DE1276811B - Stufenschalteinrichtung fuer Stufentransformatoren - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIf

Deutsche KL: 21 d2- 53/03

Nummer: 1276 811

Aktenzeichen: P 12 76 811.5-32 (A 44166)

Anmeldetag: 30. September 1963

Auslegetag: 5. September 1968

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stufenschalteinrichtung für Stufentransformatoren unter Verwendung von mechanischen Schaltern zur Umschaltung des Laststromes von einer zur anderen Transformatoranzapfung, wobei zur Unterbrechung des während der Umschaltung auftretenden Stufenkurzschlußstromes ein selbsttätig infolge der elektromagnetischen Wirkung dieses Stufenkurzschlußstromes schaltendes Schaltkontaktglied vorgesehen ist. Beim Umschalten des Laststromes von einer zur anderen Anzapfung wird der zwischen den Anzapfungen liegende Teil der Wicklung kurzzeitig überbrückt. Dies ist nötig, um eine kurzzeitige Unterbrechung des Laststromes zu vermeiden. Um während der Überbrückungszeit das Auftreten eines Stufenkurzschlußstromes zu vermeiden, sind die bekannten Lastumschalter mit Hilfskontakten und Überschaltwiderständen ausgerüstet. Hierdurch tritt zwar an Stelle des Stufenkurzschlußstromes ein gegenüber diesem verringerter Zirkulationsstrom auf, es müssen aber vom Lastumschalter trotzdem verhältnismäßig große Ströme geschaltet werden können. Die hierfür erforderliche Ausbildung der Schaltstücke des Lastumschalters sowie die Überschaltwiderstände stellen aber eine teure Konstruktion dar. Es ist auch bereits ein Lastumschalter ohne Überschaltwiderstände vorgeschlagen worden, bei welchem Mittel vorgesehen sind, durch welche die am Lastumschalter entstehende Lichtbogenspannung größer ist als die während der Umschaltung im induktiven Kreis zwischen den beiden Anzapfungen induzierte Spannung. Hierbei kommt es darauf an, daß die Zeit zwischen dem Schließen und dem Öffnen der Verbindungen zu den Anzapfungen sehr kurz ist, so daß der entstehende Stufenkurzschlußstrom nur einen Bruchteil seines Maximalwertes erreichen kann. Dies ergibt für die Antriebseinrichtungen der Schaltkontakte mechanisch verhältnismäßig komplizierte und teure Konstruktionen.

Ferner ist ein Lastumschalter für Stufentransformatoren bekannt, dessen Betätigung durch die elektromagnetische Wirkung des bei der Zwischenstellung des Stufenwählers und durch einen Überschaltwiderstand begrenzten kurzzeitig auftretenden Ausgleichstrom erfolgt. Diese Anordnung benötigt am Lastumschalter jedoch zwei elektromagnetische Einrichtungen und einen ziemlichen Aufwand an den Kontaktelementen. Sie ist dadurch kompliziert und arbeitet noch verhältnismäßig langsam. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und hinsichtlich des Lastumschalters rasch arbeitende Stufenschalteinrichtung zu schaffen.

Stufenschalteinrichtung für
Stufentransformatoren

Anmelder:

Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,

8000 München 23, Dunantstr. 6

Als Erfinder benannt:

Karl J. Bühler, Nußbäumen, Aargau (Schweiz) - -

Erfindungsgemäß wird bei einer Stufenschalteinrichtung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, daß das Schaltkontaktglied eine Verzögerungseinrichtung besitzt, die nach Beendigung des Lastumschaltvorganges die Kontakte des Schaltkontaktgliedes selbsttätig wieder schließt. Auf Grund der selbsttätig wieder schließenden Verzögerungseinrichtung in Zusammenarbeit mit einfachen Umschaltern wird als Schaltkontaktglied nur ein elektrodynamisch arbeitender Öffnerkontakt erforderlich, während man beim bekannten Umschalter zwei magnetische Betätigungseinrichtungen in Form von Magnetspulen benötigt. Ein weiterer Vorteil der neuen Anordnung besteht darin, daß eine Vielzahl von Schaltkontaktgliedern in Reihe geschaltet werden kann, wodurch sich die Schaltleistung erheblich vergrößern läßt.

