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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stufenschalter zur unterbrechungsfreien Lastumschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1. Im Speziellen betrifft die Erfindung einen Stufenschalter für einen Stufentransformator zwischen dem Mittelspannungsnetz und dem Niederspannungs-Ortsnetz.
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Bei dem gattungsgemäßen Stufenschalter ist pro Wicklungsanzapfung ein Lastzweig vorgesehen, über welchen der Strom im Lastfall fließt, wobei der Stufenschalter pro Wicklungsanzapfung eine im Lastzweig angeordnete Schaltvorrichtung aufweist. Die Wicklungsanzapfungen werden mittels des Stufenschalters alternativ an den niederspannungsseitigen Sternpunkt angeschlossen.
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Stufenschalter werden in Verbindung mit einem Stufentransformator zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen der Wicklung des Stufentransformators benutzt und dienen damit zur unterbrechungslosen Spannungsregelung. Die Spannungsregelung ist im Wesentlichen deshalb erforderlich, da sich Schwankungen sowohl auf der Verbraucherseite als auch bei der Einspeisung nicht vermeiden lassen. Da dem Verbraucher jedoch eine relativ konstante Spannung mit geringem Toleranzbereich bereitgestellt werden soll, müssen Spannungsschwankungen durch Anpassung des Übersetzungsverhältnisses zwischen dem Mittelspannungsnetz und dem Ortsnetz ausgeglichen werden. Hierzu eignet sich ein Stufenschalter, mit dem durch Anwahl unterschiedlicher Wicklungsanzapfungen des Stufentransformators unterschiedliche Spannungsübersetzungsverhältnisse abgegriffen werden können. Damit der Umschaltvorgang für den Verbraucher keine Unterbrechung der Stromversorgung bedeutet, muss der Umschaltvorgang unterbrechungsfrei erfolgen. Zur unterbrechungsfreien Umschaltung sind aus dem Stand der Technik mehrere Schaltungskonzepte bekannt.
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Mit dem Einzug und der Förderung der sogenannten erneuerbaren Energien, insbesondere der Solarstromeinspeisung auf Verbraucherseite, hat sich eine erhebliche Zunahme der Spannungsschwankungen im Niederspannungsortsnetz eingestellt. Dies führt dazu, dass in immer mehr Netzen Stufentransformatoren mit unterbrechungsfrei schaltenden Stufenschaltern notwendig sind, um die Spannungsschwankungen ausgleichen zu können. Auch muss die Spannung weitaus öfter angepasst werden als früher. Dies bedeutet für die verwendeten Stufenschalter eine Erhöhung der Anzahl an Schaltzyklen, und damit einhergehend eine Abnahme der Lebensdauer.
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Auf der anderen Seite werden an Stufenschalter immer höhere Anforderungen in Punkto Ausfallsicherheit gestellt. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Stufenschalter der gattungsgemäßen Art zur unterbrechungsfreien Lastumschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators dahingehend weiterzuentwickeln, dass der Stufenschalter eine erhöhte Ausfallsicherheit aufweist. Der Stufenschalter soll dabei möglichst einfach aufgebaut und einfach sowie kostengünstig herzustellen sein.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1. Demnach liegt bei einem Stufenschalter der gattungsgemäßen Art dann eine erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe vor, wenn die im Lastzweig angeordnete Schaltvorrichtung durch zumindest zwei parallel geschaltete Schütze realisiert ist.
