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Die Erfindung betrifft einen Laststufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen einer Regelwicklung.
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Laststufenschalter sind aus dem Stand der Technik bekannt und haben meistens einen Lastumschalter und einen Wähler. Der Lastumschalter mit den Vakuumschaltröhren und den Überschaltwiderständen ist in einem zylinderförmigen Gefäß angeordnet. Der Wähler ist aus einer Vielzahl von im Kreis angeordneten Stäben aufgebaut. An diesen Stäben sind in unterschiedlichen Ebenen Kontakte angeordnet, die als Anschlüsse für eine Regelwicklung dienen. Innerhalb des Wählers sind zwei Wählerarme an einer Schaltsäule befestigt. Diese kontaktieren die Kontakte an den Stäben. Lastumschalter und Wähler sind über ein Getriebe miteinander verbunden. Der Motorantrieb ist außen am Stufentransformator angeordnet und ist über ein Gestänge mit dem Laststufenschalter verbunden. Dieser Aufbau benötigt viel Bauraum, ist komplex und teuer.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Laststufenschalter zu schaffen, der einfach und kompakt aufgebaut ist, einen sicheren Betrieb sicherstellt und variabel und vielfältig einsetzbar ist.
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Diese Aufgabe wird mit einem Laststufenschalter gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Merkmale der Unteransprüche bilden dabei vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Die Erfindung schlägt einen Laststufenschalter vor, umfassend
- - einen Hauptzweig mit einem ersten Anschluss,
- - einen Hilfszweig mit einem zweiten Anschluss,
wobei
- - an den ersten und zweiten Anschluss je ein Modul angeschlossen werden kann.
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Jedes Modul kann auf beliebige Art und Weise ausgestaltet sein, z.B. als ein Überschaltwiderstand, als eine Reaktanz, als eine Brücke oder als Kombination aus Überschaltwiderstand, Reaktanz oder Brücke.
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Dadurch, dass in den Hauptzweig und den Hilfszweig unterschiedliche Elemente, in Form von Modulen, eingesetzt/verschaltet bzw. sogar „weggelassen“ werden können, in dem der jeweilige Anschluss überbrückt wird, entsteht die Möglichkeit aus dem Laststufenschalter entweder einen Laststufenschalter nach dem Widerstandsschnellschaltprinzip oder einen Laststufenschalter nach dem Reaktorschaltprinzip bereitzustellen. Beim Anschließen eines Moduls in den Hauptzweig, das als Überschaltwiderstand ausgebildet ist, und Überbrücken des Anschlusses im Hilfszweig, durch ein Modul mit einer Brücke, wird ein Widerstandschnellschalter geschaffen. Beim Anschließen von je einem Modul in den Hilfszweig und den Hauptzweig, welche als Reaktanz ausgestaltet sind, entsteht ein Reaktorschalter. Damit wird die grundsätzliche konstruktive Ausgestaltung des Laststufenschalters an sich nicht verändert. Wähler, Kontakte, etc. bleiben stets gleich. Je nach Bedarf werden schließlich unterschiedliche Module angeschlossen und damit der Laststufenschaltertyp gewählt. Die starre Grundkonstruktion bleibt somit flexibel und kann vielseitig verwendet werden. Sogar die Betätigungszeit beider Schaltertypen bleibt gleich und muss nicht angepasst werden. Üblicherweise werden Laststufenschalter nach dem Widerstandsschnellschaltprinzip schnell und Laststufenschalter nach dem Reaktorschaltprinzip langsam betätigt.
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Die Anschlüsse am Hauptzweig und Hilfszweig können auf unterschiedliche Art und Weise ausgestaltet sein. Diese können als Klemmen, Steckkontakte, Litzen oder jede weitere beliebige elektrisch leitende Kontaktstelle ausgestaltet sein. Diese müssen es nur ermöglichen den Hauptzweig und den Hilfszweig mit unterschiedlichen Modulen auszustatten.
