DE2117162A1

DE2117162A1 - Transformator mit verbraucherseitigem Anzapfungsumschalter

Info

Publication number: DE2117162A1
Application number: DE19712117162
Authority: DE
Inventors: Thomas B.; Throop Gilbert D.; West Middlesex Pa. Topper (V.StA.). HOIf 31-06
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1970-04-16
Filing date: 1971-04-08
Publication date: 1971-10-28
Also published as: CH539327A; CA926939A; NO128190B; GB1340356A; FR2086116A1; JPS531454B1; US3622867A; JPS465024A; ES389881A1; FR2086116B1; BE765783A; SE367729B

Description

DIPL.-ING, KLAUS NEUBECKER

Patentanwalt
4 Düsseldorf 1 · Schadowplatz 9

41 311 · Düsseldorf, 7. April 1971

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V.St.A.

Transformator mit verbraucherseltigem Anzapfungsumschalter

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Transformator, insbesondere auf einen Anzapfungsumschalter für einen solchen Transformator.

Einige solcher Anzapfungsumschalter, mit deren Hilfe die Ausgangsspannung des Transformators je nach Bedarf jeweils von unterschiedlicuen Anzapfungen einer Transformatorwicklung abgenommen werden kann, ohne dabei die Last abtrennen zu müssen, weisen allgemein einen im stromlosen Zustand schaltenden Wählschalter mit einem ersten und einem zweiten beweglichen Kontaktarm, eine unterteilte Induktivität mit einer ersten und einer zweiten Teilwicklung, mit deren Hilfe die bei Überbrückung zweier benachbarter Anzapfungen durch den Anzapfungsumschalter auftretenden Querströme klein gehalten werden können, einen Vakuumschalter sowie einen Überbrückungsschalter auf, der den Vakuumschalter kurzschließt, solange der Anzapfungsumschalter keinen

1ÖÖSU/1U1

Telefon (0211) 32 08 58 Telegramme Custopat

111716t

Umschaltzyklus durchläuft, um so die Erwärmung der Kontakte des Vakuumschalters niedrig zu halten. Der Überbrückungsschalter weist einen ersten und einen zweiten, mit einem ersten bzw. zweiten Stromzweig verbundenen Kontakt sowie einen an den Lastkreis angeschlossenen dritten Kontakt auf, der wahlweise mit dem ersten oder dem zweiten Kontakt oder aber auch mit dem ersten und dem zweiten Kontakt gleichzeitig verbunden werden kann. Der erste

^ Stromzweig umfaßt den ersten Kontaktarm des Wählschalters, die eine Teilwicklung der geteilten Induktivität.sowie den ersten Kontakt des Überbrüekungsschalters, während in dem zweiten Stromzweig der zweite Kontaktarm des Wählschalters, die zweite Wicklung der geteilten Induktivität sowie der zweite Kontakt des Überbrüekungsschalters liegen. Der Vakuumschalter ist zwischen den ersten und den zweiten Kontakt des Überbrüekungsschalters geschaltet. Im Verlauf eines Umschaltzyklus unterbricht der Überbrückungsschalter einen vorgegebenen der beiden Stromzweige, ohne daß dabei eine nennenswerte Lichtbogenbildung auftreten würde, da

W der Vakuumschalter zu diesem Zeitpunkt geschlossen ist und der Strom von der sich öffnenden Seite des Überbrüekungsschalters von dem Vakuumschalter übernommen wird. Dann öffnet der Vakuumschalter seine Kontakte, so daß. der vorgegebene Stromzweig aufgetrennt wird und der in diesem Stromzweig liegende Kontaktarm des Wählschalters ohne Lichtbogenbildung in eine neue Anzapfungsstellung geschaltet werden kann. Anschließend werden der Reihe nach der Vakuum- und der Überbrückungsschalter wieder geschlossen, womit ein Umschaltzyklus beendet ist.

Es ist wesentlich, daß die Kontaktarme des Wählschalters nur dann

10984W1U1

2117168

weitergeschaltet werden, wenn sie sich im stromlosen Zustand befinden. Die Gefahr, daß die Arme unter Strom schalten, besteht beispielsweise dann, wenn der Überbrückungsschalter infolge eines Defektes den zugehörigen Stromzweig nicht auftrennt oder der Vakuumschalter den Laststrom etwa infolge eines stärkeren Vakuumabfalls oder infolge eines Versagens des Betätigungsmechanismus für die Öffnung der Kontakte des Vakuumschalters nicht unterbricht.

Es ist schon eine Vielzahl von Schutzvorrichtungen zur Überwachung von Anzapfungsumschalters eingesetzt worden, um die für stromloses Schalten ausgelegten Wählschalter vor einer Schädigung zu schützen, jedoch weisen diese bekannten Schutzvorrichtungen durchweg den Nachteil auf, daß sie nur einen unvollkommenen Schutz bieten und/oder relativ teuer sind. Zum Beispiel zeigen Schutzvorrichtungen zur Überwachung des Vakuums im Vakuumschalter nicht an, ob der Überbrückungsschalter einwandfrei gearbeitet oder der Betätigungsmechanismus des Vakuumschalters dessen Kontakte geöffnet hat. Schaltungen für die Überwachung des Stromflusses durch den Vakuumschalter zeigen nicht an, ob der Überbrückungsschalter einwandfrei gearbeitet hat. Auch werden die bisher bekannten Anzapfungsumschalter sehr teuer, wenn sie für Hochspannungstransformatoren eingesetzt werden, da die einzelnen Elemente der Schutzvorrichtung wie etwa Wandler oder dergleichen gegen Erde isoliert werden müssen.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist daher die Schaffung eines

1098U/1U1

elektrischen Transformators mit einem Anzapfungsumschalter, bei dem für einen vollständigen Schutz des Anzapfungsumschalters gesorgt ist, wobei gleichzeitig gewährleistet sein soll, daß ein so geschützter Anzapfungsumschalter sich unabhängig von dem Spannungsniveau der Transformatorwicklung, mit der der Anzapfungsschalter zusammenarbeiten soll, mit geringen Kosten herstellen läßt.

W Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine elektrischer Transformator mit einem verbraucherseitigen Anzapfungsumschalter, der einen Anzapfungs-Wählschalter mit einem ersten und einem zweiten Kontaktarm aufweist, die selektiv zwischen einer Mehrzahl mit Anzapfungen des Transformators verbundener Kontakte beweglich sind, einer eine erste und eine zweite Teilwicklung aufweisenden Drosselspule, einem Überbrückungsschalter mit einem ersten und einem zweiten Kontakt, die je nach Stellung des überbrückungsschalter untereinander oder wahlweise mit einem beweglichen, mit dem Lastkreis

^ verbundenen dritten Kontakt des Überbrückungsschalters verbindbar sind und in einem ersten bzw. zweiten Stromkreis mit dem ersten Kontaktarm des Wählschalters und der einen Teilwicklung der Induktivität bzw. dem zweiten Kontaktarm des Wählschalters und der anderen Teilwicklung der Induktivität liegen, einem zwischen den ersten und den zweiten Kontakt des Überbrückungsschalters geschalteten Vakuumschalter, einem nacheinander den Überbrückungsschalter, den Vakuumschalter und den Wählschalter während eines Umschaltzyklus betätigenden Antrieb, erfindungsgemäß gekennzeichnet durch einen ersten Wandler mit Ausgängen zur

1096U/1U1

Abgabe eines die Größe des durch den Vakuumschalter fließenden Stromes wiedergebenden Signals, einen in Abhängigkeit von dem Antrieb in seinen geschlossenen bzw, geöffneten Zustand überführbaren und parallel zu den Ausgängen des Wandlers geschalteten Schalter, der sich normalerweise im geschlossenen, den Wandler kurzschließenden Zustand befindet, jedoch unmittelbar vor der Bewegung eines der Kontaktarme des Wählschalters unter der Einwirkung des Antriebes öffnet, sowie durch eine an die Ausgänge ■ des Wandlers angeschlossene Schutzvorrichtung, die bei Öffnung des Schalters auf das von den Ausgängen abgegebene Signal anspricht und beim Fließen von Strom durch den Vakuumschalter eine Betätigung der Kontaktarme des Anzapfungsumschalters verhindert.

Die Erfindung wird nachstehend zusammen mit weiteren Merkmalen anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig, IA - IG scheraatische Schaltbilder, die aufeinanderfolgende Zwischenphasen veranschaulichen, wie sie bei der Betätigung eines mit einer Schutzvorrichtung ausgestatteten Anzapfungsumschalters nach der Erfindung auftreten;

Fig. 2 schematisch eine Ansicht einer praktischen Ausführungsform einer Anordnung zur elektrisch isolierten mechanischen Kopplung sswischen auf unter· schiedliehen Spannungsniveaus befindlichen Teilen

10 Ö Ö 4 4 / 11 41

BAD ORIGINAL

211716Ϊ

des Anzapfungsumschalters;

Fig. 3A - 3G schematische Schaltbilder, die aufeinanderfolgende Zwischenphasen eines Anzapfungsuraschalters nach einer etwas abgewandelten Ausführungsform der Erfindung veranschaulichen.

t Im einzelnen zeigt Fig. IA in schematischer Darstellung einen allgemein mit 10 bezeichneten Anzapfungsumschalter, der mit Wicklungen 12, 14 und 16 eines elektx'ischen Transformators verbunden ist. Dieser kann ein- oder mehrphasig und entweder als Spartransformator oder als Transformator mit galvanisch voneinander getrennten Wicklungen ausgebildet sein. In Fig. IA ist nur ein Teil einer Einzelphase dargestellt, da die anderen Phasen ähnlich angeordnet sein würden.

Der Anzapfungsumschalter 10 weist einen stromlos schaltenden ™ Wählschalter 20 mit einer Mehrzahl feststehender Kontakte Cl - C8, die jeweils mit einer Anzapfung Tl - T.8 derWicklung 14 verbunden sind, sowie einen feststehenden Kontakt C9 auf, der mit der Wicklung 16 verbunden ist. Mit den feststehenden Kontakten Cl C9 wirken zwei bewegliche Kontaktarme 22 und 24 zusammen, die wahlweise und nacheinander zu den in Abständen voneinander angeordneten feststehenden Kontakten Cl- C9 bewegt werden können. Die Bnden der angezapften Wicklung 14 sind mit feststehenden Kontakten 26 und 28 eine« Uekehrechalters 30 gekoppelt» der einen mit dt? Wicklung 16 und somit mit dem feststehenden Kontakt

18*144/1 yt

BAD ORIGINAL

2117152

C9 des Wählschalters 20 verbundenen Kontaktarm 32 hat. Der bewegliche Kontaktarm 32 kann von dem einen zu dem anderen feststehenden Kontakt geschaltet werden, wenn einer der beiden beweglichen Kontaktarme 22 oder 24 des Wählschalters 20 mit dem feststehenden Kontakt C9 in Verbindung steht, während der andere Kontaktarm sich auf den Kontakt C9 zu oder von ihm weg bewegt, um die an den Wicklungen 12 und 14 anstehende Spannung je nach der Stellung des Umkehrschalters 30 um den Betrag der abgegriffenen Spannung zu vergrößern oder zu verringern.

Um die beweglichen Kontaktarme 22 und 24 mit benachbarten Anzapfungen verbinden zu können und auf diese Weise einen Teil der Wicklung 14 zu Überbrücken, außerdem in der Lage zu sein, den Anzapfungsumschalter ständig in einer überbrückungsstellung arbeiten zu lassen und so eine in der Mitte zwischen den Spannungen zweier benachbarter Anzapfungen liegende Spannung zu erhalten, sind die Kontaktarme an die Wicklung 12 Über eine aufgeteilte Induktivität 40 (Drossel) mit auf einem gemeinsamen Magnetkern 46 angeordneten Teilwicklungen 42 und 44 angeschlossen. Die Teilwicklungen sind dabei so gewickelt, daß sie gegenüber Querströmen, die bei Überbrückung zweier benachbarter feststehender C-Kontakte durch die beiden beweglichen Kontaktarme 22, 24 zu fließen suchen, eine hohe, gegenüber sie durchfließenden Lastströmen dagegen eine sehr kleine Impedanz haben.