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Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass die im Lastzweig auftretende Schaltbelastung auf zumindest zwei relativ einfach aufgebaute Schütze aufgeteilt werden kann. Eine entsprechende Steuerung sorgt im Regelfall dafür, dass die beiden parallel geschalteten Schütze synchron schalten. Die Schütze sind dabei vorzugsweise so ausgelegt, dass zumindest für eine begrenzte Anzahl von Schaltvorgängen einer der zumindest zwei Schützte die Schaltaufgabe im Lastzweig alleine übernehmen kann. Dies bedeutet, dass ein Schütz im Lastzweig ausfallen kann, ohne dass es dadurch zu einem Ausfall des Stufenschalters kommt. Der Stufenschalter kann mit dem fehlerhaften Schütz weiter in Betrieb bleiben. Die Ausfallsicherheit des Stufenschalters wird dadurch signifikant verbessert. Ein Lastzweig wird im Sinne der vorliegenden Erfindung so verstanden, dass sich in ihm kein in Reihe geschalteter Widerstand befindet. Widerstände befinden sich, auch in Stufenschaltern nach dem Stand der Technik, in der Regel in einem Hilfszweig, mit dem der Lastzweig lediglich während des Umschaltvorgangs kurzzeitig überbrückt werden kann.
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Die Erfindung eignet sich für einen Stufentransformator mit zumindest einer Phase. Vorzugsweise ist der Stufenschalter für einen Stufentransformator mit zumindest zwei Phasen ausgelegt. Besonders bevorzugt ist der Stufenschalter für einen dreiphasigen Stufentransformator konzipiert, wie er in der Regel zwischen dem Mittelspannungsnetz und dem Niederspannungsortsnetz eingesetzt wird.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Stufenschalter für einen Stufentransformator mit zumindest zwei Phasen ausgelegt, wobei diejenigen Schütze, die einer ersten Phase des Stufentransformators zugeordnet sind, unabhängig von denjenigen Schützen betätigbar sind, welche einer zweiten Phase des Stufentransformators zugeordnet sind. Dadurch lässt sich eine phasenunabhängige Spannungsanpassung vornehmen. Dies kann beispielsweise dann erforderlich sein, wenn die Stromeinspeisung im Ortsnetz nicht gleichmäßig auf die drei Phasen verteilt erfolgt. So wird in der Regel bei kleinen Anlagen zur Einspeisung von Solarstrom lediglich eine Phase des Ortsnetzes genutzt. Dies hat zur Folge, dass die Spannung bei erhöhter Einspeisung im Vergleich zu den beiden anderen Phasen ansteigt, so dass eine von den beiden anderen Phasen getrennte Spannungsanpassung sinnvoll bzw. erforderlich ist. Von besonderem Vorteil ist es daher, wenn die in den Lastzweigen eingesetzten Schütze als einpolige Schütze ausgeführt sind. Dadurch können relativ einfach aufgebaute Schütze zum Einsatz kommen. Gleichzeitig erlaubt dies eine phasenunabhängige Lastumschaltung.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist pro zumindest jeder zweiten Wicklungsanzapfung je Phase ein Hilfszweig vorgesehen, über welchen der Lastzweig überbrückbar ist, wobei der Stufenschalter pro Hilfszweig ein Hilfsschütz und einen mit dem Hilfsschütz in Reihe geschalteten Widerstand aufweist. Dadurch kann eine unterbrechungsfreie Umschaltung gewährleistet werden. Über den Hilfszweig kann die Differenzspannung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wicklungsanzapfungen kurzgeschlossen werden, und zwar lediglich für einen kurzen Zeitraum während des Umschaltvorgangs von einer Wicklungsanzapfung auf die nachfolgende. Bei dem verwendeten Widerstand handelt es sich vorzugsweise um einen niederohmigen Strombegrenzungswiderstand. Das Hilfsschütz ist vorzugsweise für geringere Schaltleistungen ausgelegt als die Schütze im Lastzweig. Weiter vorzugsweise ist die Anordnung von Lastzweigen ohne Hilfszweig und Lastzweigen mit Hilfszweig in allen Phasen gleich.
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Weiter vorzugsweise ist jeweils für die geradzahligen Wicklungsanzapfungen ein Hilfszweig vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform werden je Phase besonders wenige Hilfszweige benötigt, um jeweils von einer Wicklugsanzapfung auf die benachbarte umschalten zu können. Weiter ist es dabei von besonderem Vorteil, wenn eine ungerade Anzahl an Wicklungsanzapfungen vorgesehen ist.