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Die Module können auf beliebige Art und Weise ausgestaltet sein und beispielsweise direkt am Laststufenschalter selbst befestigt werden oder in der Nähe des Laststufenschalters angeordnet sein. Vorzugsweise ist ein Modul, welches als Brücke oder Überschaltwiderstand ausgestaltet ist, unmittelbar am Laststufenschalter selbst angebracht. Ein Modul, welches als Reaktanz ausgestaltet ist, kann in unmittelbarer Nähe, z.B. unter oder neben dem Laststufenschalter, im Stufentransformator, angeordnet sein.
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Die Module können auf beliebige Art und Weise ausgestaltet sein und beispielsweise Anschlüsse aufweisen, die als Klemmen, Steckkontakte, Litzen oder jede weitere beliebige elektrisch leitende Kontaktstelle ausgebildet sind. Die Anschlüsse der Module korrespondieren mit den Anschlüssen im Hilfszweig und im Hauptzweig.
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Vorzugsweise ist spezifiziert, dass
- - der Laststufenschalter als Reaktorschalter ausbildbar ist, wenn an den ersten Anschluss und den zweiten Anschluss jeweils ein Modul angeschlossen wird, das als Reaktanz ausgebildet ist, und
- - der Laststufenschalter als ein Widerstandsschnellschalter ausbildbar ist, wenn an den ersten Anschluss ein Modul, das als Brücke ausgebildet ist und an den zweiten Anschluss ein Modul, das als Überschaltwiderstand ausgebildet ist, angeschlossen wird.
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Vorzugsweise ist spezifiziert, dass
- - beim Betätigen des Laststufenschalters der Hauptzweig und der Hilfszweig mit Festkontakten unterschiedlicher Wicklungsanzapfungen einer Regelwicklung verbunden werden.
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Die Betätigung erfolgt üblicherweise direkt über einen Motorantrieb oder einen Handantrieb. Zwischen dem Laststufenschalter und dem Motorantrieb bzw. Handantrieb kann aber auch ein Federenergiespeicher angeordnet sein, der durch den Motorantrieb oder den Handantrieb aufgezogen wird und der Federenergiespeicher dann den Laststufenschalter betätigt.
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Vorzugsweise ist spezifiziert, dass
- - wenn im Hauptzweig und Hilfszweig das jeweilige Modul eine Reaktanz ist, der Laststufenschalter nach dessen Betätigung eine stationäre Position einnimmt, in der der Hauptzweig und der Hilfszweig dieselben Festkontakte oder unterschiedliche Festkontakte von Wicklungsanzapfungen kontaktieren; und
- - wenn im Hauptzweig das Modul als Brücke und im Hilfszweig das Modul als Überschaltwiderstand ist, der Laststufenschalter nach dessen Betätigung eine stationäre Position einnimmt, in dem der Hauptzweig und der Hilfszweig dieselben Festkontakte von Wicklungsanzapfungen kontaktieren.
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Die Betätigung des Laststufenschalters erfolgt in wenigen Sekunden, alternativ in einer Sekunde, vorzugsweis in weniger als 500 Millisekunden, besonders bevorzugt in 300 Millisekunden, wenn der Laststufenschalter als Widerstandsschnellschalter ausgebildet ist. Vor und nach einer Umschaltung nimmt der Laststufenschalter eine stationäre Position ein, in der ein Stufentransformator dann betrieben wird. Diese stationäre Position wird vor Beginn einer Umschaltung und auch nach Beendigung einer Umschaltung eingenommen. Bei einem Laststufenschalter, der als Widerstandsschnellschalter ausgestaltet ist, steht der erste Bewegtkontakt und der zweite Bewegtkontakt auf demselben Festkontakt in der stationären Position. Nach der Durchführung der Umschaltung stehen die beiden Bewegtontakte auf der benachbarten Wicklungsanzapfung, also auch auf demselben Festkontakt. Während der Umschaltung werden auch das Schaltelement und der Umschaltkontakt betätigt.