Ein einzelner lichtbogenfester, normalerweise geschlossener Vakuumschalter 50 und ein Überbrückungsschalter 52 mit einem

1Q9SU/1U1

ersten und einem zweiten feststehenden Kontakt 54 bzw. 56 sowie einem beweglichen Kontaktarm 58 vervollständigen den Anzapfungsumschalter 10. Der Kontaktarm 58, der entweder mit beiden feststehenden Kontakten 54 und 56 gleichzeitig oder aber nur mit einem dieser beiden Kontaktarme verbindbar ist, ist an die Wicklung 12 angeschlossen, während die feststehenden Kontakte 54 und 56 an der Teilwicklung 42 bzw. 44 der Induktivität 40 liegen. Der Vakuumschalter 50 hat innerhalb eines evakuierten Gehäuses Kontakte 62 und 64, von denen der eine über einen die Vakuumabdichtung aufrechterhaltenden Faltenbalg relativ zu dem anderen beweglich ist, und ist über Leitungen 55 und 57 mit den feststehenden Kontakten 54 und 56 des Überbrückungsschalters 52 verbunden.

Wenn sich der Anzapfungsschalter 10 im Ruhezustand befindet, so enthält der Laststromkreis des Transformators die Wicklung 16, den zwischen der gewählten Stellung des Umkehrschalters und der oder den von dan Kontaktarmen 22 und 24 angewählten Anzapfung(en) liegenden Bereich der Wicklung 14 sowie die beiden Stromzweige der Kontaktarme 22,24. Der mit dem Kontaktarm 24 verbundene Stromzweig umfaßt dabei die Wicklung 42 und den feststehenden Kontakt 54 des Überbrückungsschalters 52, während der mit dem Kontaktarm 22 verbundene Stromzweig die Teilwicklung 44 und den feststehenden Kontakt 56 des Überbrückungsschalters 52 enthält. Die beiden Stromzweige laufen in dem beweglichen Kontakt 58 zusammen, von dem aus sich der Laststromkreis bis zu der Wicklung 12 fortsetzt. Die angezapfte Wicklung 14 kann statt zwischen zwei

10S8U/1 UI

21171«

Wicklungen des Transformators auch an einem der beiden Enden einer Haupt-Transforraatorwicklung angeordnet sein.

Während des normalen Ruhezustandes des Anzapfungsumschalters sind die Kontakte des Vakuumschalters 50 geschlossen, aber da dieser normalerweise durch den Überbrückungsschalter 52 kurzgeschlossen ist, durchfließt diesen nur ein verriachlässigbarer kleiner Strom, der die Kontakte des Vakuumschalters nur sehr schwach erwärmt. '

Der Anzapfungsumschalter 10 nach der Erfindung ist mit einer Schutzvorrichtung 70 gekoppelt, die den Wählschalter 20 gegen Betätigung sichert, so lange der im Laufe eines Umschaltzyklus weiterzubewegende Kontaktarm noch Laststrom führt. Diese Schutzvorrichtung 70 hat einen beispielsweise mit der Leitung 57 gekoppelten Wandler 72, der an seinen Ausgängen 74 und 76 ein Signal liefert, das einem den Vakuumschalter 50 durchfließenden Strom entspricht. Ein Kurzschlußkontakt wie etwa ein Schalter ist mit den Ausgängen 74 und 76 des Wandlers 72 verbunden. Ein Relais 80 mit einer elektromagnetischen Wicklung 82, einem Taucheisenkern, einem allgemein dargestellten Betätigungsmechanismus 84 und einem Satz elektrischer Kontakte 86, die durch den Betätigungsmechanismus 84 in ihre Öffnungs- bzw. Schließstellung gebracht werden, vervollständigt die Schutzvorrichtung 70. Die elektromagnetische Wicklung 82 des Relais 80 ist mit den Ausgängen 74 und 76 des Wandlers 72 verbunden, und ferner sind entsprechend dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Kontakte 86 in einen Stromkreis geschaltet, der mit einem Antrieb 90 für den Anzapfungs-

1QS844/1U1

21171S?

Umschalter zusammenarbeitet. Der Antrieb 90 kann einen reversiblen Elektromotor und eine Steuerwelle aufweisen, die über geeignete, schematisch mit der gestrichelten Linie 92 angedeutete mechanische Verbindungsglieder, Nocken oder dergleichen den Überbrückungsschalter 52, den Vakuumschalter 50, die Kontaktarme des Wählschalters 20 und den Schalter 78 entsprechend einer vorgegebenen Reihenfolge betätigt.

Die Kontakte 86 der Schutzvorrichtung 70 sind mit dem Antrieb 90 verbunden und können dazu dienen, den Antrieb außer Betrieb zu setzen oder anzuhalten. Jedoch können die Kontakte 86 ebensogut mit einer Anordnung zum Entregen des Transformators verbunden sein, sofern dies so geschieht, daß dadurch keine nachteilige Wirkung auf die Last ausgeübt wird. Wie in der Zeichnung dargestellt, sind die Kontakte 86 im Ruhezustand geöffnet, d.h. sie sind geöffnet, wenn die Wicklung nicht erregt wird, jedoch können sie, wenn die zugehörige Schaltung dies erfordert, ebenso im Ruhe-" zustand geschlossen sein.