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Um von einer Wicklungsanzapfung nicht nur auf die unmittelbar benachbarte Wicklungsanzapfung, sondern beispielsweise auf die jeweils übernächste Wicklungsanzapfung umschalten oder die Umschaltung gar ohne die Einhaltung einer bestimmten Reihenfolge vornehmen zu können, ist es in einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von Vorteil, wenn für jede Wicklungsanzapfung ein Hilfszweig vorgesehen ist, über welchen der jeweilige Lastzweig überbrückbar ist.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die zumindest zwei parallel geschalteten Schütze des Lastzweigs und das Hilfsschütz des Hilfszweigs unmittelbar nebeneinander angeordnet. Dadurch wird eine besonders kompakte Bauweise erreicht.
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Ferner ist es dabei von Vorteil, wenn der Widerstand an einer Seite unmittelbar an einem Anschlusskontakt eines der zumindest zwei parallel geschalteten Schütze und an der anderen Seite unmittelbar an einem Anschlusskontakt des Hilfsschützes angeschlossen ist. Dadurch ergibt sich ein besonderes einfacher Aufbau des Stufenschalters bei geringer Anzahl benötigter Bauteile. Vorzugsweise ist der Widerstand jeweils an die Eingangsanschlussklemme des Schützes bzw. Hilfsschützes angeschlossen.
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Ein besonders einfacher und insbesondere einfach zu montierender Aufbau des Stufenschalters ergibt sich, wenn die zumindest zwei parallel geschalteten Schütze des Lastzweigs, das Hilfsschütz und der Widerstand zu einer Baugruppe zusammengefasst sind. Vorzugsweise sind auch die Schütze der Wicklungsanzapfungen ohne Hilfszweig zu einer Baugruppe zusammengefasst.
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Ein übersichtlicher und einfach zu wartender Aufbau des Stufenschalters ergibt sich ferner dann, wenn die Schütze und Hilfsschütze einer Phase jeweils nebeneinander in einer Reihe angeordnet sind. Dabei erfolgt die Anordnung vorzugsweise in horizontaler Richtung. Eine besonders gute Raumausnutzung ergibt sich dabei, wenn zwischen den aus Schützen und Hilfsschützen bestehenden Reihen der verschiedenen Phasen ein Versatz in vertikaler und horizontaler Richtung besteht. Dadurch können die Wicklungsanzapfungen besonders platzsparend mit den Schützen bzw. Hilfsschützen des Stufenschalters verbunden werden.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Schütze der Lastzweige als bistabile Schütze ausgebildet. Dies bedeutet, es kommen vorzugsweise Schütze mit bistabilem Magnetkreis zum Einsatz. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass der Schaltzustand der Schütze durch einen kurzen Impuls auf die Steuerspule des jeweiligen Schützes gewechselt werden kann und nach Ende des Impulses erhalten bleibt. Ein, mit dem erfindungsgemäßen Stufenschalter ausgestatteter Stufentransformator kann dadurch ab Werk vor Auslieferung auf ein bestimmtes Spannungsübersetzungsverhältnis eingestellt werden. Dadurch werden undefinierte Schaltzustände des niederspannungsseitigen Trafosternpunktes bei Erstaktivierung der entsprechenden Steuerung vermieden. Der Einsatz bistabiler Schütze hat ferner den Vorteil, dass zwischen den Umschaltvorgängen keine Verlustleistung anfällt. Alternativ können selbstverständlich auch kostengünstigere monostabile Schütze eingesetzt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Hilfsschütze der Hilfszweige als monostabile Schütze ausgeführt. Da die Hilfsschütze lediglich kurzzeitig während des Umschaltvorgangs geschlossen werden, können hier kostengünstigere monostabile Schütze eingesetzt werden. Eine Einstellung des Stufenschalters ab Werk mit geschlossenen Hilfsschützen ist nicht erforderlich.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Stufenschalter eine Steuerung zur Lastumschaltung durch Öffnen und Schließen der Schütze und Hilfsschütze auf. Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn sowohl der Schaltzustand als auch die Funktionstüchtigkeit der Schütze in den Lastzweigen durch die Steuerrung überwacht werden. Dadurch ist es möglich, auch die Funktionstüchtigkeit des Stufenschalters zu überwachen und gegebenenfalls eine Auswertung vorzunehmen, die einen Anhaltspunkt für den Zeitpunkt der nächsten fälligen Wartung liefert. Ganz besonders bevorzugt ist die Steuerung derart eingerichtet, dass die Überwachung des Schaltzustandes und der Funktionstüchtigkeit jedes der zumindest zwei parallelen Schütze pro Lastzweig einzeln erfolgt. Dies bietet den Vorteil, dass die Steuerung gegebenenfalls nur noch einen der beiden Schütze ansteuert, falls festgestellt wird, dass die Funktionstüchtigkeit des anderen Schützes nicht mehr gewährleistet ist.