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Die Betätigung des Laststufenschalters erfolgt in wenigen Sekunden, alternativ in einer Sekunde, vorzugsweis in weniger als 500 Millisekunden, besonders bevorzugt in 300 Millisekunden, wenn der Laststufenschalter als Reaktorschalter ausgebildet ist. Hier ist eine stationäre Position möglich, bei der der erste Bewegtkontakt auf einem ersten Festkontakt und der zweite Bewegtkontakt auf einem anderen, benachbarten Festkontakt aufgeschaltet ist. Der Umschalter kontaktiert dann sämtliche Umschaltkontakte. Diese Position ist die sog. „Bridging-Position“.
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Als stationäre Position werden der Zustand bzw. die Stellung des Laststufenschalters bezeichnet, in der keinerlei Betätigung einzelner Elemente erfolgt. Die stationäre Position ist auch eine Betriebsstellung, in der keine Regelung stattfindet und der Regeltransformator bzw. Transformator im Regelbetrieb ist. Weiterhin ist die stationäre Position eine Betriebsstellung, in der eine Wicklungsanzapfung des Regeltransformators beschaltet ist und ein Dauerstrom über den Hauptzweig fließt.
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Vorzugsweise ist spezifiziert, dass
- - der Laststufenschalter mindestens zwei Bewegtkontakte aufweist.
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Die Bewegtkontakte können nach Bedarf auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein, beispielsweise als Kontakte, die linear oder rotatorisch in einer oder unterschiedlichen Ebenen bewegt werden können. Die Bewegtkontakte können als Wählerkontakte eines Feinwählers ausgebildet sein.
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Der Laststufenschalter kann auf beliebige Art ausgestaltet sein und mindestens einen brückenden Umschalter aufweisen.
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Dabei kann der brückende Umschalter als Drehschalter, bei dem der bewegliche Mittelkontakt gedreht wird, oder Zugschalter, bei dem der bewegliche Mittelkontakt gezogen bzw. gedrückt wird, ausgebildet sein.
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Vorteilhafterweise kontaktiert der Mittelkontakt in der ersten Stellung nicht den zweiten Umschaltkontakt und in der zweiten Stellung nicht den ersten Umschaltkontakt.
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Vorzugsweise ist spezifiziert, dass
- - der Umschalter einen beweglichen ersten Mittelkontakt, der mit dem dritten Umschaltkontakt verbunden ist, und einen beweglichen zweiten Mittelkontakt umfasst, der mit dem dritten Umschaltkontakt verbunden ist;
- - in der ersten Stellung der erste und/oder zweite Mittelkontakt den ersten Umschaltkontakt kontaktiert, in der zweiten Stellung der zweite und/oder erste Mittelkontakt den zweiten Umschaltkontakt kontaktiert und in der Brückungsstellung der erste Mittelkontakt den ersten Umschaltkontakt und der zweite Mittelkontakt den zweiten Umschaltkontakt kontaktiert.
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Der Umschalter mit zwei Mittelkontakten erreicht die Brückungsstellung, indem einer der Mittelkontakte den ersten Umschaltkontakt und der andere Mittelkontakt den zweiten Umschaltkontakt kontaktiert. In einer ersten bzw. zweiten Stellung muss mindestens einer der Mittelkontakte den ersten bzw. zweiten Umschaltkontakt kontaktieren.
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Vorteilhafterweise kontaktieren die Mittelkontakte in der ersten Stellung nicht den zweiten Umschaltkontakt und in der zweiten Stellung nicht den ersten Umschaltkontakt.
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Der Laststufenschalter kann auf beliebige Art ausgestaltet sein und mindestens ein Schaltelement aufweisen.
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Vorzugsweise ist spezifiziert, dass das Schaltelement als Vakuumschaltröhre, Ölschaltstrecke oder Halbleiterschaltelement, welches beispielsweise ein IGBT oder Thyristor sein kann, ausgebildet ist.