Bei Betrieb der Schutzvorrichtung 70 ist der Schalter 78 normalerweise bis unmittelbar vor Beginn der Bewegung eines Kontaktarmes des Wählschalters 20 während eines Umschaltzyklus geschlossen und verhütet solange, daß ein vom Wandler 72 abgegebenes Signal die Wicklung 82 beaufschlagen kann. Nachdem der überbrückungsschalter 52 einen vorgegebenen der beiden Stromzweige geöffnet hat, dessen Stromanteil dann von dem Vakuumschalter übernommen wird, und sich weiter der Vakuumschalter geöffnet hat, so daß

1Q9ÖU/1U1

der in dem vorgegebenen Stromzweig fließende Laststrom unterbrochen wird, werden die Kontakte des Schalters 78 durch den Antrieb 90 geöffnet. Fließt kein Strom durch den Vakuumschalter 50, so erzeugt der Wandler 72 auch kein Signal, und das Relais 80 wird nicht betätigt. In diesem Fall kann der ymschaltzyklus fortgesetzt werden. Wenn dagegen Strom durch den Vakuumschalter

50 fließt, so dürfen die Kontaktarme des Wählschalters 20 nicht bewegt werden, und der Wandler 72 liefert ein Signal, das das Relais 80 betätigt. Das Relais 80 schließt die Kontakte 86, so daß der Antrieb 90 stillgesetzt, der Transformator entregt, ein Alarm ausgelöst oder aber ein anderer geeigneter Schutzvorgang eingeleitet wird. Um das Relais 80 auch gegenüber kleinen Strömen empfindlich machen zu können, ohne es bei großem Stromfluß durch den Vakuumschalter 50 übermäßig hohen Spannungen auszusetzen, kann eine Spannungsbegrenzungsschaltung (nicht gezeigt) wie etwa entgegengesetzt zueinander liegende Zenerdioden zu der elektromagnetischen Wicklung 82 des Relais parallel geschaltet sein. Die Wirkungsweise der Schutzvorrichtung 70 wird nachstehend im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung eines anhand der Fig. IA - IG veranschaulichten Umschaltzyklus erläutert.

Es sei angenommen, daß beide Kontaktarme des Wählschalters 20 mit dem Kontakt C5 in Verbindung stehen und etwa auf ein Signal einer Spannungserfassungsschaltung (nicht gezeigt) hin betätigt werden sollen. Der Antrieb 90 bewegt dann nacheinander mittels der allgemein mit der gestrichelten Linie 92 dargestellten

109844/1U1

211716?

mechanischen Verbindungsglieder den überbrückungsschalter 52, den Vakuumschalter 50 sowie den Wählschalter 20. Der erste Schritt, des Umschaltzyklus besteht darin, eine Seite des Uberbrückungsschalters 52 zu öffnen.Da der Kontaktarm 22 zu einem bestimmten Zeitpunkt weitergeschaltet werden muß, um in der gewünschten neuen Stellung des Wählschalters 20 zu arbeiten, muß das dem Kontaktarm 22 zugeordnete Kontaktpaar des Uberbrüclcungsschalters t 52 getrennt werden. Dieser Schritt ist in Fig. IB dargestellt. Der durch die Teilwicklung 44 und den Kontaktarm 22 hindurchfließende Strom wird jedoch nicht unterbrochen, wenn der bewegliche Kontaktarm 58 des Uberbrückungsschalters 52 den den feststehenden Kontakt 56 des Uberbrückungsschalters enthaltenden Stromzweig auftrennt, da dieser Stromzweig zunächst noch über den Vakuumschalter 50 wirksam bleibt. Daher wird bei Öffnung des den Kontakt 56 enthaltenden Stromzweiges nur eine sehr geringe Lichtbogenbildung auftreten.

' Beim nächsten in Fig. IC gezeigten Schritt des Umschaltzyklus wird der dem Kontaktarm 22 zugeordnete Stromzweig durch Öffnen des Vakuumschalters 50 definitiv unterbrochen. Dabei tritt in dem Vakuumschalter eine Lichtbogenbildung auf, die jedoch wegen des die Kontakte umgebenden Vakuums rasch wieder erlischt.

Wie mit Fig. ID veranschaulicht, wird als nächstes der Schalter 78 geöffnet. Wenn aus irgendeinem Grund noch Strom durch den Vakuumschalter 50 fließt, etwa infolge einer Störung des zur Öffnung der Vakuumschalterkontakte dienenden Betätigungsmechanis-

1098AA/1U1

mus oder eines Vakuumverfalls im Vakuumschalter, so erregt der Wandler 72 nach Öffnung des seinen Ausgängen parallelgeschalteten Schalters 78 das Relais 80 und erzeugt damit ein Signal, das die Schutzvorrichtung 70 in Funktion treten läßt. Fließt dagegen kein Strom durch den Vakuumschalter 50, so erzeugt auch der Wandler 72 kein=nStrom, und der Umschaltzyklus läuft weiter ab. Da zu diesem Zeitpunkt des Umschaltzyklus kein Strom durch den Vakuumschalter 50 fließt, kann der Kontaktarm 22 ohne Lichtbogenbildung frei zu dem Kontakt C4 weiterbewegt werden, wie das mit Fig. IE dargestellt ist.

Beim nächsten, mit Fig. IF wiedergegebenen Schritt des Umschaltzyklus werden der Schalter 78 und darauf die Kontakte des Vakuumschalters 50 wieder geschlossen, um den Stromzweig mit der Teilwicklung 44 und dem beweglichen Kontaktarm 22 des Wählschalters wieder zu schließen. Als letzter Schritt wird dann wie mit Fig. IG gezeigt auch der bewegliche Kontaktarm 58 des Überbrückungsschalters 52 wieder mit dem Kontakt 56 verbunden. Dadurch werden die Kontakte des Vakuumschalters 50 wieder durch den Überbrückungsschalter kurzgeschlossen, so daß nur noch ein sehr kleiner Strom durch sie hindurchfließt. Wenn zum Beispiel die (nicht dargestellte) Spannungserfassungsschaltung dem Anzapfungsumschalter Io den Befehl gibt, beide Kontaktarme 22 und 24 zu dem Kontakt C4 zu überführen, so würde der nächste Schritt des Umschaltzyklus in der gleichen Weise wie bei dem schon beschriebenen Umschaltzyklus verlaufen, mit dem einzigen Unterschied, daß in diesem Fall der Überbrückungsschalter 52 den

109844/1141

feststehenden Kontakt 54 freigeben und statt des Kontaktarmes 22 der Kontaktarm 24 weiterbewegt würde.