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Ob die Schütze funktionsfähig sind, kann auf unterschiedliche Weise ermittelt werden. Beispielsweise können Spannungs- bzw. Stromverlauf aufgezeichnet und ausgewertet werden. Auch die zeitliche Verzögerung zwischen Steuersignal und Änderung des tatsächlichen Schaltzustands kann zur Auswertung herangezogen werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden durch die Steuerung auch der Schaltzustand und die Funktionstüchtigkeit der Hilfsschütze überwacht.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Stufenschalter einen Stellungskontrollschalter pro Schütz und/oder Hilfsschütz auf, wobei die Funktionstüchtigkeit der Schütze und/oder Hilfsschütze mittels des jeweiligen Stellungskontrollschalters abfragbar ist.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sorgt die Steuerung für eine synchrone Betätigung der Schütze eines Lastzweigs, sofern eine einwandfreie Funktionstüchtigkeit der Schütze des jeweiligen Lastzweigs festgestellt wurde. Dadurch werden die Schütze beim Schaltvorgang möglichst wenig belastet. Dabei ist es ferner von besonderem Vorteil, wenn die Schaltleistung der Schütze im Lastzweig so ausgelegt ist, dass zumindest für eine begrenzte Anzahl von Schaltvorgängen eines der zumindest zwei parallelen Schütze die Schaltaufgabe im Lastzweig alleine übernehmen kann, wobei die Steuerung derart eingerichtet ist, dass ein Schütz, für das keine einwandfreie Funktionstüchtigkeit festgestellt wurde, nicht mehr angesteuert wird. Wird der Fehler bei geöffnetem Schütz detektiert, so wird das betreffende Schütz nicht mehr geschlossen. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass der Stufenschalter und damit auch der Stufentransformator weiter in Betrieb bleiben können, obwohl eines der Schütze fehlerhaft ist. Selbst wenn der Fehler bei geschlossenem Schütz festgestellt wird, kann der Stufentransformator weiterhin in Betrieb bleiben. Die Steuerung sorgt jedoch auch in diesem Fall dafür, dass das fehlerhafte Schütz nicht mehr angesteuert wird. Eine Umschaltung, die eine Öffnung des fehlerhaften Schützes erfordern würde, ist in diesem Fall daher nicht mehr möglich.