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Vorzugsweise ist spezifiziert, dass
- - jeder Festkontakt wenigstens zwei Kontaktflächen aufweist;
- - bei jedem Festkontakt die erste Kontaktfläche dem ersten Bewegtkontakt und die zweite Kontaktfläche dem zweiten Bewegtkontakt zugeordnet ist.
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Die Kontaktflächen können auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise in einer gemeinsamen Ebene oder in unterschiedlichen Ebenen liegen und/oder in dieselbe Richtung oder in unterschiedliche Richtungen ragen und/oder ein- oder mehrteilig ausgebildet sein.
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Vorzugsweise ist spezifiziert, dass der dritte Umschaltkontakt an eine Lastableitung angeschlossen ist oder werden kann oder sein kann.
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Nachfolgend sind die Erfindung und ihre Vorteile unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Es zeigen:
- 1 einen Laststufenschalter mit einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss;
- 2 drei unterschiedliche Module für den ersten und den zweiten Anschluss des Laststufenschalters;
- 3 einen Laststufenschalter nach dem Widerstandsschnellschaltprinzip;
- 4 einen Laststufenschalter nach dem Reaktorschaltprinzip;
- 5 einen Laststufenschalter mit einem ersten und einem zweiten Anschluss;
- 6 einen Laststufenschalter.
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In 1 ist eine elektrische Anlage schematisch dargestellt, die beispielhaft einen Regeltransformator bzw. Transformator bildet und die beispielhaft eine Regelwicklung 12 und einen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ausgebildeten Laststufenschalter 1 zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen n, n+1 der Regelwicklung 12 umfasst. Dieser Laststufenschalter 1 weist einen gemäß einer ersten Ausführungsform ausgebildeten Umschalter 2 mit einem ersten, zweiten und dritten Umschaltkontakt 2.1, 2.2, 2.3 und einem beweglichen Mittelkontakt 2.4, der an eine Lastableitung 3 der Anlage angeschlossen ist, auf. Dieser Umschalter 2 ist als brückender Umschalter 2 ausgebildet. Der Umschalter 2 kontaktiert in einer ersten Stellung den ersten Umschaltkontakt 2.1, in einer zweiten Stellung den zweiten Umschaltkontakt 2.2 und in einer Brückungsstellung beide Umschaltkontakte 2.1, 2.2. Dabei verbindet dieser in der ersten Stellung den ersten und dritten Umschaltkontakt 2.1, 2.3, in der zweiten Stellung den zweiten und dritten Umschaltkontakt 2.2, 2.3 und in der Brückungsstellung den ersten, zweiten und dritten Umschaltkontakt 2.1, 2.2, 2.3.
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Zwei der Festkontakte 4, 5 sind an eine zugeordnete Wicklungsanzapfung 50, 60 angeschlossen. Dabei ist die Anzahl der Festkontakte von der Anzahl der Wicklungsanzapfungen abhängig. Jeder Festkontakt 4, 5 weist mindestens zwei Kontaktflächen 4.1, 4.2, 5.1, 5.2 auf. Weiterhin weist der Laststufenschalter 1 wenigstens zwei Bewegtkontakte 6, 7 auf, von denen jeder wahlweise wenigstens einen der Festkontakte 4, 5 kontaktieren kann. Dabei ist die erste Kontaktfläche 4.1, 5.1 stets dem ersten Bewegtkontakt 6 und die zweite Kontaktfläche 4.2, 5.2 stets dem zweiten Bewegtkontakt 7 zugeordnet.
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Ein Hauptzweig 8 verbindet den ersten Bewegtkontakt 6 mit dem ersten Umschaltkontakt 2.1. Ein Hilfszweig 9 verbindet den zweiten Bewegtkontakt 7 mit dem zweiten Umschaltkontakt 2.2. Der Hauptzweig 8 weist einen ersten Anschluss 30 und der Hilfszweig 9 einen zweiten Anschluss 40 auf. Je nach Anforderung, insbesondere ob ein Laststufenschalter nach dem Widerstandsschnellschaltprinzip oder Reaktorschaltprinzip benötigt wird, ist eine entsprechende Bestückung des Laststufenschalters 1 über die Anschlüsse 30, 40 möglich.