Die in Fig. IA gezeigte Schutzvorrichtung 70 kann etwa den in Fig. 2 dargestellten Aufbau haben, um den Anzapfungsumschalter und den Schutzkreis zum Stillsetzen des Antriebes 9O oder aber zur Entregung des Transformators elektrisch voneinander zu isofe lieren. Im einzelnen kann der auf das Relais 80 ansprechende Betätigungsmechanismus 84 für die Betätigung der elektrischen Kontakte 86 einen Taucheisenkern 100 des Relais, schwenkbar angelenkte Hebel 102, 104 und 106, eine isolierende Stange 108 sowie eine Feder 110 umfassen.

Das eine Ende des Hebels 102 ist mit dem beweglichen Teil des elektrischen Korfaktes 86 verbunden, während sein anderes Ende durch die Feder 110 um einen feststehenden Drehzapfen 112 in Richtung eines Pfeiles 114 gedrückt, dabei jedoch durch die Stange 108 und die Hebel 104, 106 an einer Schwenkbewegung um den Drehzapfen 112 gehindert wird. Die Stange 108 ist an ihrem einen Ende mit dem von der Feder 110 betätigten Ende des Hebels 102 und an ihrem anderen Ende mit dem einen Ende eines Hebels schwenkbar verbunden. Der an einem Drehzapfen 116 schwenkbar angelenkte Hebel 104 wird an seinem anderen Ende von einem als Klinke ausgebildeten Ende 117 des Hebels 106 gehalten, das ihn aa einer Schwenkbewegung um den Drehzapfen 116 in Richtung eines Pfeiles 118 hindert. Der um einen Drehzapfen 120 schwenkbare Hsbel 106 wiederum ist mit seinem anderen Ende gelenkig mit dem Taiacfoeisenkern 100 des Relais 80 verbunden. Wenn das Relais 8O nicht

1098U/1U1

erregt und der Betätigungsmechanismus 84 "eingerastet" ist, hindert das als Klinke ausgebildete Ende 117 des Hebels 106 den Hebel 104 daran, unter der Einwirkung der durch die Stange 108 und den federbelasteten Hebel 102 auf ihn ausgeübten Kraft in Richtung des Pfeiles 118 zu schwenken. Sobald das Relais 80 erregt wird, bewegt sich der Taucheisenkern 100 in Richtung eines Pfeiles 122, so daß der Hebel 106 in Richtung des Pfeiles 124 eine Schwenkbewegung um den Drehzapfen 120 ausführt. Dabei wird das Ende 117 von dem Hebel 104 zurückgezogen, worauf dieser um den Drehzapfen 116 in Richtung des Pfeiles 118 schwenkt und die Stange sich in Richtung des Pfeiles 126 bewegt, da die Feder 110 ihre gespeicherte Energie freigibt und den Hebel 102 um den Drehzapfen 112 schwenkt. Dadurch werden die elektrischen Kontakte 86 geöffnet. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß die Stange 108 den Wandler 72 und das Relais 80 elektrisch gegenüber dem die Kontakte 86 enthaltenden Schutzkreis isoliert. Daher brauchen der Wandler 72 und das Relais 80 nicht gegen die volle Spannung zwischen dem Anzapfungsumschalter und Erde isoliert zu sein und können somit wirtschaftlicher hergestellt werden, was sich besonders bemerkbar macht, wenn sie für Transformatoren mit extrem hoher Spannung verwendet werden sollen. Die Länge der Stange wird durch die Größe der Nennspannung des Transformators bestimmt.

Die mit den Fig. IA - IG veranschaulichte Schutzvorrichtung kann den Wählschalter 20 zwar gegenüber einer Fehlfunktion des Vakuumschalters oder seines Betätigungsmechanismus, nicht jedoch gegeüber einem fehlerhaften Arbeiten des Überbrückungsschalters 52

109844/1U1

_ 16 -

schützen. Um einen weiter vervollkommneten Schutz des Wählschalters zu erreichen, müßte die Schutzvorrichtung für einen Schutz gegen fehlerhaftes Arbeiten sowohl des überbrückungsschalters 52 als auch des Vakuumschalters 50 sorgen.

In Fig. 3A ist der Anzapfungsumschalter nach Fig. IA dargestellt, jedoch ist hier entsprechend einem etwas abgewandelten Ausführungs· * beispiel der Erfindung eine Schutzvorrichtung 130 zum weiter vervollständigten Schutz des Wählschalters 20 vorgesehen. Da der Anzapfungsumschalter 10 der Fig.3A in der gleichen Weise wie der Schalter nach Fig. IA ausgebildet ist, sind in Verbindung mit Fig. 3 für gleiche Teile auch wieder dieselben Bezugszeichen wie für Fig. 1 verwendet worden.

Die Schutzvorrichtung 130 weist Wandler 132 und 134 zur Abgabe von AusgangsSignalen auf, die einen durch den ersten bzw. den zweiten Stromzweig, d.h. durch eine den ortsfesten Kontakt 54 ^ des Überbrückungsschalters 52 und die Teilwicklung der Induktivität 40 verbindende Leitung 136 bzw. eine den feststehenden Kontakt 56des überbrückungsschalters 52 und die Teilwicklung 44 der Induktivität 40 verbindende Leitung 138 fließenden Strom anzeigen. Schalter 140 und 142 schließen im geschlossenen Zustand ihrer Kontakte die Ausgänge der Wandler 132 und 134 kurz, wobei die Öffnung und Schließung der Schalter 140 und 142, wie schematisch mit gestrichelten Linien 144 angedeutet, mittels des Antriebes 90 erfolgt.