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Ferner ist es dabei von Vorteil, wenn die Steuerung ein Signal ausgibt, welches anzeigt, dass ein Service des Stufenschalters ansteht. So kann das fehlerhafte Schütz rechtzeitig ausgetauscht werden, bevor der Stufenschalter komplett ausfällt.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Steuerung derart eingerichtet, dass die Lastumschaltung zwischen den Wicklungsanzapfungen einer Phase unabhängig von den übrigen Phasen des Stufentransformators erfolgen kann. Dadurch ist es möglich, auf einspeisungsbedingte Spannungsschwankungen, die beispielsweise lediglich eine Phase des Ortsnetzes betreffen, derart zu reagieren, dass lediglich in der betroffenen Phase eine Lastumschaltung und damit eine Spannungsanpassung erfolgt.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Steuerung des Stufenschalters eine Schnittstelle zur Kommunikation mit einem übergeordneten Steuerungsnetz auf, das mit mehreren Stufenschaltern eines Niederspannungsortsnetzes kommuniziert. Dadurch können Schwingungsvorgänge, die im Niederspannungsortsnetz aufgrund der dezentralen Individualsteuerung der Stufenschalter entstehen können, vermieden werden.
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Wie bereits weiter oben erwähnt, ist der erfindungsgemäße Stufenschalter vorzugsweise für einen Stufentransformator mit drei Phasen ausgelegt. Damit kann der Stufenschalter in Verbindung mit einem entsprechenden Stufentransformator zwischen dem Mittelspannungsnetz und dem Niederspannungsortsnetz eingesetzt werden.
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Um besonders große Spannungsschwankungen ausgleichen zu können, bzw. um eine fein abgestufte Spannungsanpassung zu gewährleisten, ist es gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von Vorteil, wenn der Stufenschalter für zumindest fünf Wicklugsanzapfungen pro Phase ausgelegt ist. Die Erfindung eignet sich jedoch generell für zwei oder mehr Wicklungsanzapfungen pro Phase.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Schütze in den Lastzweigen derart gegenseitig elektrisch verriegelt, dass, sobald in einem der Lastzweige ein Schütz geschlossen, und die jeweilige Wicklungsanzapfung dadurch mit dem niederspannungsseitigen Sternpunkt verbunden ist, die Schütze in den übrigen Lastzweigen der jeweiligen Phase nicht mehr geschlossen werden können. Dadurch wird selbst bei fehlerhaft arbeitender Steuerung ausgeschlossen, dass ein Kurzschluss zwischen den Wicklungsanzapfungen auftreten kann.
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Vorzugsweise weisen die in den Lastzweigen angeordneten Schütze hierzu Stellungskontrollschalter auf, welche den Steuerstromkreis der Schütze in den übrigen Lastzweigen unterbrechen, sofern das betreffende Schütz geschlossen ist. Die Stellungskontrollschalter werden hierzu mechanisch durch das betreffende Schütz geöffnet, sobald das Schütz selbst geschlossen wird. Weiter vorzugsweise weisen die Schütze für jeden der übrigen Lastzweige einen entsprechenden Stellungskontrollschalter auf.
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Besonders bevorzugt sind die Stellungskontrollschalter als Schnappschalter ausgeführt.
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein schematisches Schaltbild für eine Phase eines erfindungsgemäßen Stufenschalters,
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2 eine Detaildarstellung des schematischen Schaltbilds aus 1 für die im Lastzweig angeordneten Schütze,
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3 ein schematisches Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Stufenschalters,
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4 die räumliche Anordnung der Schütze eines Lastzweigs sowie des Hilfsschützes des zugehörigen Hilfszweigs, und
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5 die räumliche Anordnung sämtlicher Schütze und Hilfsschütze des erfindungsgemäßen Stufenschalters.
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Für die folgenden Ausführungen gilt, dass gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet werden. Sofern in einer Zeichnung Bezugszeichen enthalten sind, auf die in der zugehörigen Figurenbeschreibung nicht näher eingegangen wird, so wird auf vorangehende oder nachfolgende Figurenbeschreibungen Bezug genommen.