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So wird bei der Ausführung des Laststufenschalters als Widerstandsschnellschalter der Anschluss 30 im Hauptzweig 8 mittels eines Moduls 10, das als Brücke 22 ausgebildet ist gebrückt und über den Anschluss 40 ein Überschaltwiderstand 20 in den Hilfszweig 9 geschaltet. Bei einer Ausführung als Reaktorschalter werden in den Hauptzweig 8 und in den Hilfszweig 9 je ein Modul 10 mit einer Reaktanz 21 an die Anschlüsse 30, 40 geschaltet.
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Wie in 1 dargestellt, trennt der erste Anschluss 30 den Hauptzweig 8 zwischen dem ersten Bewegtkontakt 6 und vor der Verbindung zum Schaltelement 11 auf. Der zweite Anschluss 40 trennt den Hilfszweig 9 zwischen dem zweiten Bewegtkontakt 7 und vor der Verbindung zum Schaltelement 11. Über das Schaltelement 11 können der Hauptzweig 8 und der Hilfszweig 9 miteinander verbunden werden. Das Schaltelement 11 ist vorzugsweise als Vakuumschaltröhre, Halbleiterschaltelement oder einfacher Ölkontakt ausgebildet.
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2 zeigt eine schematische Darstellung von drei Modulen 10, die an den ersten oder zweiten Anschluss 30, 40 angeschlossen werden können. Das Modul 10 kann als Überschaltwiderstand 20, Reaktanz 21 oder Brücke 22 ausgestaltet sein.
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3 zeigt den Laststufenschalter 1 in der Variante als Widerstandsschnellschalter. Hier ist im ersten Anschluss 30 ein Modul 10, das als Brücke 22 ausgebildet ist, eingesetzt und im zweiten Anschluss 40 ein Modul 10, das als Überschaltwiderstand 20 ausgebildet ist, eingesetzt. In dieser Ausführungsform des Laststufenschalters 1 ist die stationäre Position nur dann gegeben, wenn die beiden Bewegtkontakte 6, 7 und damit der Hauptzweig 8 und der Hilfszweig 9 stets denselben Festkontakt 4, 5 und damit dieselbe Wicklungsanzapfung 50, 60 kontaktieren. Die Betätigung des Laststufenschalters 1 erfolgt über einen Antrieb 13. Dabei werden im Wesentlichen die Bewegtkontakte 6, 7 von einer ersten Wicklungsanzapfung 50 zu einer zweiten benachbarten Wicklungsanzapfung 60, in einer festgelegten Rheinfolge unter Verwendung des Schaltelementes 11 und des Umschalters 2, bewegt. Die Betätigung erfolgt in der Regel binnen weniger Sekunden oder noch schneller. In der hier gezeigten stationären Position, die ein Betriebsstellung ist, fließt ein Dauerstrom von der Regelwicklung 12 über den Festkontakt 4, insbesondere die erste Kontaktfläche 4.1, den ersten Bewegtkontakt 6, den Hauptzweig 8 mit dem ersten Anschluss 30, über den Umschalter 2, insbesondere den ersten Umschaltkontakt 2.1, den ersten beweglichen Mittelkontakt 2.4, den dritten Umschaltkontakt 2.3, zur Lastableitung 3.