Jeder der beiden Schalter 140 bzw. 142 kann unabhängig von dem

1098U/1U1

anderen parallel zu den Ausgängen der Wandler 132 bzw. 134 geschaltet sein, die ihrerseits dann an eine gesonderte Relaiswicklung angeschlossen sein können, die elektrische Kontakte in einem Schutzkreis betätigt, wie das in Verbindung mit Pig. IA gezeigt wurde. Entsprechend der Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 3 können jedoch eine der Relaiswicklungen, der zugehörige Betätigungsmechanismus sowie ein Satz der elektrischen Kontakte entfallen, wenn die Schalter 140 und 142 so miteinander verbunden werden, daß sie im geschlossenen Zustand zwei die Ausgänge der Wandler 132 bzw. 134 kurzschließende Stromkreise mit einem gemeinsamen Bereich bilden. Im einzelnen sind die einen Enden der Wandler 132 bzw« 134 an einen gemeinsamen Anschluß 146 geführt, während die anderen Enden über die mit einem Anschluß 148 in Reihe geschalteten Schalter 140 und 142 miteinander gekoppelt sind. Die Anschlüsse 146 und 148 stehen über eine Leitung 150 miteinander in Verbindung. Somit verläuft der erste Kurzschlußkreis vom Ende des Wandlers 132 zum Anschluß 146, von dort über die Leitung zu dem Anschluß 148 und über den Schalter 140 zum anderen Ende des Wandlers 132. Entsprechend verläuft der zweite Kurzschlußkreis vom einen Ende des Wandlers 134 über den Anschluß 146, die Leitung 150, den Anschluß 148 und den Schalter 142 zum anderen Ende des Wandlers 134. Die Leitung 150 bildet dabei einen beiden Kurzschlußkreisen gemeinsamen Bereich. Die Schalter 140 und 142 werden von dem Antrieb 90 so betätigt, daß der Schalter 140 während eines Umschaltzyklus kurz vor einer Verschiebung des Kontaktarmes 24 öffnet und damit den ersten Stromzweig auftrennt, der Schalter 142 dagegen während eines Umschaltzyklus kurz vor

1 0 9 8 4 4 / 1 U 1

dem Schalten des Kontaktarmes 22 öffnet und damit den zweiten Stromzweig auftrennt.

Eine dLektromagnetische Wicklung 154 eines elektrischen Relais 152 mit einem Taucheisenkern und einem schematisch dargestellten Betätigungsmechanismus 156 liegt parallel zu den in Reihe geschalteten Schaltern 140 und 142. Parallel zu der Wicklung 154 ^ kann außerdem eine geeignete Spannungsbegrenzungsschaltung liegen, wie das schon in Verbindung mit der Wicklung des Relais 80 der Fig. 1 erwähnt wurde. Wenn der Schalter 142 mittels des Antriebes 90 geöffnet wird, um während eines Umschaltzyklus den Stromfluß durch die Leitung 138 zu überprüfen, so ist die Wicklung 154 mit dem einen Ende und über den Schalter 140 sowie die Leitung 150 mit dem anderen Ende des Wandlers 134 verbunden. Wenn dagegen der Schalter 140 durch den Antrieb 90 geöffnet wird, um während eines Umschaltzyklus den Stromfluß durch die Leitung 136 zu prüfen, so wird die Wicklung 154 mit dem einen Ende und über den geschlossenen Schalter 142 sowie die Leitung 150 mit dem anderen Ende des Wandlers 132 verbunden.

Das Relais 152 betätigt bei Erregung seiner elektromagnetischen Wicklung einen Satz elektrischer Kontakte 160, die wie gezeigt mit dem Antrieb 90 verbunden sein, zum Entregen des Transformators dienen oder in einen sonstigen geeigneten Schutzkreis geschaltet sein können. Der schematisch angedeutete Betätigungsmechanismus 156 für die Verschiebung der Kontakte 160 kann den gleichen Aufbau wie in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben haben.

1098U/1U1

Der Ablauf des Umschaltzyklus der in Fig. 3A gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist mit Fig. 3B - 3G veranschaulicht. Es sei angenommen, daß die Kontaktarme 22 und 24 an dem Kontakt C5 angreifen, der Kontaktarm 22 jedoch zu dem Kontakt C4 weitergeschaltet werden soll. Dann betätigt der Antrieb 90 mittels geeigneter mechanischer Verbindungsglieder nacheinander den Überbrückungsschalter 52, den Vakuumschalter 50 und den Wählschalter 20. Der erste Schritt des Umschaltzyklus besteht darin, die eine Verbindung des Überbrückungsschalters 52 zu öffnen. Da in diesem Beispiel der Kontaktarm 22 zu einem bestimmten Zeitpunkt weitergeschaltet werden muß, um in der erforderlichen neuen Stellung des Wählschalters 20 wirksam zu werden, muß in diesem Fall also

die Verbindung des Kontaktarmes 22 mit dem feststehenden Kontakt 56 des Überbrückungsschalters 52 aufgehoben werden. Dieser Schritt ist mit Fig. 3B veranschaulicht. Der durch die Teilwicklung 44 und den Kontaktarm 22 fließende Strom wird jedoch nicht unterbrochen, wenn der bewegliche Kontaktarm 58 des überbrückungsschalters 52 den Stromzweig mit dem feststehenden Kontakt 56 öffnet, da der Stromzweig mit der Teilwicklung 44 und dem Kontaktarm 22 zunächst noch über den Vakuumschalter 50 wirksam bleibt, so daß bei öffnung der Verbindung zwischen dem beweglichen Kontakt 58 und den feststehenden Kontakt 56 nur eine sehr geringe Lichtbogenbildung auftritt.

Beim nächsten, mit Fig. 3C wiedergegebenen Schritt des Umschaltzyklus wird der den Kontaktarm 22 zugeordnete Stromzweig durch Öffnen des Vakuumschalters 50 aufgetrennt. Da jetzt der Strom

1098U/1U1

in dem zugehörigen Stromzweig echt unterbrochen wird, kommt es zur Bildung eines Lichtbogens, der jedoch infolge des die Kontakte umgebenden Vakuums rasch wieder zusammenbricht.