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1 zeigt ein schematisches Schaltbild für eine erste Phase P1 eines erfindungsgemäßen Stufenschalters. Dargestellt sind die Wicklungsanzapfungen A1–A5 der entsprechenden Phase des nicht dargestellten Stufentransformators. An den Wicklungsanzapfungen A1–A5 können unterschiedliche Spannungsübersetzungsverhältnisse abgegriffen werden, wobei an einer nachfolgenden Wicklungsanzapfung entweder stets eine geringere oder stets eine höhere Spannung anliegt. Es versteht sich von selbst, dass je nach Bedarf auch weniger oder mehr Wicklungsanzapfungen vorgesehen sein können.
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Jede der Wicklungsanzapfungen A1–A5 kann über einen entsprechenden Lastzweig mit dem Sternpunkt 7 auf der Niederspannungsseite verbunden werden. Zu diesem Zweck befinden sich in den jeweiligen Lastzweigen die Schaltvorrichtungen S1–S5. Wie in 2 exemplarisch für die Schaltvorrichtung S1 gezeigt ist, bestehen die Schaltvorrichtungen S1–S5 jeweils aus zwei parallel geschalteten Einzelschützen. Die Schaltvorrichtung S1 besteht somit aus dem Einzelschütz S1.1 und dem parallel dazu geschalteten Einzelschütz S1.2.
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Für jede zweite Wicklungsanzapfung ist zusätzlich zu dem jeweiligen Lastzweig ein Hilfszweig vorgesehen, mit dem der Lastzweig überbrückt werden kann. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel verfügen somit die Wicklungsanzapfungen A2 und A4 jeweils über einen Lastzweig und über einen zugeordneten Hilfszweig. Der Hilfszweig besteht aus einem Hilfsschütz HS2 bzw. HS4 und einem mit dem Hilfsschütz in Reihe geschalteten Widerstand R2 bzw. R4. Die Hilfsschütze HS2 und HS4 sind lediglich für die Lastumschaltung auf die jeweils benachbarte Wicklungsanzapfung vorgesehen und werden daher jeweils nur kurzzeitig geschlossen.
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Im Folgenden wird der Lastumschaltvorgang auf die jeweils benachbarte Wicklungsanzapfung erläutert. Ein Stellungswechsel von der Wicklungsanzapfung A1 auf die Wicklungsanzapfung A2 erfordert die folgenden Zwischenschritte:
- – Im Ausgangszustand ist die Wicklungsanzapfung A1 mit dem Sternpunkt 7 auf der Niederspannungsseite verbunden. Das durch die beiden parallel geschalteten Schütze S1.1 und S1.2 gebildete Schütz S1 ist daher geschlossen, wobei sämtliche weiteren Schütze S2–S5 und Hilfsschütze HS2, HS4 geöffnet sind.
- – Im ersten Schritt der Lastumschaltung wird das Hilfsschütz HS2 geschlossen. Dadurch wird die Differenzspannung zwischen den Anzapfungen A1 und A2 über den Widerstand R2 kurzgeschlossen.
- – Im nächsten Schritt wird das Schütz S1 geöffnet. Die Anzapfung A2 ist nun über das Hilfsschütz HS2 und den in Reihe geschalteten Widerstand R2 niederohmig mit dem Sternpunkt verbunden.
- – Im Nächsten Schritt wird das Schütz S2 geschlossen. Dadurch wird eine satte Sternpunkterdung auf die zu wechselnde Anzapfung A2 bewirkt.
- – Im letzten Schritt wird das als Bypass-Schütz wirkende Hilfsschütz HS2 wieder geöffnet. Die Wicklungsanzapfung A2 ist nunmehr lediglich über das geschlossene Schütz S2 mit dem Sternpunkt 7 verbunden. Die Lastumschaltung ist abgeschlossen.
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Die Lastumschaltung mit den oben genannten Zwischenschritten erfolgt somit unterbrechungsfrei und dauert insgesamt weniger als eine Sekunde. Für die Umschaltung von der Wicklungsanzapfung A2 auf die Wicklungsanzapfung A1 sind die oben erläuterten Schritte in umgekehrter Reihenfolge auszuführen.
