DE4237165C1

DE4237165C1 - Einpoliger Stufenschalter mit linearer Kontaktbetätigung für einen Stufentransformator

Info

Publication number: DE4237165C1
Application number: DE19924237165
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr Ing Dohnal; Josef Neumeyer
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Priority date: 1992-11-04
Filing date: 1992-11-04
Publication date: 1994-03-17
Anticipated expiration: 2012-11-05

Description

Die Erfindung betrifft einen einpoligen Stufenschalter mit linearer Kontaktbetätigung für einen Stufentransformator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Stufenschalter sind bekannt: CH-PS 501 990.

Üblicherweise sind Stufenschalter bzw. deren -wähler nach dem Prinzip der Widerstandsschnellschaltung so aufgebaut, daß die jeweils mit einer Ausleitung der Stufenwicklung elektrisch in Verbindung stehenden festen Stufenkontakte in einer oder mehreren horizontalen Ebene bzw. Ebenen kreisförmig an einem Isolierstoffgerüst oder -zylinder angeordnet und durch von konzentrischen Antriebswellen betätigte drehbare Kontaktbrücken beschaltbar sind. Aus der bereits erwähnten CH-PS 501 990 ist ein Stufenschalter bekannt, bei dem die festen Kontakte in zwei parallelen Bahnen linear angeordnet und durch einen längs verschiebbaren Kontakt betätigbar sind, wobei mittels einer Gewindespindel die Drehbewegung der Antriebswelle in eben diese Längsverschiebung umgewandelt wird. Die Lastumschaltung erfolgt dabei direkt durch den längsverschiebbaren Kontakt; es handelt sich bei diesem Schalter also um einen Lastwähler, der aufgrund der beim Schalten unvermeidbaren Lichtbogenbildung nur für geringe zu schaltende Ströme anwendbar ist, dies umso mehr, als keine Mittel zur sprunghaften Lastumschaltung vorgesehen sind, sondern die Bewegung des verschiebbaren Kontaktes langsam und kontinuierlich durch die erwähnte Gewindespindel erfolgt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen linearen einpoligen Stufenschalter vorzustellen, bei dem im Gegensatz zum Stand der Technik die Stufenwahl und die eigentliche Lastumschaltung getrennt erfolgen, d. h. bei dem zuerst eine leistungslose Anwahl des neuen zu beschaltenden Festkontaktes erfolgt und anschließend eine sprungartige Lastumschaltung vorgenommen wird, damit, besonders auch bei Luft als Schaltmedium, eine bekannten Stufenschaltern vergleichbare Schaltleistung zu erreichen ist. Dies wird erfindungsgemäß durch einen Stufenschalter gemäß Anspruch 1 erreicht. Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Besonders vorteilhaft am erfindungsgemäßen Stufenschalter ist die vollzogene Trennung von Stufenwahl und Lastumschaltung bei linearer Kontaktanordnung und -betätigung. Die separate Lastumschaltung ermöglicht insbesondere den Einsatz von Vakuumschaltröhren als Schalter, die in Verbindung mit einem Kraftspeicher zu ihrer Betätigung das Schalten wesentlich höherer Lastströme gestatten, als es die kombinierten Lastwähler nach dem Stand der Technik ermöglichen. Ein Federkraftspeicher für einen Regelschalter für Stufentransformatoren ist z. B. aus der DE-PS 6 38 947 bekannt. Zugleich ist durch den Einsatz von Vakuumschaltröhren der gesamte Stufenschalter ohne weiteres mit Luft als Schaltmedium funktionsfähig; dadurch und durch die lineare Kontaktanordnung ist er besonders vorteilhaft zur Anordnung direkt an zu beschaltenden Trockentransformatoren, Gießharztransformatoren etwa, geeignet. Mehrere erfindungsgemäße einpolige Stufenschalter sind ohne weiteres modular zur Schaltung mehrpoliger Transformatoren kombinierbar.