Wie weiter in Fig. 3D zu sehen, wird nun der die Ausgänge des Wandlers 134 kurzschließende Schalter 142 geöffnet. Wenn etwa infolge Versagens des Überbrückungsschalters 52, des Betätigungsmechanismus des Vakuumschalters oder des Vakuumschalters selbst beim Unterbrechen des Laststromes - beispielsweise wegen eines Vakuumabfalls - zu diesem Zeitpunkt ein Strom durch die Leitung 133 fließt, so erregt der Wandler 134 das Relais 152 und läßt somit die Schutzvorrichtung wirksam werden. Fließt kein Strom durch die Leitung 138, so erzeugt der Wandler 134 auch kein Signal, so daß der Umschaltzyklus ungehindet weiter ablaufen kann. Dementsprechend kann auch der Kontaktarm 22 ohne Lichtbogenbildung in der mit Fig. 3E veranschaulichten Weise frei zu dem Kontakt C4 weitergeschaltet werden.

Der nächste in Fig. 3F dargestellte Schritt des Umschaltzyklus besteht darin, den Schalter 142, darauf den Vakuumschalter 50 und somit den Stromzweig mit der Wicklung 44 und dem beweglichen Kontaktarm 22 des Wählschalters 20 zu schließen.

Schließlich wird, wie mit Fig. 3G gezeigt, auch die Verbindung zwischen dem feststehenden Kontakt 56 und dem beweglichen Kontakt 58 des Überbrückungsschalters 52 wieder hergestellt. Dadurch wird der Vakuumschalter 50 wieder durch den Überbrückungsschalter kurzgeschlossen, so daß nur noch ein sehr kleiner Strom durch

1098U/1U1

ihn hindurchfließt. Wenn zum Beispiel die (nicht dargestellte) Spannungserfassungsschaltung dem Anzapfungsumschalter den Befehl gibt, beide Kontaktarme 22 und 24 mit dem Kontakt C4 in Verbindung zu bringen, so wiirde der nächste Schritt des Umschaltzyklus an sich in der gleichen Weise wie der schon beschriebene verlaufen, mit dem Unterschied, daß in diesem Fall die Verbindung zwischen · dem beweglichen Kontakt 58 und dem feststehenden Kontakt 54 aufgehoben, statt des Schalters 142 der Schalter 140 geöffnet und statt des Kontaktarmes 22 der Kontaktarm 24 des Wählschalters weitergeschaltet wiirde.

Damit steht erfindungsgemäß ein neuer Anzapfungsumschalter mit einer Schutzvorrichtung zur Verfügung, die sicherstellt, daß die stromlos arbeitendenKontaktarme des Wählschalters keine Schädigung infolge einer fehlerhaften Arbeitsweise des Anzapfungsumschalters erfahren können, bei der ein Kontaktarm veranlaßt wiirde weiterzuschalten,obwohl er noch von Strom durchflossen wird. Entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird der Wählschalter gegen die Auswirkungen einer fehlerhaften Arbeitsweise des Vakuumschalters geschützt, die darin bestehen kann, daß der Betätigungsmechanismus des Vakuumschalters nicht arbeitet oder aber der Vakuumschalter für keine Unterbrechung des Laststromes sorgt, wie das etwa dann geschehen kann, wenn der Vakuumschalter nach einem starken oder vollständigen Vakuumverlust betätigt wird. Entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung schützt die Schutzvorrichtung den Wählschalter gegen eine fehlerhafte Arbeitsweise sowohl des Überbrückungs-

109844/1 UI

BAD ORIGINAL

als auch des Vakuumschalters. Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Schutzwirkung des ersten Ausführungsbeispieles beibehalten, jedoch zusätzlich darauf ausgedehnt, daß auch für Schutz für den Fall gesorgt wird, daß der überbrückungsschalter im Verlauf eines Umschaltzyklus den vorgegebenen der beiden Stromzweige nicht in der erforderlichen Weise auftrennen sollte. Beide Ausführungsbeispiele können von einem Isolieraufbau Gebrauch machen, der es ermöglicht, die Wandler und die Relais ohne volle Isolation gegen Erde auszubilden, indem von einer die erforderliche Isolation gewährleistenden Isolierstange Gebrauch gemacht wird. Die beschriebene Schutzvorrichtung läßt sich daher für jede Nennspannung einsetzen, wobei der für die verschiedenen Spannungsgruppen erforderliche Isolationswert durch die Länge der Isolierstange eingestellt wird.

Patentansprüche:

109844/1 UI

Claims

Patentansprüche ;

Γ1.JElektrischer Transformator mit einem verbraucherseitigen Anzapfungsumschalter, der einen Anzapfungs-Wählschalter mit einem ersten und einem zweiten Kontaktarm aufweist, die selektiv zwischen einer Mehrzahl mit Anzapfungen des Transformators verbundener Kontakte beweglich sind, einer eine erste und eine zweite Teilwicklung aufweisenden Drosselspule, einem Überbrückungsschalter mit einem ersten und einem zweiten feststehenden Kontakt, die je nach Stellung des Überbrückungsschalters untereinander oder wahlweise mit einem beweglichen dritten, mit dem Lastkreis verbundenen, beweglichen Kontakt des überbrückungsschalters verbindbar sind und in einem ersten bzw. Bwetten Stromkreis mit dem ersten Kontaktarm des Wählschalters und der einen Teilwicklung der Induktivität bzw. dem zweiten Kontaktarm des Wählschalters und der anderen Teilwicklung der Induktivität liegen, einem zwischen den ersten

und zweiten Kontakt des überbrückungsschalters geschalteten Vakuumschalter, einem nacheinander den Überbrückungsschalter, den Vakuumschalter und den Wählschalter während eines Umschaltzyklus betätigenden Antrieb,
gekennzeichnet durch einen ersten Wandler (72) mit Ausgängen (74,76) zur Abgabe eines die Größe des durch den Vakuumschalter (50) fließenden Stromes wiedergebenden Signals, einen in Abhängigkeit von dem Antrieb (9O) in seinen geschlossenen bzw. geöffneten Zustand überführbaren und parallel zu den Ausgängen (74,76) des Wandlers

