalten, was ein entscheidender Schritt in Richtung auf einen gasfrei arbeitenden Stufenschalter ist. Die Gasfreiheit der Tätigkeit eines Stufenschalters ist deshalb so wichtig, da derartige Stufenschalter in der Regel in einem gemeinsamen Ölbad mit dem Regeltransformator oder in einem separaten Ölbad angeordnet sind. Ein Lichtbogen und ein entsprechender Gaseintrag beim Schalten führt zu einer Verschmutzung des Ölbades und damit zu einer Verringerung seiner Isolationsfähigkeit und Kühlfähigkeit. Hieraus folgt dann ein größerer Wartungsbedarf, insbesondere hinsichtlich des Ölaustauschs beim Regeltransformator, was aufgrund verschärfter Umweltbedingungen einen nicht zu unterschätzenden Aufwand und Kostenfaktor ausmacht.
-
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist sowohl in der Verbindung des Vorwählers mit der ersten Wicklung als auch in der Verbindung der Polungsschaltung mit der ersten Wicklung jeweils wenigstens ein separater Schalter, z. B. Vakuumschalter angeordnet. Diese Ausführungsform benötigt zwar zwei Schalter, zum Beispiel Vakuumröhren, jedoch ist diese Ausführungsform mit einem geringeren schalttechnischen Aufwand realisierbar. Vorzugsweise sind in dieser Ausführungsform der erste und zweite Schalter mechanisch oder elektrisch gekoppelt, was eine einfache Bedienung der Betätigung der Polungsschaltung in Verbindung mit dem Umschalten des Vorwählers ermöglicht. Die zeitliche Abfolge ist nämlich derart, dass vor dem Umschalten des Vorwählers erst die Polungsschaltung den definierten Abgriff der zweiten Wicklung mit der ersten Wicklung verbinden muss, anschließend wird der Vorwähler umgeschaltet und schließlich wird die Verbindung der Polungsschaltung wieder getrennt. Durch eine Kopplung der beiden Vakuumschalter lässt sich diese Schaltabfolge auf einfache Weise realisieren.
-
Vorzugsweise ist der Vakuumschalter eine Vakuumschaltröhre, die sich im Betrieb in Verbindung mit Stufenschaltern als zuverlässiger und gasfrei schaltender Schalter erwiesen hat.
-
Der mit der Polungsschaltung zu verbindende definierte Punkt der zweiten Wicklung ist vorzugsweise entweder der Mittenabgriff oder wahlweise eines der beiden Endabgriffe der zweiten Wicklung, wobei hier ein Schalter verwendet werden kann, der die Polungsschaltung wahlweise mit einem der beiden Endabgriffe der zweiten Wicklung verbindet, wie das zum Beispiel in der
DE 10 2009 060 132 B3 realisiert ist. Prinzipiell kann jedoch die Polungsschaltung mit jedem Punkt der zweiten Wicklung verbunden sein.
-
Bei der ersten und zweiten Wicklung kann es sich um beliebige Wicklungen, z. B. mehrere Stammwicklungen eines Transformators handeln. Sie können auch durch wenigstens eine Stammwicklung und wenigstens eine Regelwicklung eines Regeltransformators gebildet sein. Die Schaltanordnung ist im letzten Fall vorzugsweise ein Stufenschalter.
-
Die Erfindung schlägt gemäß einem dritten Aspekt einen Regeltransformator mit einer Schaltanordnung vor, die gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt ausgebildet ist.
-
Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der schematischen Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen:
-
1a–m ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Stufenschalters mit einem Vakuumschalter und einem Brückenschalter zum alternierenden Verbinden des Vakuumschalters mit dem Vorwähler als auch mit der Polungsschaltung in einer Abfolge von 13 Schaltschritten;
-
2 eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher sowohl der Vorwähler als auch die Polungsschaltung einen Vakuumschalter in der Verbindung mit der Stammwicklung aufweisen;
-
3 eine Anordnung gemäß 2, bei der auch ein mechanischer Schalter vorgesehen ist, der mit dem Vorwähler gekoppelt ist;
-
4 eine Schaltanordnung mit einem Vorwähler und einem ersten Schalter zwischen Vorwähler und einer ersten Wicklung eines Leistungstransformators;
-
5a–d unterschiedliche Ausführungsformen für den ersten Schalter aus 4;
-
6 eine schematische Darstellung eines Vorwählers in Art eines Drehschalters mit integriertem Vakuumschalter in den Schaltelementen; und
-
7a–d den Schaltablauf des Vorwählers aus 6 beim Trennen der Verbindung zur zweiten Wicklung eines Leistungstransformators.