An Hand der Zeichnung werden weitere Einzelheiten der Erfindung, die Gegenstände der Unteransprüche sind, näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel der Anordnung gemäß der Erfindung, während

F i g. 2 im vergrößerten Maßstab ein Ausführungsbeispiel eines selbsttätig öffnenden Schaltkontaktglie- des wiedergibt;

F i g. 3 zeigt die bauliche Kombination eines selbsttätig öffnenden Schaltkontaktgliedes mit einer mechanischen Antriebseinrichtung und Verriegelung.
In F i g. 1 ist mit 1 die Regelwicklung eines Transformators teilweise angedeutet, welche mehrere Anzapfungen 1 α bis 1 d besitzt, die mit den entsprechenden Kontaktstücken 2 a bis 2 d eines Stufenwählers 2 verbunden sind. Mit 2e und 2/ sind die beweglichen Schaltglieder des Stufenwählers 2 bezeichnet, welche die Kontaktstücke 2 α bis 2d mit den Schienen 2 g, 2 h verbinden und zwar so, daß 2 e jeweils die Kontaktstücke 2 a, 2 c mit der Schiene 2 g

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und 2/ jeweils die Kontaktstücke 2 b, Zd mit der Schiene 2 h zu verbinden gestattet. Von den beiden Schienen 2 g bzw. 2 h führen elektrische Verbindungen 3 bzw. 4 zu den Kontaktstücken 5 und 7 bzw. 6 und 8, die den mechanisch betätigten Schaltgliedern 9 und 10 zugeordnet sind. Die Antriebseinrichtung 11 für die Schaltglieder 9 bzw. 10 ist mit letzteren über die Betätigungsglieder 9 α bzw. 10 a verbunden. Mit 12α, 12b ... 12η sind selbsttätig unter Strom öffnende Schaltkontaktglieder bezeichnet, welche elektrisch in Reihe liegen und zwischen den Wurzeln 13 und 14 der Schaltglieder 9 bzw. 10 angeschlossen sind. An der mit 15 bezeichneten Stelle ist die geregelte Spannung aus der Stufenschalteinrichtung herausgeführt.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: In der gezeichneten Stellung ist der Ausgang 15 der Stufenschalteinrichtung mit der Anzapfung la der Regelwicklung 1 verbunden, wobei der wesentliche Teil des Laststromes über das Schaltglied 9 fließt. Soll nun auf die Anzapfung 1 b umgeschaltet werden, so wird das Schaltglied 9 zunächst vom Kontaktstück 5 auf das Kontaktstück 6 umgeschaltet, wobei der Laststrom kurzzeitig auf den aus den Teilen 7, 10, 14, 12 α bis 12 η gebildeten Parallelpfad kommutiert wird. Sobald das Schaltglied 9 bei 6 schließt, baut sich im Kreis la, 2 a, 2e, 2 g, 3, 7, 10, 14, 12a bis 12 n, 13, 9, 6, 4, 2 h, 2 f, 2 b, 1 b und dem Wicklungsteil zwischen 1 α und 1 b ein steil ansteigender Stufenkurzschlußstrom auf. Wenn letzterer einen vorgegebenen Wert oberhalb des Nennwertes des Laststromes erreicht, öffnen sich die Schaltkontaktglieder 12 α bis 12 η zufolge der elektrodynamischen Wirkung des sie durchfließenden Stufenkurzschlußstromes selbsttätig. Dabei bilden sich Lichtbogen aus, deren Summe der Lichtbogenspannungen über den Betrag der treibenden Spannung zwischen den Anzapfungen la, Ib wächst, so daß der Stufenkurzschlußstrom zum Abklingen gegen Null gebracht wird. Gleichzeitig mit dem Einschalten des Schaltgliedes 9 auf das Kontaktstück 6 wird das Schaltglied 10 vom Kontaktstück 7 abgehoben. Die Lichtbogenspannung des zwischen 7 und 10 entstehenden Lichtbogens addiert sich zu derjenigen der Schaltkontaktglieder 12a bis 12 η und wirkt so mit dieser zusammen. Nach dem Erlöschen sämtlicher Lichtbogen dient die Öffnungsstrecke zwischen 7 und 10 als isolierende Trennstrecke gegen die treibende Spannung zwischen den Anzapfungen la, Ib, so daß die Schaltkontaktglieder 12 α bis 12 η unter der Wirkung von Federn (19, Fig. 2) wieder schließen können,ohne daß dabei ein neuer Stufenkurzschlußstrom eingeleitet wird. Die Umschaltung ist beendet, sobald das Schaltglied 10 mit dem Kontaktstück 8 in Eingriff gelangt ist und der Laststrom zur Hauptsache wieder über das Schaltglied 9 fließt. Die Umschaltung in umgekehrter Richtung, z, B, von der Anzapfung 1 b auf die Anzapfung 1 a, erfolgt in analoger Weise, indem zuerst 9 von 6 abhebt und bei 5 schließt usw. Bei dieser Anordnung können das Schaltglied 10 sowie die Schaltkontaktglieder 12 α bis 12 η in vorteilhafter Weise für eine geringere Stromtragfähigkeit ausgelegt werden als das Schaltglied 9 und diejenigen des Stufenwählers 2, da sie im Gegensatz zu letzteren nur kurzzeitig während der Umschaltung Strom führen müssen. Dies ergibt insbesondere für die Schaltkontaktglieder 12 α bis 12. η die vorteilhafte Möglichkeit einer leichten Bauweise mit geringen Maßen, wodurch sich andererseits entsprechend große Öffnungsgeschwindigkeiten ergeben.

