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Laststufenschalter Die Erfindung betrifft einen Laststufenschalter,
bestehend aus Wählerschalter nit zwei stufenweise vorrückenden beweglichen Wählerkontakten,
zwei zwischen diese und den Sternpunkt geschalteten Vakuumschaltröhren als Lastumschalter
und mindestens einem über eine weitere Vakuumschaltröhre einschaltbaren Überschaltwiderstand
parallel zu einer der beiden Vakuunschaltröhren.
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Heutzutage verdrängen Laststufenschalter mit Yakuu-schaltröhren die
konventionellen Schalter wegen ihrer verbesserten Ab schaltet leistungsfähigkeit
und der Verhinderung der Ölverschmutzung.
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Die erhältlichen Vakuumschaltröhren besitzen jedoch im allgemeinen
eine begrenzte Stehstoßspannung und können deswegen i.
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nichtleitenden Zweig bei. Eindringen einer Stoßspannung in die Transformatorenwicklung
durchschlagen, so daß ein sehr hoher Kurzschlußstro. durch den Schaltkreis fließt,
wobei nicht nur der Laststufenschalter, sondern auch der Transformator ernsthaft
zerstört werden kann.
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Als Folge der Forderung, daß Vakuumschaltröhren in Laststufenschaltern
eine sehr lange Betriebslebensdauer aufweisen sollen, besitzen sie eine relativ
niedrigere Stoßspannungsfestigkeit.
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Mit anderen Worten, sie haben elektrisch mindestens 200 000 Schaltungen
und mechanisch 800 000 Schaltungen auszuhalten.
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Die nechanische Lebensdauer von Vakuumschalröhren hängt ab von der
Lebensdauer ihrer Faltenbälge, diese kann verlängert werden durch die Herabsetzung
ihres Hubbereichs, und davon abhängig des Abstandes zwischen den offenen Kontakten.
Auf der anderen Seite setzt die Reduzierung
des Abstandes zwischen
den offenen Kontakten die Stoßspannungsfestigkeit herab. Darüberhinaus ist die Isolationsfestigkeit
des Vakuums weitgehend von dem Zustand der Elektrodenoberflächen abhängig und die
Stoßspannungsfestigkeit kann allein durch Vergrößerung des Abstandes zwischen den
offenen Kontakten nicht nshr merklich verbessert werden.
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Zur Verhinderung dieser Nachteile wird durch die Erfindung eine verbesserte
Schaltung vorgeschlagen, in welcher die Vakuum-Umschalter durch eine Stoßspannung
weder während des Stufenschaltvorganges noch bei normalen Betrieb des Stufenschalters
zerstört werden können.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, drß in Reihe
zu jeder der beiden an die beweglichen Kontakte des Wählerschalters (Tl,T2) angeschlossenen
Vakuuischaltröhren (Vl,V2) zwischen beweglichen Kontakt (T1 bzw. T2) und Vakuumschaltröhre
(V1 bzw. V2) ein weiterer konventioneller Schalter (S1,S2) geschaltet ist, dessen
Stehstoßspannung höher als diejenige der Vakuumschaltröhren (Vl,V2) ist (Fig.1).
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Sind nun im stronlosen Zustand die Schalter eines Zweiges offen, so
entsteht in den abgeschalteten Leitungen und Schaltungselementen spannungsmäßig
ein schwenbender, nicht angelenkter Zustand, so daß u. U. Isolationsprobleme entstehen.
Diese Gefahr wird gesäß einen weiteren Brfindungsgedanken dadurch vermieden, daß
zu jeder der beiden an die beweglichen Kontakte des Wählerschalters (T1,T2) angeschlossenen
Vakuumschaltröhren (V1,V2) ein weiterer Schalter (H1,H2) parallelgeschaltet ist,
der die Vakuumschaltröhre im jeweils nicht stromdurchflossenen Zwei kurzschließt
(Fig. 3).