-
1a zeigt einen Regeltransformator 10, wie er zum Beispiel als Leistungstransformator im Bereich der Stromversorgung eingesetzt wird. Der Transformator 10 hat eine Niederspannungswicklung 11 als auch zwei Hochspannungswicklungen in Form einer Stammwicklung 12 als erster Wicklung und einer Regelwicklung 14 als zweiter Wicklung, die mehrere Anzapfungen 16 aufweist. Der Regeltransformator 10 enthält weiterhin als Schaltanordnung einen Stufenschalter 15, der einen Vorwähler 28, einen Feinwähler 17 und einen Lastumschalter (hier nicht dargestellt) aufweist. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Stufenschalter als ein sog. Lastwähler ausgebildet sein. Die Stammwicklung 12 ist mit einer Brückenschaltung 18 von vier Brückenschaltern 20–26 und einem Vakuumschalter 38, z. B. einer Vakuumschaltröhre verbunden. Der Vakuumschalter 38 bildet sowohl einen ersten Schalter zum Verbinden des Vorwählers 28 mit der Stammwicklung 12 als auch einen zweiten Schalter zum Verbinden einer Polungsschaltung 34 mit der Stammwicklung 12. Ein Zweig der Brückenschaltung ist mit dem Vorwähler 28 verbunden, der wiederum auf beide Enden 30, 32 der Regelwicklung 14 schaltbar ist. Mit dem anderen Zweig der Brückenschaltung ist die Polungsschaltung verbunden, die durch einen Polungswiderstand 34 gebildet ist, der wiederum mit einem Mittenabgriff 36 der Regelwicklung 14 verbunden ist. Der Vakuumschalter 38 ist in die Mitte der Brückenschaltung 18 geschaltet. Über die Brückenschaltung 18 ist es möglich, den Vakuumschalter 38 wahlweise in die Verbindung des Vorwählers 28 mit der Stammwicklung 12 oder in die Verbindung des Polungswiderstands 34 mit der Stammwicklung 12 zu schalten.
-
Insbesondere dient die Brückenschaltung 18 dazu, die Regelwicklung 14 während des Umschaltvorgangs des Vorwählers 28 über den Polungswiderstand 34 mit der Stammwicklung 12 zu verbinden, um somit die Regelwicklung 14 auf einem definierten Potential zu halten und damit hohe Potentialdifferenzen und kapazitive Ströme beim Umschalten des Vorwählers 28 zu verringern. Die Tätigkeit der einzelnen Brückenschalter 20–26 der Brückenschaltung 18 während des Umschaltens des Vorwählers wird nachfolgend in den 1a bis m beschrieben.
-
1a zeigt den normalen Betriebszustand des Transformators 10 vor der Betätigung des Vorwählers 28, bei welchem die Stammwicklung 12 über den ersten Brückenschalter 20 der Brückenschaltung 18 und den Vorwähler 28 mit dem ersten Ende 30 der Regelwicklung verbunden ist. Der Lastabgriff erfolgt während des Betriebes über den Feinwähler 17 und den Lastumschalter. Vor der Betätigung des Vorwählers wird der Punkt K an der Stammwicklung 12 vom Feinwähler angefahren und die Stammwicklung mit dem Lastabgriffspunkt 19 verbunden. Der Feinwähler ist nur schematisch dargestellt. Natürlich kontaktiert der Feinwähler eine der Anzapfungen 16 der Regelwicklung 14. Es soll nun beabsichtigt werden, den Vorwähler 28 von dem ersten Ende 30 auf das zweite Ende 32 der Regelwicklung 14 umzuschalten.