1098U/1U1

(72) geschalteten Schalter (78), der sich normalerweise im geschlossenen, den Wandler (72) kurzschließenden Zustand befindet, jedoch unmittelbar vor der Bewegung eines der Kontaktarme (22j24) des Wählschalters (20) unter der Einwirkung des Antriebes (90) öffnet, sowie durch eine an die Ausgänge (74, 76) des Wandlers (72) angeschlossene Schutzvorrichtung (70), die bei Öffnung des Schalters (78) auf das von den Ausgängen (74,76) abgegebene Signal anspricht und beim Fließen von Strom durch den Vakuumschalter (50) eine Betätigung der Kontaktarme (22,26) des Anzapfungsumschalters verhindert.
2. .Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (90) mit dem Überbrückungsschalter (52), dem Vakuumschalter (50) sowie dem Wählschalter (20) mechanisch so gekoppelt ist, daß im Verlauf eines Umschaltzyklus aufeinanderfolgend zunächst der Überbrückungsschalter seinen beweglichen dritten Kontakt (58) mit nur einem der beiden anderen feststehenden Kontakte (54,56) in Verbindung bringt, der Vakuum-

mit dem schalter öffnet, der Schalter (78) öffnet, der'nicht mit dem dritten Kontakt (58) des Überbrückungsschalters in Verbindung stehendeifeststehenden Kontakt (56,54) gekoppelte bewegliche Kontaktarm (22,24) des Wählschalters zu einem anderen der korrespondierenden Anzapfungskontakte (Cl - C9) bewegt wird, der Schalter (78) schließt, der Vakuumschalter schließt und der Überbrückungsschalter in seine Normallage zurückkehrt, in der der dritte bewegliche Kontakt (58) mit beiden fest- ' stehenden Kontakten (54_P56) verbunden ist.

109844/1 UI BADORJGiNAL
3. Transformator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzvorrichtung (70) ein mit den Ausgängen (74,76) des Wandlers (72) verbundenes elektrisches Relais (80) und eine die Schutzvorrichtung (70) gegen den Transformator elektrisch isolierende Stange (108) aufweist, die an ihrem einen Ende mit dem Relais (80) mechanisch gekoppelt ist und an ihrem anderen Ende mit elektrischen Kontakten (86) gekoppelt ist, die bei Erregung des Relais durch die Stange aus einer ersten in. eine zweite Stellung überführbar sind, in der sie einen Schutzkreis der Schutzvorrichtung (70) schließen.
4. Transformator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kontaktarm (22),die zweite Teilwicklung (44) und der zweite feststehende Kontakt (56) einen ersten, der zweite Kontaktarm (24), die erste Teilwicklung (42) sowie der erste feststehende Kontakt (54) dagegen einen zweiten Stromzweig bilden, daß in den ersten Stromzweig ein erster Wandler (134) und in den zweiten Stronizweig ein zweiter Wandler (132) geschaltet sind, die Signale entsprechend den in dem ersten bzw. dem zweiten Stromzweig fließenden Strömen liefern, daß ein zweiter, zum Kurzschluß des Ausgangs des zweiten Wandlers (132) geeigneter Schalter (140) vorgesehen ist, der sich ebenso wie der erste Schalter (134) normalerweise im geschlossenen, den ihm zugeordneten Wandler (132) kurzschließenden Ztistand befindet, jedoch unmittelbar vor Bewegung des zweiten Kontaktarms (24) geöffnet wird, und daß

1 0 9 8 4 A / 1 1 4 1 BAD ORIGINAL

die Schutzeinrichtung so mit dem ersten und dom zweiten Schalter (140,142) verbunden ist, daß eine Betätigung des Wählschalters verhindert wird, falls durch einen der beiden Stromzweige, der den zu bewegenden Kontaktarm (22,24)des Wählschalters enthält, ein Strom fließt.
5. Transformator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß fe parallel zu dem zweiten Wandler (132) ein zweites Relais geschaltet ist.
6. Transformator nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet daß der erste und der zweite Schalter 140, 142) in ihrer Schließlage die Ausgänge des ersten bzw. zweiten Wandlers (132, 134) über einen ersten bzw. zweiten Stromkreis mit einer Leitung (150) als gemeinsamem Bereich kurzschließen und die Schutzvorrichtung ein einzelnes der Reihenschaltung aus erstem und zweiten Schalter (140, 142) parallelgeschaltetes elektri-

^ sches Relais (152) aufweist, das jeweils einen Stromkreis mit einem Wandler (132, 134), in dem sich ein zu dessen Überbrückung vorgesehener Schalter (140, 142) im geöffneten Zustand befindet, über den dem jeweils anderen Wandler (134, 132) zugeordneten, kurzschließenden Schalter (142, 140) vervollständigt.
7. Transformator nach einem oder mehreren der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (90) mit dem ersten und dem zweiten Schalter (140, 142) so gekoppelt ist, daß im Verlauf ainss Unischaltzyklus aufeinanderfolgend der Uberbrük-

4/1141

BAD ORIGINAL

kungsschalter seinen beweglichen dritten Kontakt (58) mit nur einem seiner beiden anderen feststehenden Kontakte (54, 56) in Verbindung bringt, der Vakuumschalter (50) öffnet, der dem Wandler (132, 134), der sich in dem gerade durch den Überbrückungsschalter (52) aufgetrennten Stromzweig befindet, zügeordnete Schalter (140, 142) öffnet, hierauf der bewegliche Kontaktarm (22, 24), der dem durch den überbrückungsschalter (52) unterbrochenen Stromzweig angehört, in seine gewünschte neue Anzapfungsstellung weiterbewegt wird, der geöffnet gewesene Schalter (140, 142) schließt, der Vakuumschalter (50) schließt und schließlich der Überbrückungsschalter (52) in seine Ausgangslage zurückkehrt, in der er mit beiden feststehenden Kontakten (54, 56) in Verbindung steht.

KN/sb 3

1098U/1U1