Zwar ist aus der DE-PS 6 39 885 bereits ein linear beschaltbarer dreiphasiger, sogenannter ABC-Stufenschalter bekannt, bei dem ein Schaltkontakt von einer Gewindespindel kontinuierlich antreibbar ist und im stationären Zustand drei benachbarte Stufenkontakte überbrückt, und bei dem dieser Schaltkontakt in Bewegungsrichtung in eine Hilfsbürste und weitere Bürstenteile unterteilt ist, die voneinander elektrisch isoliert angeordnet sind und über einen federbetätigten Wippenschalter wahlweise elektrisch miteinander verbindbar sind, die Hilfsbürste dabei über einen Überschaltwiderstand mit den übrigen Bürstenteilen. Diese Anordnung ist jedoch dadurch, daß der Schaltkontakt drei benachbarte Stufenkontakte, von denen jeder einer anderen Phase zugeordnet ist, elektrisch miteinander verbindet und solcherart einen jeweils variablen Sternpunkt bildet, ausschließlich für solche dreiphasigen ABC-Schalter geeignet. Darüber hinaus sind bei diesem bekannten Stufenschalter keine getrennt oder gar unabhängig voneinander bewegbare Kontakte vorhanden, vielmehr ist ein konstruktiv einteiliger Schaltschlitten in drei voneinander elektrisch isolierte, jedoch von der Antriebswelle gemeinsam bewegbare Kontaktbürsten, die ihre relative Lage zueinander nicht ändern können, unterteilt. Eine wie auch immer geartete sprungartige Bewegung einer Kontaktbürste ist daher nicht möglich. Aus dieser Schrift ist auch weiterhin bereits bekannt, für den Kontaktschlitten eine oder zwei Schleifschienen vorzusehen, die sich in Längsrichtung erstrecken. Diese Schleifschienen dienen jedoch lediglich dazu, die Gewindespindel vom Bürstendruck zu entlasten.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Zeichnungen beispielhaft näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt einen Stufenschalter von oben in Schnittdarstellung,

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt dazu,

Fig. 3 zeigt ein einzelnes Abtriebsteil schematisch in perspektivischer Darstellung,

Fig. 4 zeigt das Schaltungsschema eines solchen Stufenschalters,

Fig. 5 zeigt ein dazugehöriges Schaltdiagramm.

Der Stufenschalter besteht aus einem Gehäuse 1, wobei sich an seiner Stirnseite vertikal angeordnet die festen Stufenkontakte 2 befinden, die jeweils aus zwei Kontaktteilen 2.1, 2.2 bestehen, die sich parallel zueinander in das Innere des Stufenschalters erstrecken. Von oben führt eine von einem Antrieb 3 abgeleitete Gewindespindel 4 in das Gehäuse 1. Auf der den festen Stufenkontakten 2 abgewandten Seite des Gehäuses 1 sind, sich vertikal erstreckend, zwei Kurvenschienen 5, zwei Führungsschienen 6 und eine Ableitschiene 7 angeordnet, deren Funktion noch näher erläutert wird. Der Stufenschalter weist weiterhin einen Federenergiespeicher auf, der aus einem rohrförmigen Aufzugsschlitten 8 besteht, der von einer Druckfeder 9 umschlossen wird und seinerseits die Gewindespindel 4 umschließt, von der er angetrieben wird. Am Aufzugsschlitten 8 sind elektrisch isoliert ein vorwählender Hilfskontakt 10, der jeweils ein Kontaktteil 2.1 des jeweils gewählten festen Stufenkontaktes 2 überstreicht bzw. umfaßt, sowie weiterhin eine sich vertikal erstreckende Auslösekontur 20 befestigt. Der Federenergiespeicher besteht weiterhin aus einem im wesentlichen U-förmigen Abtriebsteil 11. Fester integraler Bestandteil des Abtriebsteiles 11 und damit dessen sprungartige Bewegung nach Auslösung mitvollziehend sind ein Schaltkontakt 12, der das jeweils andere Kontaktteil 2.2 jedes festen Stufenkontaktes 2 beschaltet, zwei Vakuumschalter 13, 14 als zusätzlicher Schalter, eine leitende Kontaktschiene 15, ferner Rollen 24, 25 sowie Winkelhebel 26, 27 zur Betätigung der Vakuumschalter 13, 14, ferner ein Ableitkontaktmesser 18, das mit der Ableitschiene 7 in Verbindung steht und schließlich mindestens ein Überschaltwiderstand 19.