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Um auch einen Schutz der Vakuumschaltröhren gegen während eines Schaltvorganges
eindringende Stoß spannungen zu erreichen, wird weiter vorgeschlagen, zwischen die
beiden Anzapfungszweige in den Verbindungen jeweils zwischen Vakuu-Schaltröhre (Vl,V2)
und Reihenschalter (S1,S2) eine Reihenschaltung aus einem Widerstand (r) und einer
Schutzeleient (V4), das eine niedrigere Stehstoßspannung als die vorverwendeten
Vakuumschaltröhren (V1,V2) aufweist, zu schalten.
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Fig. l zeigt das Schaltbild eine Laststufenschalter gemäß der Erfindung;
Fig. 2 zeigt ein Schaltfolgediagramm zur Erläuterung der Schaltfolgen des Laststufenschalters
von Figur lt Fig. 3 ist das Schaltbild eines Laststufenschalters ntsprechend einer
weiteren Ausgestaltung der Brfindung; Fig.4 ist das Schaltfolge-Diagramm des Laststufenschalters
von Figur 34 Fig. 5 u. 6 sind Schaltbilder von Laststufenschaltern ait verschiedenen
Ausgestaltungen der Stoßspannungsschutzschaltung; Fig. 7 ist das Schaltfolge-Diagramm
der Laststufenschalter gemäß Figur 5 und Figur 6; Fig. 8 u. 9 sind Schaltbilder
von Laststufenschaltern entsprechend verschiedenen Beispielen dieser Erfindung;
Fig.
10 ist das Schalfolge-Diagramm der Laststufenschalter von Figur 8 und 9; Fig. 11,
12 u.13 sind abgewandelte Schaltbilder entsprechend den Laststufenschaltern von
Figur 3, 8 und 9; Fig. 14A-14D sind Schaltbilder zur Erklärung der Schaltfolge des
Laststufenschalters von Figur 11.
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In den Zeichnungen haben gleiche Teile gleiche Symbole: Wt ........
Stufenwicklung T1,T2 ..... Anzapfung S1,S2 ..... Zusatzschalter V1,V2,V3 .. Vakuum-Umschalter
V4 ........ Vakuumschaltröhre oder Funkenstrecke R, r ...... Stronbegrenzungswiderstand
O ......... Sternpunkt a,b,c,d,e . Verbindungsklemmen H1,H2 ..... Anlenkschalter
T1,T2,T3 .. Schaltdauer von S1,S2,H1,H2,V1,V2,V3 während einer Stufenumschaltung.
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Unter Bezugnahme von Fig.1 und 2 wird zunächst ein Laststufenschalter
mit einem Widerstand und drei Unschaltern als auch sein Schaltdiargramm beschrieben.
Der Laststufenschalter ist versehen mit Vakuum-Umschaltern VI, V2, V3 und zwei Zusatzschaltern
S1 und S2, die eine höhere Stehstoßspannung aufweisen als die genannten Vakuum-Umschalter
VI, V2 und V3.
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Die Zusatzschalter S1 und S2 sind nit einen Anschluß an die Anzapfungen
Ti und T2 der Stufenwicklung WT angeschlossen, mit ihren anderen Anschluß an die
Vakuum-Umschalter Vi und V2, deren entgegengesetzte Anschlüsse elektrisch an den
Sternpunkt 0 angeschaltet sind.
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Bei den in Fig. 5 und 6 gezeigten Laststufenschaltern ist die zusätzliche
Stoßspannungsschutzschaltung enthalten, bei welcher der Strombegrenzungswiderstand
r auf verschiedene Weise dargestellt ist. In der Anordnung gemäß Fig.5 sind die
beweglichen Kontakte des Stufenwählers durch eine Reihenschaltung eines Strombegrenzungswiderstandes
r und beispielsweise einer weiteren Vakuumschaltröhre v4 überbrückt, wobei die Vakuumschaltröhre
V4 eine niedrigere Stehstoßspannung aufweist als die Vakuum-Umschalter V1,V2,V3;
in der Anordnung gemäß Fig.6 sind diese beweglichen Kontakte durch eine Reihenschaltung
aus der Vakuumschaltröhre V4 und einem Widerstand r über brückt, der den halben
Widerstandswert des Widerstandes R, der als Überschaltwiderstand in Reihe geschaltet
ist nit dem Vakuum-Umschalter V3, aufweist. Bei diesen Stufenschaltern schlägt die
Vakuumschaltröhre V4 bein Eindringen einer Stoßspannung zuerst durch, um die Vakuum-Umschalter
V1,V2 und V3 zu schützen und damit einen Kurzschluß der Anzapfungen zu verhindern.
