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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltanordnung für einen Vorwähler zum wahlweisen Verbinden mehrerer Wicklungen eines Stufentransformators. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Betätigung solch einer Schaltanordnung.
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Vorwähler, die als Wender, Grobwähler oder Mehrfachgrobwähler ausgebildet sein können, dienen im Allgemeinen in Laststufenschaltern dazu, den Regelbereich eines Regeltransformators, auch Stufentransformator genannt, zu erweitern. Wender ermöglichen es, die Regelwicklungen, auch Sekundärwicklungen genannt, eines Regeltransformators zu oder gegen eine Stammwicklung, auch Primärwicklung genannt, 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, auch Leistungstransformator genannt, 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 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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Aus der
DE 10 2009 060 132 B3 ist ein Stufenschalter mit einem Polungsschalter bekannt, mit dessen Hilfe eine Gasbildung im Isolieröl reduziert werden soll. Dabei ist an der Stufenwicklung ein Laststufenschalter angeschlossen, der einen Wähler besitzt. Der Wähler wählt vor einer Umschaltung zunächst leistungslos die neue Wicklungsanzapfung der Stufenwicklung vor, auf die umgeschaltet werden soll. Die Umschaltung selbst erfolgt durch einen Lastumschalter des Laststufenschalters. Weiterhin weist der Stufenschalter einen Wender auf, durch den zur Vergrößerung des Regelbereiches der Anfang oder das Ende der Stufenwicklung an das Ende der Stammwicklung geschaltet werden können. Am Anfang der Stufenwicklung ist ein erster Polungswiderstand vorgesehen, der mittels eines ersten Polungsschalters mit der Lastableitung in Verbindung steht. Am Ende der Stufenwicklung ist ein zweiter Polungswiderstand vorgesehen, der über einen zweiten Polungsschalter wiederum mit der Lastableitung in Verbindung steht. Die beiden Polungsschalter werden nur kurzzeitig vor Beginn der Betätigung des Vorwählers eingeschaltet, so dass nur kurzzeitig der Anfang und das Ende der Stufenwicklung an ein definiertes Potential angelenkt werden. Ein Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass sich die Polungswiderstände im eingeschalteten Zustand erwärmen und diese Wärme an das umgebende Öl weitergeben.
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Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Schaltanordnung für einen Vorwähler zum wahlweisen Verbinden mehrerer Wicklungen eines Stufentransformators bereit zu stellen, wobei die Schaltanordnung ein sicheres und störungsfreies Umschalten des Vorwählers erlaubt.
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Diese Aufgabe wird durch eine Schaltanordnung nach Anspruch 1 gelöst.
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Aufgabe der Erfindung ist ferner, ein Verfahren zur Betätigung solch einer Schaltanordnung bereit zu stellen, bei welchem Verfahren sicher und störungsfrei umgeschaltet wird.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 10 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Schaltanordnung für einen Vorwähler zum wahlweisen Verbinden mehrerer Wicklungen eines Stufentransformators umfasst ein Schaltelement, das zwischen dem Vorwähler und wenigstens einer ersten Wicklung des Stufentransformators angeordnet ist. Der Vorwähler ist dazu ausgebildet, die wenigstens eine erste Wicklung wahlweise mit einem von zwei Endkontakten wenigstens einer zweiten Wicklung elektrisch zu verbinden. Die erste Wicklung ist beispielsweise eine Stammwicklung, wie oben beschrieben. Die zweite Wicklung ist beispielsweise eine Regelwicklung bzw. Grobstufe, wie ebenfalls oben beschrieben.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltanordnung umfasst das Schaltelement eine Vakuumschaltröhre mit einem festen Kontakt und einem beweglichen Kontakt. Einer der beiden Kontakte der Vakuumschaltröhre ist elektrisch leitend mit dem Vorwähler verbunden. Der andere Kontakt ist elektrisch leitend mit der ersten Wicklung verbunden. Der bewegliche Kontakt kann insbesondere als Stößel ausgebildet sein.
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Des Weiteren können ein Kopfteil und ein Bodenteil vorgesehen sein, die beide über Kontaktstäbe miteinander verbunden sind. Dabei ist das Schaltelement mittels eines oberen Halters und eines unteren Halters an mindesten einem der Kontaktstäbe befestigt.