Die beschriebenen Bauteile sowie weitere konstruktive Einzelheiten sollen nachfolgend anhand der Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Stufenschalters noch näher erläutert werden. Soll eine Umschaltung erfolgen, vollführt die Gewindespindel 4 eine Drehbewegung und bewegt den rohrförmigen Aufzugsschlitten 8, der sie umgibt, je nach Drehrichtung kontinuierlich nach oben oder unten. Dadurch wird die Druckfeder 9, die sich gegen ein oberes Widerlager 9.1 bzw. ein unteres Widerlager 9.2 abstützt, gespannt; der Federenergiespeicher wird also aufgezogen. Bei dieser Bewegung des Aufzugsschlittens 8 relativ zum noch stillstehenden Abtriebsteil 11 läuft eine Rolle 21 eines Auslöseriegels 22 des Abtriebsteiles 11 auf der sich ebenfalls vertikal bewegenden Auslösekontur 20, die Schrägen 20.1, 20.2 aufweist. Gleichzeitig bewegt sich der fest mit dem Aufzugsschlitten 8, elektrisch isoliert verbundene vorwählende Hilfskontakt 10; er verläßt den ursprünglichen festen Stufenkontakt 2 und erreicht den nächsten - je nach Antriebsrichtung - darüber oder darunter befindlichen neuen festen Stufenkontakt. Mit seinem anderen Ende schleift der vorwählende Hilfskontakt 10 auf der Kontaktschiene 15, die über den mindestens einen Überschaltwiderstand 19 mit der Vakuumzelle 13 verbunden ist. Anschließend erreicht die Rolle 21 die jeweilige Schräge 20.1 oder 20.2; der Auslöseriegel 22 wird horizontal aus der Arretierung 23 in der Führungsschiene 6 verschoben, und das komplette Abtriebsteil 11 folgt sprunghaft der vorausgegangenen Bewegung des Aufzugsschlittens 8. Dabei übernimmt die Führungsschiene 6 die mechanische, vertikale Führung. Dabei verläßt der Schaltkontakt 12 nunmehr ebenfalls den bisherigen festen Stufenkontakt 2 und erreicht ein Kontaktteil des neuen Stufenkontaktes, auf dessen anderem Kontaktteil bereits der Hilfskontakt 10 aufliegt. Der Hilfskontakt 10 ist über die Kontaktschiene 15 über eine Reihenschaltung aus dem mindestens einen Überschaltwiderstand 19 und der ersten Vakuumschaltröhre 13 mit der Lastableitung verbunden. Der Schaltkontakt 12 seinerseits ist über die zweite Vakuumschaltröhre 14 und das fest damit verbundene Ableitkontaktmesser 18 mit der Ableitschiene 7 und damit ebenfalls mit der Lastableitung verbunden. Die Fig. 4 zeigt diese Zusammenhänge schematisch.

Die Steuerung der Vakuumzellen 13 und 14 erfolgt durch weitere Rollen 24, 25, die auf der jeweils zugehörigen Kurvenschiene 5 laufen, wobei die Kurvenschienen 5 an der Rollenlaufseite eine Schaltkontur aufweisen, derart, daß die darauf laufenden Rollen 24, 25 diese über an sich bekannte Winkelhebel 26, 27 und nicht dargestellte Zugstangen auf den jeweiligen Schaltstift der entsprechenden Vakuumschaltröhre 13, 14 übertragen.

Bei einer Lastumschaltung bewegt sich demnach der vorwählende Hilfskontakt 10 von "n" nach "n+1". Sobald der Hilfskontakt 10 die neue Stellung erreicht hat, wird das Abtriebsteil 11 ausgelöst; es setzt dessen sprungartige Bewegung ein, und es vollziehen sich nacheinander folgende Schaltschritte:
1. Die erste Vakuumschaltröhre 13 schaltet den Kreisstrom ein,
2. die zweite Vakuumschaltröhre 14 schaltet den Laststromzweig "n" zur Lastableitung ab,
3. der Schaltkontakt 12 bewegt sich von "n" nach "n+1",
4. die zweite Vakuumschaltröhre 14 schaltet den Laststromzweig "n+1" zur Ableitung ein, damit ist die Umschaltung vollzogen, und
5. die erste Vakuumschaltröhre 13 schaltet in die Ausgangsstellung zurück.

Dieser Schaltablauf ist in Fig. 5 graphisch dargestellt.