In F i g. 2 ist ein unter Wirkung des Stufenkurzschlußstromes selbsttätig öffnendes Schaltkontaktglied 12 beispielhaft wiedergegeben. Dabei sind mit 16 und 17 zwei Kontakte bezeichnet, welche jeweils an den Stellen 18 drehbar gelagert sind und in geschlossener Stellung durch die Federn 19 unter Kontaktdruck gehalten werden. Mit 20 sind flexible Verbindungen angedeutet, die der Stromzuführung zu den Kontaktgliedem 16, 17 dienen. Am unteren Ende der Kontakte 16, 17 ist an den Stellen 21 jeweils ein Kolben 22 angelenkt, welcher in dem bei 24 drehbar gelagerten Zylinder 23 gleitend geführt ist, Im Zylinderboden befinden sich Öffnungen 25, die durch das Rückschlagventil 26 verschließbar sind. Die Federn 19 sind so bemessen, daß sie die Kontakte 16, 17 in Schließstellung halten, solange der normale Laststrom über sie fließt. Erst wenn der beim Umschalten eingeleitete Stufenkurzschlußstrom einen vorgegebenen Wert oberhalb des Nennwertes des Laststromes erreicht, öffnen die Kontakte 16,17 unter der abstoßenden elektrodynamischen Wirkung des sie durchfließenden Stromes. Der Stromverlauf ist durch die gestrichelte Linie 27 angedeutet. Sobald der zwischen den sich trennenden Kontakten 16, 17 entstehende Lichtbogen erloschen ist, bringen die Federn 19 erstere wieder in Schließstellung. Damit dies nicht zu rasch geschieht, d. h. bevor das Schaltglied 10 (Fig. 1) gegenüber dem Kontaktstück7 eine ausreichende Öffnungsstrecke erreicht hat, erfolgt die Schließbewegung der Kontakte 16, 17 verzögert. Diese Verzögerung kommt dadurch zustande, daß beim Rücklauf des Kolbens 22 im Zylinder 23 eine Kompression der Luft auftritt, welche infolge des Schließens des Rückschlagventils 26 nur langsam als Spaltluft entweichen kann. Beim Öffnen der Kontakte 16, 17 wirkt diese Verzögerungseinrichtung nicht, da die Luft in den Raum unter dem Kolben 22 über die Öffnungen 25 ungehindert einströmen kann.

Für den Fall, daß eine Stufenumschaltung gerade in dem Moment eingeleitet wird, in dem ein äußerer Kurzschluß vorliegt, d. h. ein Kurzschlußstrom über die Stufenschalteinrichtung fließt, ist es erwünscht, daß das zuerst öffnende Schaltglied 9 keinen Kurzschlußlichtbogen zieht. Zu diesem Zweck ist es erwünscht, daß die Schaltkontaktglieder 12 α bis 12 η eine Verriegelungseinrichtung besitzen, die das selbsttätige Öffnen dieser Schaltkontaktglieder erst kurz vor dem Schließen des Stufenkurzschlußkreises freigibt, d. h., wenn das Schaltglied 9 mit dem Kontaktstück 6 in Eingriff gelangt. Die F i g. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Schaltkontaktglied 12, bei dem gleiche Bezugshinweise für gleiche Teile entsprechend der F i g. 2 benutzt sind. Der Kontakt 16 ist in gleicher Weise wie in F i g. 2 ausgeführt und besitzt zusätzlich ein Anschlagstück 16 α, dem der äußere Anschlag 28 zugeordnet ist. Ferner ist an seinem unteren Ende ein Anschlag 29 vorgesehen. Der Kontakt 17 ist hingegen an der Stelle 18 α im Hebel 30 drehbar gelagert, wobei letzterer selbst bei 31 drehbar gelagert ist. Die Feder 19 stützt sich zwischen den Teilen 17 und 30 ab, während am oberen Ende des Hebels 30 eine weitere Feder 32 angebracht ist, welche dem Anschlagstück 17 α zugeordnet ist. Am unteren Ende des Kontaktes 17 ist an der Stelle 21 a über die Stange 22 b und den Zapfen 22 c der Kolben 22 α angelenkt. Letzterer ist im Zylinder 23 α gleitend

geführt, wobei dieser mit dem Hebel 30 fest verbunden ist. Ferner trägt der Hebel 30 einen Anschlagstift

33 für den Kontakt 17. Der Hebel 30 besitzt schließlich noch eine Betätigungsstange 35, die an der Stelle