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Zusätzlich kann ein drehbar gelagertes Schaltrohr vorgesehen sein, welches zwischen dem Kopfteil und dem Bodenteil angeordnet ist. Dabei wird das Schaltrohr über eine Getriebestufe und die Getriebestufe vom Vorwähler angetrieben.
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Am Schaltrohr kann eine Kurvenscheibe angeordnet sein. Die Kurvenscheibe weist auf einer oberen Seite eine Kurve auf.
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Der obere Halter weist bevorzugt mindestens einen Lagerbock mit einem ersten und einem zweiten Steg auf. Die Stege sind zur drehbaren Lagerung eines Betätigungshebels um eine Achse ausgebildet. Der Betätigungshebel ist an einem ersten Ende mechanisch mit dem beweglichen Kontakt des Schaltelements verbunden und weist an einem zweiten Ende eine Rolle auf, die mit der Kurve der Kurvenscheibe korrespondiert. Insbesondere wird die Rolle auf einem definierten Weg in der Kurve geführt bewegt. Die Rolle ist bevorzugt derart in der Kurve gelagert, dass beim Drehen des Schaltrohres und der damit verbundenen Kurvenscheibe der Betätigungshebel um die Achse geschwenkt wird. Durch diese Schwenkbewegung des Betätigungshebels wird der bewegliche Kontakt des Schaltelementes betätigt.
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In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltanordnung sind drei Kurvenscheiben, drei Betätigungshebel und drei Schaltelemente zur Bildung eines dreiphasigen Stufentransformators vorgesehen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Betätigung einer Schaltanordnung für einen Vorwähler zum wahlweisen Verbinden mehrerer Wicklungen eines Stufentransformators umfasst mehrere Schritte, die nachfolgend beschrieben werden. Zunächst wird wenigstens ein Schaltelement geöffnet, das zum Öffnen und Schließen einer elektrischen Verbindung zwischen dem Vorwähler und einer ersten Wicklung des Stufentransformators angeordnet ist. Anschließend wird der Vorwähler betätigt, so dass dieser eines von zwei sich gegenüber liegenden Enden einer zweiten Wicklung des Stufentransformators kontaktiert. Anschließend wird das Schaltelement geschlossen, so dass die zweite Wicklung mit der ersten Wicklung elektrisch verbunden ist. Durch diese Abfolge der Schritte entsteht während der Umschaltung zwischen den gegenüber liegenden Enden der zweiten Wicklung kein Lichtbogen und die Umschaltung erfolgt sicher und störungsfrei.
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Die Erfindung und ihre Vorteile werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht einer möglichen Anordnung eines Stufentransformators aus dem Stand der Technik, eines Laststufenschalters und eines Wählers;
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2 ein Schaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltanordnung für einen Vorwähler;
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3 eine perspektivische Ansicht einer konstruktiven erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Schaltanordnung nach 2; und
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4 eine detaillierte Perspektivansicht einer konstruktiven Ausführungsform einer Schaltanordnung nach 3.
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Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie die erfindungsgemäße Schaltanordnung und das erfindungsgemäße Verfahren sein können und stellen somit keine abschließende Begrenzung der Erfindung dar.
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1 zeigt eine schematische Ansicht einer möglichen Anordnung eines Stufentransformators 40 aus dem Stand der Technik, eines Laststufenschalters 46 mit einem Lastumschalter 45 und einem Wähler 8. Der Stufentransformator 40 ist von einem Transformatorgehäuse 42 umgeben. Mit dem Laststufenschalter 46 können die verschiedenen Wicklungsanzapfungen 4.3 (siehe 2) des Stufentransformators 40 beschaltet werden. Um eine ordnungsgemäße Funktionsweise des Stufentransformators 40 gewährleisten zu können, muss der Laststufenschalter 46 den erforderlichen Schaltablauf ohne Störungen ausführen.
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Der Laststufenschalter 46 ragt in das Transformatorgehäuse 42 hinein, das je nach Typ des Stufentransformators 40 mit Öl gefüllt sein kann.
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Der Stufentransformator 40 umfasst für jede Phase üblicherweise mindestens zwei Wicklungen 3 und 4, eine Primär- und eine Sekundärwicklung, die durch einen Vorwähler 2 elektrisch miteinander verbindbar sind, wie nachfolgend anhand 2 detailliert beschrieben wird.