-
Hierzu wird, wie es in 1b dargestellt ist, zuerst der dritte Brückenschalter 24 geschlossen, so dass der Polungswiderstand 34 nun über den noch offenen Vakuumschalter 38 mit der Stammwicklung 12 verbindbar ist.
-
In 1c wird nun der Vakuumschalter 38 geschlossen, so dass einerseits nach wie vor das erste Ende 30 der Regelwicklung 14 über den ersten Brückenschalter 20 mit der Stammwicklung 12 verbunden ist, andererseits aber auch der Polungswiderstand 34 über den dritten Brückenschalter 24 und den Vakuumschalter 38 mit der Stammwicklung 12 verbunden ist.
-
In dem nächsten Schritt gemäß 1d werden nun auch der zweite Brückenschalter 22 als auch der vierte Brückenschalter 26 geschlossen, so dass nun der Vorwähler 28 als auch der Polungswiderstand 34 über den Vakuumschalter und entsprechend über die ersten und zweiten Brückenschalter 20, 22 mit der Stammwicklung 12 verbunden sind.
-
Im nächsten Schritt gemäß 1e werden der erste Brückenschalter 20 als auch der dritte Brückenschalter 24 geöffnet, womit der Vorwähler 28 nur noch über den geschlossenen Vakuumschalter 38 mit der Stammwicklung 12 verbunden ist, der mit dem Mittenabgriff 36 der Regelwicklung 14 verbundene Polungswiderstand 34 jedoch direkt über den zweiten Brückenschalter 22.
-
Im nächsten Schritt gemäß 1f wird der Vakuumschalter 38 geöffnet, womit die Stammwicklung 12 nur noch über den zweiten Brückenschalter 22 und den Polungswiderstand 34 mit dem Mittenabgriff 36 der Regelwicklung 14 verbunden ist. Der Vorwähler 28 ist nun nicht mehr mit der Stammwicklung 12 verbunden, so dass dieser im nächsten Schritt gemäß 1g geöffnet werden kann, ohne dass es dabei zu einem Lichtbogen kommt.
-
Der Vorwähler 28 kann nun, wie es in 1h dargestellt ist, von der in 1g dargestellten Neutralposition in die in 1h dargestellte Schaltposition durchgeschaltet werden, in welcher der Vorwähler 28 mit dem zweiten Ende 32 der Regelwicklung 14 verbunden ist. Da der Vakuumschalter 38 weiterhin geöffnet ist, führt dies zu keinem Lichtbogen, so dass dieser Umschaltvorgang gasfrei stattfindet. Nach wie vor ist während dieses Vorgangs die Regelwicklung 14 über ihren Mittenabgriff 36 und den Polungswiderstand 34 mit der Stammwicklung 12 verbunden, was die Entstehung hoher Spannungen verhindert.
-
Nun wird, wie es in 1i gezeigt wird, der Vakuumschalter 38 geschlossen, was dazu führt, dass nun das zweite Ende 32 der Regelwicklung 14 über den Vorwähler 28, den geschlossenen vierten Brückenschalter 26 als auch über den geschlossenen Vakuumschalter 38 mit der Stammwicklung 12 verbunden ist. Da diese Verbindung durch den Vakuumschalter 38 realisiert wird, erfolgt auch dieser Schaltvorgang ohne die Erzeugung eines Lichtbogens und damit gasfrei.
-
Nach dem Anschluss des Vorwählers 28 über den Vakuumschalter 38 kann, wie in 1j gezeigt ist, nun der erste Brückenschalter 20 wieder geschlossen werden, so dass der Vorwähler 28 direkt über den ersten Brückenschalter 20 mit der Stammwicklung 12 verbunden ist. Hier ist noch hinzuzufügen, dass aufgrund der Anbindung der Regelwicklung 14 an die Stammwicklung 12 über den Polungswiderstand 34 die Potentialdifferenz bzw. der Schaltstrom an dem Vakuumschalter 38 deutlich reduziert ist, so dass der Vakuumschalter vergleichsweise wenig beim Schaltvorgang belastet wird.