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Der Stellungswechsel von der Wicklungsanzapfung A3 auf die Wicklungsanzapfung A4, sowie von der Wicklungsanzapfung A5 auf die Wicklungsanzapfung A4, sowie von der Wicklungsanzapfung A3 auf die Wicklungsanzapfung A2 erfolgt auf analoge Weise.
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Nachfolgend wird der Stellungswechsel von der Anzapfung A2 auf die Anzapfung A3 erläutert:
- – In der Ausgangsstellung ist die Wicklungsanzapfung A2 über das Schutz S2 im zugehörigen Lastzweig mit dem Sternpunkt 7 auf der Niederspannungsseite verbunden.
- – Im ersten Schritt der Umschaltung wird nun das Hilfsschütz HS2 im Hilfszweig der zweiten Wicklungsanzapfung A2 geschlossen.
- – Im nächsten Schritt wird das Schütz S2 im Lastzweig der zweiten Wicklungsanzapfung A2 geöffnet. Die Wicklungsanzapfung A2 ist nun über das Hilfsschütz HS2 und den in Reihe geschalteten Widerstand R2 niederohmig mit dem Sternpunkt 7 verbunden.
- – Im darauffolgenden Schritt wird das Schütz S3 im Lastzweig der dritten Wicklungsanzapfung A3 geschlossen. Dadurch wird die Differenzspannung zwischen den Wicklungsanzapfungen A2 und A3 über den Widerstand R2 kurzgeschlossen.
- – Im letzten Schritt erfolgt die Öffnung des Hilfsschützes HS2. Hierdurch wird eine starre Sternpunkterdung auf die zu wechselnde Wicklungsanzapfung A3 bewirkt. Der Umschaltvorgang ist abgeschlossen.
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Der Lastumschaltvorgang von der Wicklungsanzapfung A4 auf die Wicklungsanzapfung A5, sowie von der Wicklungsanzapfung A4 auf die Wicklungsanzapfung A3, sowie von der Wicklungsanzapfung A2 auf die Wicklungsanzapfung A1 erfolgt auf ähnliche Weise.
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Wie in 3 dargestellt ist, umfasst der erfindungsgemäße Stufenschalter 1 bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel für sämtliche der drei Phasen P1, P2 und P3 des Niederspannungsortsnetzes eine entsprechende Schaltung gemäß 1. Zusätzlich verfügt der Stufenschalter über eine lediglich schematisch dargestellte Steuerung, durch die sowohl der Schaltzustand als auch die Funktionstüchtigkeit der Schütze in den Lastzweigen sowie der Hilfsschütze in den Hilfszweigen überwacht wird. Selbstverständlich kommt der Steuerung auch die Überwachung der niederspannungsseitigen Netzspannung und deren Regelung durch Vornahme der Anzapfungsumschaltung zu. Dadurch, dass in den Lastzweigen jeweils zwei parallel geschaltete Schütze vorgesehen sind, die durch die Steuerung 4 überwacht werden, kann die Ausfallsicherheit bei dem erfindungsgemäßen Stufenschalter 1 signifikant erhöht werden. Bei entsprechender Dimensionierung der Einzelschütze kann ein mit dem erfindungsgemäßen Stufenschalter ausgestatteter Stufentransformator mit einem fehlerhaften Schütz weiter in Betrieb bleiben. Die Steuerung 4 sorgt dafür, dass das fehlerhafte Schütz nicht mehr geschlossen wird, und gibt ein Signal aus, welches anzeigt, dass ein Service bzw. eine Reparatur des Stufenschalters ansteht.