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2 zeigt ein Schaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltanordnung 1 für einen Vorwähler 2 eines Laststufenschalters, beispielsweise für einen Laststufenschalter 46 gemäß 1. Ein Feinwähler 8 des Laststufenschalters wählt vor einer Umschaltung zunächst leistungslos eine zu beschaltende Wicklungsanzapfung 4.3 der Stufenwicklung bzw. zweiten Wicklung 4 des Stufentransformators 40 vor, auf welche Wicklungsanzapfung 4.3 umgeschaltet werden soll. Die Umschaltung zwischen zwei Wicklungsanzapfungen 4.3 selbst erfolgt durch einen Lastumschalter 45 (siehe 1) des Laststufenschalters 46. In der Darstellung nach 2 sind eine erste Wicklung 3 des Stufentransformators 40 als Stammwicklung und eine zweite Wicklung 4 des Stufentransformators 40 als Regelwicklung bzw. Stufenwicklung abgebildet. Ein erstes Ende 3.1 der ersten Wicklung 3 ist über ein Schaltelement 5 mit einem Vorwähler 2 verbunden. Der Vorwähler 2 kontaktiert entweder den oberen Endkontakt 4.1 der zweiten Wicklung 4 oder den unteren Endkontakt 4.2 der zweiten Wicklung 4. Je nachdem welcher der beiden Endkontakte 4.1, 4.2 kontaktiert wird, wird die zweite Wicklung 4 zur ersten Wicklung 3 dazu addiert oder von dieser subtrahiert. Diese Ausführungsform des Vorwählers 2 wird als Wender bezeichnet. Denkbar wäre aber auch eine Ausführungsform des Vorwählers 2 als Grobwähler, bei dem die Möglichkeit besteht, einen größeren Teil einer ersten Wicklung 3, d. h. der Stammwicklung, eine sog. Grobstufe ab- oder zuzuschalten.
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Das vor dem Vorwähler 2 vorgeschaltete Schaltelement 5 ist vorzugsweise als Vakuumschaltröhre ausgebildet (siehe 3 und 4). Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vor der Betätigung des Vorwählers 2 zunächst das Schaltelement 5 geöffnet. Erst nachdem der Vorwähler 2 das gegenüberliegende Ende 4.1 oder 4.2 der zweiten Wicklung 4 kontaktiert hat, wird das Schaltelement 5 geschlossen, so dass bei der Umschaltung zwischen den gegenüber liegenden Enden 4.1, 4.2 der zweiten Wicklung 4 kein Lichtbogen entsteht und die Umschaltung sicher und störungsfrei erfolgt.
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3 und 4 zeigen eine mögliche konstruktive Ausführungsform des in 2 gezeigten Schaltbildes der erfindungsgemäßen Schaltanordnung 1. Die Schaltanordnung 1 umfasst ein Kopfteil 10 und ein dazu beabstandetes Bodenteil 11. Diese sind über mehrere, am äußeren Rand angeordnete Kontaktstäbe 12 miteinander verbunden. Sowohl das Kopfteil 10 als auch das Bodenteil 11 können zusätzlich zur Befestigung anderer Teile eines Laststufenschalters, wie z. B. Feinwähler, verwendet werden.
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Weiterhin können gemäß der Ausführungsform nach 3 und 4 an zwei Kontaktstäben 12 ein oberer Halter 20 und ein unterer Halter 21 angebracht sein, mit deren Hilfe das Schaltelement 5 gehaltert wird. Das Schaltelement 5 weist einen festen Kontakt 5.1 auf, der mit dem unteren Halter 21 mechanisch verbunden ist. Zusätzlich ist der feste Kontakt 5.1 über eine Leitung 6 mit der ersten Wicklung 3 elektrisch verbunden (vergleiche 2). Der bewegliche Kontakt 5.2 ist am oberen Ende 5.3 des Schaltelements 5 als Stößel ausgebildet.
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Dieser ist über eine Leitung 7 mit dem Vorwähler 2 elektrisch leitend verbunden (vergleiche 2). Gemäß 4 kann der obere Halter 20 eine Aussparung 23 für den beweglichen Kontakt 5.2 aufweisen, so dass eine freie aber geführte Bewegung des beweglichen Kontaktes 5.2 möglich ist.