-
Im nächsten Schritt gemäß 1k wird nun der zweite Brückenschalter 22 wieder geöffnet, so dass der Polungswiderstand 34 nur noch über den geschlossenen Vakuumschalter 38 mit der Stammwicklung 12 verbunden ist. Nun wird der Vakuumschalter 38 geöffnet, wie es in 1l dargestellt ist. Hierdurch wird der Polungswiderstand 34 von der Stammwicklung 12 getrennt. Die Regelwicklung 14 ist somit nur noch mit ihrem zweiten Ende 32 über den Vorwähler 28 und den ersten Brückenschalter 20 mit der Stammwicklung 12 verbunden, so wie es die angestrebte Umschaltposition des Vorwählers darstellt. Schließlich wird, wie es in 1m gezeigt ist, noch der dritte Brückenschalter 24 geöffnet, so dass wiederum die Ausgangsposition gemäß 1a erreicht ist, nur mit dem Unterschied, dass die Stammwicklung 12 nun über den Vorwähler 28 mit dem zweiten Ende 32 der Regelwicklung 14 verbunden ist, statt mit dem ersten Ende 30 der Regelwicklung 14 vor dem Umschaltvorgang.
-
Diese Schaltabfolge verdeutlicht klar, dass ein lichtbogenfreies Schalten sowohl des Vorwählers 28 als auch der Polungsschaltung während des Umschaltvorganges des Vorwählers 28 mit nur einem einzigen Vakuumschalter 38 durchführbar ist.
-
2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Zur 1 identische oder funktionsgleiche Teile sind hierbei mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In der Schaltung gemäß 2 hat der Transformator 40 ebenfalls als erste und zweite Wicklungen eine Stammwicklung 12 und eine Regelwicklung 14. Die Stammwicklung 12 ist über eine Reihenschaltung eines ersten Schalters 42, z. B. einer Vakuumschaltröhre, und des Vorwählers 28 mit dem ersten Ende 30 oder dem zweiten Ende 32 der Regelwicklung 14 verbindbar. Die Polungsschaltung ist durch einen Polungswiderstand 34 gebildet, der über einen separaten Mittenabgriff 44 mit der Regelwicklung 14 verbunden ist. Der Polungswiderstand ist über einen zweiten Schalter 46 mit der Stammwicklung 12 verbindbar. Der zweite Schalter 46 kann als Vakuumschaltröhre ausgebildet sein. In dieser Schaltung sind sowohl für die Verbindung des Vorwählers 28 mit der Stammwicklung 12 als auch für die Verbindung des Polungswiderstands 34 mit der Stammwicklung 12 separate Schalter 42, 46 vorgesehen, die dann entsprechend betätigt werden, so dass sowohl der Vorwähler 28 als auch die Polungsschaltung gasfrei geschaltet werden können.. Hinsichtlich der Betätigung des Vorwählers 28 bedeutet dies, dass vor einem Trennen des Vorwählers 28 der erste Schalter 42 geöffnet wird und erst nach einem Umschalten des Vorwählers 28 der erste Schalter 42 wieder geschlossen wird.
-
Hinsichtlich der Betätigung des zweiten Schalters 46 bedeutet dies, dass der zweite Schalter 46 geschlossen wird, bevor der erste Schalters 42 geöffnet wird. Der zweite Schalter 46 wird erst dann wieder geöffnet, wenn der Vorwähler 28 umgeschaltet hat und der erste Schalter 42 wieder geschlossen ist. Nach dem Schließen des zweiten Schalters 46 wird die Regelwicklung über den Polungswiderstand 34 und die Polungsschaltung 47 mit dem Lastabgriffspunkt 19 verbunden.
-
3 zeigt eine, zu 2 fast identische, Ausführungsform der Erfindung, wobei wiederum identische und funktionsgleiche Teile mit den identischen Bezugszeichen versehen sind. Im Unterschied zu der Ausbildungsform der 2 ist in 3 ein zusätzlicher Hilfsschalter 48 vorgesehen, der über eine Kopplung 50 mechanischer oder elektrischer Art mit dem Vorwähler 28 gekoppelt ist.