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Wie aus den Schaltfolge-Diagrammen von Fig.2 und 7 entnormen werden
kann, dient der Zusatzschalter S2 (bzw. S1) während der Umschaltungsperioden tl
und t3 der Anzapfungsanwahl zur Verhinderung des Eindringens der Stoßspannung und
wenn eine Stoßspannung während der Stufenuaschaltung auftrifft, dient die Vakuumschaltröhre
V4 zum Schutz der Vakuum-Umschalter vor der Zerstörung durch die eindringende Stoßspannung.
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Wie man aus den Schaltbildern erkennen kann, ist, wenn einer der Zusatzschalter
St oder S2 in der Qffenstellung ist, entweder der Stromkreis a-b oder c-d-e, der
jeweils einen Anschluß des nichtstromführenden Vakuum-Umschalters V1 oder V2 und
V3 zu einen der Zusatzschalter S1 oder S2 führt, elektrisch abgeschaltet und eine
kritische Situation entsteht im Hinblick auf die Isolation
Deshalb
wird gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken entsprechend Fig.3 ein Paar von Spannungsanlenkschaltern
H1 und H2 parallel zu den Vakuum-Umschaltern V1 und V2 geschaltet, in der Weise,
daß sie normalerweise im Betrieb die entsprechenden Vakuum-Umschalter V1 und V2
und den Überschaltnebenschluß bestehend aus einem Widerstand R und dem Vakuum-Umschalter
V3 kurzJchZleXen und sie nur während eines Stufenunschaltvorganges entsprechend
dem Betriebsdiagramm von Fig.4 geöffnet sind Die Schaltbilder von Fig.8 und 9 sind
Abwandlungen der Schaltbilder von Fig.5 und 6, wobei in gleicher Weise wie in Fig.3
ein Paar von Spannungsanlenkschaltern H1 und 112 parallel zu den Vakuum-Umschltern
V1 und V2 so geschaltet ist, daß sie diese Vakuum-Umschalter V1 und V2 und den Überschaltnebenschluß
bestehend aus der Vakuumschaltröhre V3 und einen Widerstand R oder den aufgeteilten
Widerständen 1/2 R + 1/2 R freigeben oder kurzschließen.
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Wie in Fig.7 erkennbar, haben diese Schaltungen eine mit derjenigen
in Fig.4 gezeigten identische Schaltfolge.
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In den Schaltbildern Fig.11, 12 und 13 wird eine Stufenumschaltung
vorgenommen mittels z.B. Drehschaltern, die eine ähnliche Funktion haben wie die
Kombination des Zusatzschalters St und des Spannungsanlenkschalters Hi, sowie die
Kombination des Zusatzschalters 52 und des Spannungsanlenkschalters H2, wie jeweils
in den Schaltbildern von Fig.3,8 und 9 gezeigt.
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Im folgenden wird die Funktion anhand der Schaltbilder erklärt.