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Um asymmetrische Spannungsschwankungen ausgleichen zu können, die beispielsweise durch vermehrte Einspeisung von Solarstrom an lediglich einer Phase des Niederspannungsortsnetzes verursacht werden, ist die Steuerung 4 so eingerichtet, dass die Lastumschaltung zwischen den Wicklungsanzapfungen einer Phase unabhängig von den beiden weiteren Phasen des Stufentransformators erfolgen kann. Ferner verfügt die Steuerung 4 über eine Schnittstelle zur Kommunikation mit einem übergeordneten Steuerungsnetz 5, welches mit mehreren Stufenschaltern eines Niederspannungsortsnetzes kommuniziert. Dadurch können Schwingungsvorgänge, die sich durch gegenseitige Beeinflussung der einzelnen Stufenschalter im Niederspannungsortsnetz ergeben können, vermieden werden.
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4 zeigt die räumliche Anordnung der beiden Schütze S2.1 und S2.2 im Lastzweig der zweiten Wicklungsanzapfung A2, sowie die räumliche Anordnung des Hilfsschützes HS2 und des in Reihe geschalteten Widerstands R2 im Hilfszweig der zweiten Wicklungsanzapfung. Die gezeigte räumliche Anordnung gilt auch für die Schütze und den Widerstand der vierten Wicklungsanzapfung A4. Wie die Abbildung zeigt, sind sowohl die beiden Schütze S2.1 und S2.2 des Lastzweigs als auch das Hilfsschütz HS2 des Hilfszweigs unmittelbar nebeneinander angeordnet, wodurch sich eine besonders kompakte Bauweise des erfindungsgemäßen Stufenschalters ergibt. Der Widerstand R2 ist an einem seiner beiden Enden direkt an die Eingangsklemme 2 des ersten Schützes S2.1, und an seiner gegenüberliegenden Seite direkt an die Eingangsklemme 2 des Hilfsschützes HS2 angeschlossen. Die beiden Schütze im Lastzweig, das Hilfsschütz und der Widerstand bilden somit eine Baugruppe, die einen modularen Aufbau des erfindungsgemäßen Stufenschalters ermöglicht. Ebenfalls in der Abbildung gezeigt sind die beiden Leitungen 8, die von den Eingangsklemmen 2 der beiden Schütze S2.1 und S2.2 im Lastzweig zur Wicklungsanzapfung A2 führen. Ebenfalls zu erkennen ist die Ausgangsklemme 3 des ersten Schützes S2.1 im Lastzweig.
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5 zeigt, dass die Schütze und Hilfsschütze jeder der drei Phasen P1 bis P3 jeweils nebeneinander in einer Reihe angeordnet sind. Dadurch ergibt sich ein übersichtlicher Aufbau des erfindungsgemäßen Stufenschalters. Die Bauteile sind in einem entsprechenden Gehäuse untergebracht, von dem lediglich eine Seite 6 dargestellt ist. Um eine möglichst platzsparende Bauweise zu erreichen, besteht zwischen den einzelnen Reihen der Phasen P1 bis P3 jeweils ein horizontaler Vh, sowie ein vertikaler Versatz Vv. In 5 ist ebenfalls zu erkennen, dass die beiden parallel geschalteten Schütze S1.1 und S.2 im Lastzweig der ersten Wicklungsanzapfung ebenfalls zu einer Baugruppe zusammengefasst sind. Gleiches gilt selbstverständlich für die Schütze im Lastzweig der dritten und fünften Wicklungsanzapfung.
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Die nicht dargestellte Steuerung ist vorzugsweise in einem separaten Gehäuse untergebracht, um unabhängig von den Schützen bzw. Hilfsschützen des Stufenschalters ausgetauscht werden zu können.
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Es wird darauf hingewiesen, dass sich die Schütze und Hilfsschütze des erfindungsgemäßen Stufenschalters im Wesentlichen für sämtliche denkbaren Schaltmedien eignen. Es ist daher auch möglich, die Schütze in dem zugehörigen Stufentransformator zu integrieren. Vorzugsweise sind die Schütze und Hilfsschütze jedoch in einem separaten Gehäuse untergebracht, so dass als Schaltmedium Luft oder Vakuum genutzt werden kann.