-
Es ist alternativ auch möglich, die Tätigkeit des ersten und zweiten Vakuumschalters 42, 46 über eine elektrische oder mechanische Kopplung zu koppeln, wobei die Kopplung ein zeitversetztes Betätigen der Vakuumschalter 42, 46 ermöglichen sollte.
-
4 zeigt einen Regeltransformator 60, wie er zum Beispiel als Leistungstransformator im Bereich der Stromversorgung eingesetzt wird. Der Transformator 60 hat zwei Hochspannungswicklungen in Form einer Stammwicklung 62 als erster Wicklung und einer Regelwicklung 64 als zweiter Wicklung, die mehrere Anzapfungen wie in 1, aufweist. Der Regeltransformator 60 enthält weiterhin einen als Wender ausgebildeten Vorwähler 66, dessen Abgriff 68 mit der Stammwicklung 62 verbunden ist und der zwischen zwei Schaltkontakten 70, 72 schalten kann, die jeweils mit einem der beiden Enden der Regelwicklung 64 verbunden sind. In der Verbindung zwischen der Stammwicklung 62 und dem Wender 66 ist ein erster Schalter 74 angeordnet. Der Vorteil dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform besteht darin, dass während des Umschaltens des Wenders 66 der erste Schalter 74 geöffnet werden kann, so dass der Vorwähler 66 spannungsfrei und damit gasfrei, d. h. ohne einen Lichtbogen im Öl zu erzeugen, geschaltet werden kann. Der erste Schalter 74 wird erst nach dem Umschalten des Wenders 66 wieder geschlossen. Der erste Schalter 74 ist vorzugsweise ein gasfrei schaltender Schalter, wie er z. B. in einer der 5a bis 5e dargestellt ist.
-
Die in den 5a bis 5d gezeigten Schaltkonfigurationen können als erster Schalter 74 in die Schaltanordnung der 4 eingesetzt werden.
-
5a zeigt als ersten Schalter einen Vakuumschalter 76, z. B. eine per se bekannte Vakuumschaltröhre. Der Vorteil dieses Schalters liegt im abgekapseltem und damit gasfreien Schalten, so dass die Schaltvorgänge des ersten Schalters 74 im Zusammenhang mit dem Umschaltvorgang des Vorwählers ebenfalls gasfrei ablaufen.
-
5b zeigt als ersten Schalter 74 eine Schaltanordnung 78 in Form einer Parallelschaltung eines Vakuumschalters 80 mit einem mechanischen Lastschalter 82. Der Vakuumschalter 80 kann hierbei für den reinen Umschaltvorgang verwendet werden, während der mechanische Lastschalter 82 die Dauerkontaktierung übernimmt, um den Vakuumschalter zu schonen. Diese Schaltanordnung 78 hat eine lange Lebensdauer.
-
5c zeigt eine Schaltanordnung 84 gemäß 5b, bei der identische oder funktionsgleiche Teile mit den identischen Bezugszeichen versehen sind. Zusätzlich zur Schaltanordnung 78 in 5b hat diese Schaltanordnung 84 zusätzlich einen Varistor 86 über welchen der mit der Stammwicklung 12 verbundene Teil der Schaltanordnung geerdet ist. Dieser Varistor führt Überspannungen während des Schaltvorgangs aus der Schaltanordnung ab, was z. B. den Vakuumschalter 80, den mechanischen Lastschalter 82 sowie Stammwicklung 12 und Regelwicklung 14 schützt. Wenn statt des Varistors oder zusätzlich zum Varistor (in Parallelschaltung) auch ein Kondensator oder Widerstand angeordnet wird, werden auch hochfrequente Induktionsspannungen während des Umschaltvorgangs des Vorwählers effektiv abgeleitet.
-
Schließlich zeigt 5d eine Schaltanordnung 92 bestehend aus einer Serienschaltung eines ersten Wählschalters 94, einer Parallelschaltung zweier gegensinnig geschalteter Dioden 96, 98 und eines Leiters 100 und eines Zusatzschalters 102. Der Wählschalter kann wahlweise auf eine der beiden Dioden 96, 98 oder auf den Leiter schalten. Über den Zusatzschalter 102 kann der Startzeitpunkt für die Schaltung der Dioden 96, 98 gesetzt werden. Somit ist es möglich, beim Nulldurchgang der Wechselspannung, und damit gasfrei zu schalten.