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Die Schaltfolgen der bekannten Schaltungen von Fig.1, 5 und 6 sind
im Betriebsdiagramm Fig.2 zusammengefaßt; Die Schaltfolgen der Schaltungen der Erfindung
gesäß Fig.3, 8 und 9 sind im Betriebsdiagramm Fig.4 zusammengefaßt. Das Betriebsdiagramm
Fig.2 zeigt die Umschaltung von Anzapfung T1 auf Anzapfung T2 und zwar in der Stellunge
wenn die Anzapfung T1 leitend ist. In dieser Stellung fließt der Strom über den
Zweig Tl-Sl-Vl-O und die Vakuum-Umschalter V2 und V3 auf der nichtleitenden Seite
stehen in der Offenstellung Jedoch kann, da der Schalter S2 auch in der Offenstellung
ist und einen genügenden Elektrodenabstand aufweist, die Spannung zwischen den Anzapfungen
durch den Schalter S2 gehalten werden. Sonit kann dio Schaltung einen Angriff iner
Stoßspannung voll widerstehen. Die Schalter 51 und S2 sind beide lediglich während
des Stufenumschaltvorganges oder während der Schaltperiode t2 in ihren geschlossenen
Stellungen. Wenn einmal eine Anzapfung gewählt worden ist, behalten die Schalter
S1 oder S2 auf der Seite der stromführenden Anzapfung TI oder T2 ihre geschlossene
Position, wohingegen die anderen Schalter S2 oder S1 auf der Seite der nichtstromführenden
Anzapfung T2 oder TI geöffnet sind. In diesem Augenblick ist der Vakuum-Umschalter
auf der nichtstromführenden Seite auch geöffnet. Demzufolge werden z.B.
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in der Schaltstellung von Fig.1 die Verbindungselemente zwischen den
Klemmen d und e der nichtstromführenden Vakuum-Unschalter V2 und V3 und die Klemme
c des Schalters S2 spannungsmäßig angehoben. Um die zu verhindern, sind die Vakuum-Umschalter
V1 und V2 durch die Nebenschlüsse über brückt und der aufgezeigte sonst potentialmäßig
angehobene Verbindungskreis ist an den Sternpunkt 0 angeschlossen, so daß'die Vakuum-Umschalter
V1 und V2 nur während einer kurzen Periode kurz vor und kurz nach der Stufenumschaltung
geöffnet sind, sonst aber während der ganzen übrigen Zeit in ihrer geschlossenen
Stellung gehalten sind.
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Während des Umschaltvorganges von Anzapfung T2 auf T1 oder auf eine
dritte Anzapfung T3 (nicht gezeigt) erfolgt der Vorgang in Ubereinstimmung mit einer
Schrittfolge, die genau derjenigen der in Fig.4 gezeigten entgegengesetzt ist.
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Da die Schalterkombinationen S1 und H1 und S2 und H2 komplizierte
Betriebsvorgänge aufweisen, kann jede Kombination durch einen einfachen Drehschalter
wie in Fig. 11, 12 und 13 ersetzt werden und das Spannungspotential dieses Kreises
kann am Nullpunkt gehalten werden oder auf dem Potential der nichtstromführenden
Anzapfung.
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Die Erfindung ist an einen Laststufenschalter mit einem Widerstand
und drei Schaltröhren beschrieben und dargelegt, sie kann genauso angewendet werden
auf einen Last stufenschalter mit zwei Widerständen und vier Schaitröhren.
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Zusamsengefaßt schlägt die Erfindung die Verwendung von Zusatzschaltern
als Schutzmittel vor, die einen Lastgtufenschalter mit Vakuumschaltern vor dem Eindringen
von Stoßspannungen schützen. Die benannten Zusatzschalter besitzen eine höhere Stehstoßspannung
als die Vakuumumschalter, Die Erfindung schlägt auch die Verwendung einer Reihenschaltung
vor, die aus einem Strombegrenzungswiderstand und z.B. einer Funkenstrecke besteht,
die eine niedrigere Stehstoßspannung aufweist als die Vakuumumschalter, so daß ein
Durchzünden durch diese Reihenschaltung unmittelbar beim Auftreffen einer Stoßspannung
erfolgt und die Vakuum-Umschalter geschützt sind. Die genannte Reihenschaltung dient
auch dazu, die Schaltelemente, die ansonsten im Potential angehoben werden könnten,
an einen neutralen Potentialniveau zu halten, um so sowohl elektrische als auch
mechanische Nachteile zu vermeiden Infolgedessen verbessert die Erfindung die Sicherheit
des Laststufenschalters und erhöht damit die Verläßlichkeit des Transformatorbetriebes.
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- Patentansprüche -