34 angelenkt ist. Die Wirkungsweise ist folgende: In der Ruhestellung drückt die mit der Antriebseinrichtung (nicht näher dargestellt) verbundene Betätigungsstange 35 den Hebel 30 in seine linke Grenzlage, in welcher die Feder 32 unter Vorspannung auf dem Anschlagstück 17 α aufliegt und das Anschlagstück 16 α auf dem äußeren Anschlag 28 ruht. Hierbei sind die Kontakte 16,17 in Schließstellung und stehen unter der Schließkraft der Federn 19' und 32. Die Feder 32 ist so bemessen, daß die Kontakte 16, 17 unter Wirkung eines äußeren Kurzschlußstromes nicht zu öffnen vermögen. In der gezeichneten Lage ist eine Stellung angegeben, bei welcher der Hebel 30 im Uhrzeigersinne bereits so weit verschwenkt worden ist, daß die Feder 32 vom Anschlagwerk 17« abgehoben hat. Diese Lage wird etwa in dem Zeitpunkt erreicht, in dem das Schaltglied9 (Fig. 1) mit dem Kontaktstück6 in Eingriff gekommen ist und der Stufenkurzschlußstrom eingeleitet wird. Unter seiner elektrodynamischen Wirkung können nun die beiden Kontakte 16, 17 selbsttätig öffnen, wie zu F i g. 2 bereits näher beschrieben, da nunmehr nur die Federn 19, 19' allein zu überwinden sind.

In manchen Fällen kann es zweckmäßig sein, das mechanisch betätigte Schaltglied 10 (F i g. 1), welches zusammen mit den Kontaktstücken 7, 8 als Umschalter wirkt, jeweils mit einem selbsttätig öffnenden Schaltkontaktglied, z. B. 12 a, baulich zu vereinigen und mehrere dieser Kombinationen in Reihe zu schalten. Hierfür eignet sich ohne weiteres die in F i g. 3 gezeigte Anordnung, da man leicht erkennt, daß durch weiteres Verschwenken des Hebels 30 im Uhrzeigersinne die Kontakte 16,17 zusätzlich mechanisch geöffnet werden können, sobald über den Anschlagstift 33 der Kontakt 17 mitgenommen wird. Die An-Ordnung erfüllt somit auch die Funktion der Teile 10, 7 des Umschalters 10, 7, 8 in Fig. 1. Durch Kombination mit einer weiteren Anordnung nach Fig. 3, bei welcher lediglich die Betätigung entsprechend im schließenden Sinne erfolgt, erhält man in bekannter Weise einen Umschalter. In gewissen Fällen kann es zweckmäßig sein, in den Stufenkurzschlußkreis eine Induktivität zur Begrenzung des Stromanstiegs einzuschalten, z. B. zwischen der Stelle 14 und dem Schaltkontaktglied 12η in Fig. 1. Auf diese Weise kann man das Anwachsen des Stufenkurzschlußstromes begrenzen bzw. der Öffnungsgeschwindigkeit der Schaltkontaktglieder 12 α bis 12 η anpassen.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Stufenschalteinrichtung für Stufentransformatoren unter Verwendung von mechanischen Schaltern zur Umschaltung des Laststromes von einer zur anderen Transformatoranzapfung, wobei zur Unterbrechung des während der Umschaltung auftretenden Stufenkurzschlußstromes ein selbsttätig infolge der elektromagnetischen Wirkung dieses Stufenkurzschlußstromes schaltendes Schaltkontaktglied vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltkontaktglied (12) eine Verzögerungseinrichtung (19, 22, 23) besitzt, die nach Beendigung des Lastumschaltvorganges die Kontakte (16, 17) des Schaltkontaktgliedes (12) selbsttätig wieder schließt.

2. Stufenschalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das selbsttätige Schaltkontaktglied (12) und die in Reihe hierzu liegenden mechanischen Schalter (7, 8, 10) eine geringe Stromtragfähigkeit als die übrigen der Führung des Betriebsstromes dienenden mechanischen Schalter (5, 6, 9) besitzen.

3. Stufenschalteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das selbsttätige Schaltkontaktglied (12) eine Verriegelungseinrichtung (30,32) aufweist, derart, daß die Freigabe des Schaltkontaktgliedes erst kurz vor dem Schließen des Stufenkurzschlußkreises erfolgt.

4. Stufenschalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das selbsttätige Schaltkontaktglied (12) gleichzeitig als mechanisch betätigbarer Schalter (F i g. 3) ausgebildet ist.

5. Stufenschalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stufenkurzschlußkreis eine Induktivität zur Begrenzung des Stromanstieges enthält.

6. Stufenschalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr selbsttätige Schaltkontaktglieder (12a ... 12n) in Reihe geschaltet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 671 052, 756 435;
schweizerische Patentschrift Nr. 367 563;
USA.-Patentschrift Nr. 2 295 303.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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