-
6 zeigt einen Vorwähler 104, der z. B. koaxial zu einem Feinwähler oder Lastwähler angeordnet sein kann. Hinsichtlich der Schaltkonfiguration des Vorwählers 104 wird auf 4 (Wender 66) verwiesen. Die beiden mit den Enden der Regelwicklung verbundenen Schaltkontakte 70, 72 sind hierbei stationär angeordnet. Der Vorwählers 104 enthält eine in/gegen die Pfeilrichtung bewegbare Schaltgruppe 106 mit drei Schaltelementen S1, S0 und S2, welche mit den stationären Schaltkontakten 70, 72 zusammenzuwirken. Die beiden äußeren Schaltelemente S1 und S2 sind über einen Vakuumschalter 108 mit dem mittleren Schaltkontakt S0 verbunden, der wiederum mit dem Abgriff 68 des Vorwählers 104 verbunden ist. Dieser ist direkt oder über ein einen ersten Schalter 74 mit der Stammwicklung 12 verbunden.
-
Die äußeren Schaltelemente S1 und S2 sind über das Zusammenwirken mit den stationären Schaltkontakten 70, 72 derart bewegbar, dass sie den Vakuumschalter 108 betätigen können. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Trennung der Schaltkonfiguration von einem stationären Schaltkontakt 70, 72 immer über den Vakuumschalter 108, und damit gasfrei erfolgt.
-
Eine derartige Schaltabfolge ist nun in den 7a bis 7d dargestellt. 7a zeigt die Schaltgruppe 106 in Verbindungsstellung. Das mittlere Schaltelement verbindet hierbei direkt den stationären Schaltkontakt 70 oder 72 mit dem Abgriff 68 des Vorwählers 104. Die beiden äußeren Schaltelemente S1 und S2 sind in der Art eines Schnappschalters aufgebaut und haben eine drehbar gelagerte Zunge 110, die drehfest mit einem Stellhebel 112 verbunden ist. Der Stellhebel 112 agiert mit einem Betätigungselement 114 des Vakuumschalters zusammen, über das der Vakuumschalter geöffnet oder geschlossen werden kann. Im nicht betätigten Zustand des Betätigungselements 114 ist der Vakuumschalter 108 geschlossen. Der Strom fließt hier von den stationären Schaltkontakten 70, 72 über S0 zur Ableitung 68.
-
Wenn sich die Schaltgruppe 106 in Pfeilrichtung (7b) bewegt, gleitet der stationäre Kontakt 70, 72 weg von dem mittleren Schaltelement S0 und kontaktiert zunächst die Zunge 110. Dabei lenkt die Zunge 110 des ersten äußeren Schaltelements S1 aus. Hier wird nun die leitende Verbindung zwischen 70, 72 getrennt und der Strom fließt vom Kontakt 70, 72 über die Zunge 110 und den Vakuumschalter 108 zum Abgriff 68. Hierdurch wird der Stellhebel 112 dieses Schaltelements S1 nach oben gedreht, wobei es das Betätigungselement 114 des Vakuumschalters 108 nach oben schiebt (7c), womit diese geöffnet wird. Da nun kein Strom fließt kann 70, 72 von 110 gelöst werden. Dieses Öffnen erfolgt durch den Vakuumschalter 108 im abgekapseltem Raum und somit gasfrei zum Ölmedium. 7d zeigt den Vorwähler 104 in komplett geöffneter Stellung zwischen den stationären Kontakten 70, 72.
-
Zur Ausführungsform der 1 ist hinzuzufügen, dass der Polungswiderstand 34 anstelle des Mittenabgriffs 36 auch über einen weiteren Schalter mit jeweils einem der beiden Enden 30, 32 der Regelwicklung 14 verbindbar sein kann bzw. an jedem Ende 30, 32 jeweils eine Polungswiderstand 34 über je einen Vakuumschalter mit dem Lastabgriffspunkt 19 verbindbar ist.