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4 zeigt den Laststufenschalter 1 in der Variante als Reaktorschalter. Hier ist an den ersten Anschluss 30 und an den zweiten Anschluss je ein Modul 10, das als Reaktanz 21 ausgebildet ist, angeschlossen. In dieser Ausführungsform des Laststufenschalters 1 ist eine stationäre Position gegeben, wenn die beiden Bewegtkontakte 6, 7 und damit der Hauptzweig 8 und der Hilfszweig 9, auf denselben Festkontakt 4, 5 und damit dieselbe Wicklungsanzapfung 50, 60 kontaktieren. Eine weitere stationäre Position dieser Ausführungsform ist dann geben, wenn die beiden Bewegtkontakte 6, 7 und damit der Hauptzweig 8 und der Hilfszweig 9 unterschiedliche Festkontakte 4, 5 und damit unterschiedliche Wicklungsanzapfungen 50, 60 kontaktieren. Die Betätigung des Laststufenschalters 13 erfolgt auch hier über den Antrieb 13. Dabei werden im Wesentlichen die Bewegtkontakte 6, 7 von einer ersten Wicklungsanzapfung 50 zu einer zweiten benachbarten Wicklungsanzapfung 60, unter Verwendung des Schaltelementes 11 und des Umschalters 2 die in einer festgelegten Rheinfolge betätigt werden, bewegt. Der Unterschied zur Ausführungsform in 3 liegt darin, dass der Schaltablauf gestoppt werden kann, wenn die Bewegtkontakte 6, 7 unterschiedliche Festkontakte 4, 5 kontaktieren und der Umschalter 2 eine brückende Stellung eingenommen hat. Die Betätigung bzw. der Schaltablauf erfolgt in der Regel binnen weniger Sekunden oder noch schneller. 5 zeigt die Anschlüsse 30, 40 des Laststufenschalters 1. Der erste Anschluss 30 weist eine erste Klemme 31 und eine zweite Klemme 32 auf. Der zweite Anschluss 40 weist eine dritte 41 und eine vierte Klemme 42 auf. An die Klemmen 31, 32, 41, 42 können die Module 10 und somit ein Überschaltwiderstand 20, Brücke 22 oder Reaktanz 21 angeschlossen werden. Die Module 10 weisen entsprechende Klemmen auf, die mit der ersten, zweiten, dritten und vierten Klemme 31, 32, 41, 42 korrespondieren.
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6 zeigt einen dreiphasigen Laststufenschalter 1 mit drei Schaltmodulen 23 in einem Regeltransformator 70. Jedes Schaltmodul 23 umfasst eine Platte 24. Auf jeder Platte 24 sind ein Wähler, mit dem ersten und dem zweiten Bewegtkontakt 6, 7, ein Vorwähler sowie ein Lastumschalter, mit je zwei Anschlüssen 30, 40 für die Module 10, dem Hauptzweig 8, dem Hilfszweig 9, dem Umschalter 2 und dem Schaltelement 11 angeordnet. Der Antrieb 13 ist als Motorantrieb ausgebildet und auf der oberen Seite des Laststufenschalters angeordnet. Der Antrieb 13 betätigt eine Antriebswelle, durch die die einzelnen Bauteile der Schaltmodule 23 betätigt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Laststufenschalter
- 2
- Umschalter
- 2.1
- erster Umschaltkontakt
- 2.2
- zweiter Umschaltkontakt
- 2.3
- dritter Umschaltkontakt
- 2.4
- erster beweglicher Mittelkontakt
- 2.5
- zweiter beweglicher Mittelkontakt
- 3
- Lastableitung
- 4
- Festkontakte
- 4.1
- erste Kontaktfläche
- 4.2
- zweite Kontaktfläche
- 5
- Festkontakte
- 5.1
- erste Kontaktfläche
- 5.2
- zweite Kontaktfläche
- 6
- erster Bewegtkontakt
- 7
- zweiter Bewegtkontakt
- 8
- Hauptzweig
- 9
- Hilfszweig
- 10
- Modul
- 11
- Schaltelement
- 12
- Regelwicklung
- 13
- Antrieb
- 20
- Überschaltwiderstand
- 21
- Reaktanz
- 22
- Brücke
- 23
- Schaltmodul
- 24
- Platte
- 30
- erster Anschluss
- 31
- erste Klemme
- 32
- zweite Klemme
- 40
- zweiter Anschluss
- 41
- dritte Klemme
- 42
- vierte Klemme
- 50,60
- Wicklungsanzapfung
- 70
- Regeltransformator