Claims

1. Einpoliger Stufenschalter mit linearer Kontaktbetätigung für einen Stufentransformator, wobei feste Stufenkontakte längs einer linearen Bahn sich in das Innere des Stufenschalters erstrecken und durch einen verschiebbaren Schaltmechanismus beschaltbar sind, der direkt kontinuierlich von einer Gewindespindel angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltmechanismus als Aufzugsschlitten (8) ausgebildet ist, durch den ein Abtriebsteil (11) mittels eines an sich bekannten Federenergiespeichers aufziehbar ist, wobei das Abtriebsteil (11) nach dessen Auslösung sprungartig dem Aufzugsschlitten (8) nachläuft, daß der Aufzugsschlitten (8) mit einem als Vorwählkontakt ausgebildeten Hilfskontakt (10) mechanisch verbunden ist, der mit jedem der festen Stufenkontakte (2) in Kontakt bringbar ist und über mindestens einen Überschaltwiderstand (19) und einen ersten zusätzlichen Schalter (13) mit einer Lastableitung elektrisch in Verbindung steht, daß das Abtriebsteil (11) fest mit einem Schaltkontakt (12) verbunden ist, der ebenfalls mit jedem der festen Stufenkontakte (2) in Kontakt bringbar ist und über einen zweiten zusätzlichen Schalter (14) wiederum mit der Lastableitung elektrisch in Verbindung steht, und daß das Abtriebsteil (11) weiterhin mechanisch fest mit den beiden zusätzlichen Schaltern (13, 14) sowie mit Mitteln zu deren Betätigung (24, 25, 26, 27) verbunden ist.

2. Einpoliger Stufenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzugsschlitten (8) rohrförmig ausgebildet und von einer zum Federenergiespeicher zugehörigen Druckfeder (9), die sich gegen das Abtriebsteil (11) abstützt, umschlossen ist, wobei der Aufzugsschlitten (8) seinerseits die Gewindespindel (4) umschließt.

3. Einpoliger Stufenschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskontakt (10) als Kontaktbrücke ausgebildet ist, deren freies Ende an einer elektrisch leitenden Kontaktschiene (15) schleift, die über den mindestens einen Überschaltwiderstand (19) und den ersten Schalter (13) mit der Lastableitung elektrisch verbunden ist.

4. Einpoliger Stufenschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschiene (15) elektrisch isoliert am Abtriebs teil (11) befestigt ist.

5. Einpoliger Stufenschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtriebsteil (11) mittels eines Ableitkontaktmessers (18), das mit seinem freien Ende an einer Ableitschiene (7) schleift, mit der Lastableitung elektrisch verbunden ist.

6. Einpoliger Stufenschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Betätigung der zusätzlichen Schalter (13, 14) jeweils eine Rolle (24, 25) vorgesehen ist, die auf jeweils einer Kurvenschiene (5) läuft und über jeweils einen Winkelhebel (26, 27) auf den jeweiligen Schalter (13, 14) einwirkt.

7. Einpoliger Stufenschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der zusätzlichen Schalter (13, 14) als Vakuumschaltzelle ausgebildet ist.

8. Einpoliger Stufenschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösung des Abtriebsteiles (11) durch einen Auslöse riegel (22) erfolgt, der nach vollem Aufzug des Abtriebsteiles (11) jeweils eine zugehörige Arretierung (23) freigibt.

9. Einpoliger Stufenschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Freigabe der Arretierung (23) durch eine Rolle (21) steuerbar ist, die auf einer Auslösekontur (20) läuft.

10. Einpoliger Stufenschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtriebsteil (11) durch mindestens eine Führungsschiene (6) führbar ist.

11. Einpoliger Stufenschalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsschiene (6) die zu jeder möglichen Schaltstellung korrespondierende Arretierung (23) trägt.

12. Einpoliger Stufenschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenschienen (5), die mindestens eine Führungsschiene (6) und die Ableitschiene (7) jeweils parallel zueinander längs der Bewegungsrichtung des Schaltmechanismus verlaufen.

13. Einpoliger Stufenschalter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenschienen (5), die mindestens eine Führungs schiene (6) und die Ableitschienen (7) am Gehäuse (1) des Stufenschalters angeordnet sind.