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Am oberen Halter 20 ist ein Lagerbock 20.1, mit einem ersten Steg 20.2 und einem zweiten Steg 20.3, befestigt, an dem ein Betätigungshebel 30 drehbar um eine Achse 22 gelagert angeordnet ist. Der Betätigungshebel 30 weist ein erstes Ende 31 und ein zweites Ende 32 auf, die bevorzugt einen Kniehebel bilden. Das erste Ende 31 des Betätigungshebels 30 kann gabelförmig ausgebildet sein und unter den als Stößel ausgebildeten beweglichen Kontakt 5.2 greifen. Am zweiten Ende 32 kann eine drehbar gelagerte Rolle 33 befestigt sein.
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Zwischen dem Kopfteil 10 und dem Bodenteil 11 ist außerdem ein Schaltrohr 13 drehbar gelagert angeordnet. Am Schaltrohr 13 ist eine Kurvenscheibe 15 befestigt, auf deren oberen Seite 16 eine Kurve 17 eingebracht ist. Diese Kurve 17 dient der Führung der Rolle 33 am zweiten Ende 32 des Betätigungs- bzw. Kniehebels 30.
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Sobald das Schaltrohr 13 über die Getriebestufe 14 gedreht wird, fährt die Rolle 33 die Kurve 17 der Kurvenscheibe ab, wodurch das Schaltelement 5 über den Kniehebel 30 betätigt, also geschlossen oder geöffnet wird.
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Der Zeitpunkt für die Betätigung des Schaltelementes 5 wird von der Betätigung des Vorwählers 2 bestimmt. Bevor der Vorwähler 2 umschaltet, betätigt dessen Getriebe die Getriebestufe 14 der Schaltanordnung 1. Somit wird zunächst das Schaltelement 5 geöffnet. Nach der Durchführung der Vorwählerschaltung, d. h. nachdem der Vorwähler 2 auf den gegenüberliegenden Endkontakt 4.1 oder 4.2 umgeschaltet hat, wird das Schaltelement 5 geschlossen.
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Bei dieser Ausführungsform ist eine Schaltanordnung 1 für eine Phase mit entsprechend nur einer Kurvenscheibe 15 abgebildet. Es können jedoch beispielsweise drei Kurvenscheiben 15 mit dazu korrespondierenden Kniehebeln 30 und Schaltelementen 5 untereinander an einem Schaltrohr 13 angeordnet werden. Somit könnte eine Schaltanordnung für einen dreiphasigen Stufentransformator realisiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaltanordnung
- 2
- Vorwähler
- 3
- erste Wicklung (Stammwicklung)
- 3.1
- erstes Ende der ersten Wicklung
- 4
- zweite Wicklung (Regelwicklung bzw. Stufenwicklung)
- 4.1
- oberer Endkontakt der zweiten Wicklung
- 4.2
- unterer Endkontakt der zweiten Wicklung
- 4.3
- Wicklungsanzapfung der zweiten Wicklung
- 5
- Schaltelement
- 5.1
- fester Kontakt des Schaltelements
- 5.2
- beweglicher Kontakt des Schaltelements
- 5.3
- oberes Ende des Schaltelements
- 6
- Leitung
- 7
- Leitung
- 8
- Wähler
- 9
- Motorantrieb
- 10
- Kopfteil
- 11
- Bodenteil
- 12
- Kontaktstab
- 13
- Schaltrohr
- 14
- Getriebestufe
- 15
- Kurvenscheibe
- 16
- obere Seite
- 17
- Kurve
- 20
- oberer Halter
- 20.1
- Lagerbock
- 20.2
- erster Steg
- 20.3
- zweiter Steg
- 21
- unterer Halter
- 22
- Achse
- 23
- Aussparung
- 30
- Betätigungshebel (Kniehebel)
- 31
- erstes Ende des Betätigungshebels
- 32
- zweites Ende des Betätigungshebels
- 33
- Rolle
- 40
- Stufentransformator
- 41
- Deckel
- 42
- Transformatorgehäuse
- 43
- Außenwand
- 44
- Innern
- 45
- Lastumschalter
- 46
- Laststufenschalter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009060132 B3 [0004]
