DE4244770C2 - Stufenschalter - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stufenschalter, wie in dem Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben. Ein Stufenschalter dieser Art ist bekannt aus der DE 39 19 596 A1.

Im Stand der Technik wird ein Stufenschalter zur Spannungseinstellung bei einem belasteten Transformator verwendet, durch Bereitstellung von mit Anzapfungen versehenen Wicklungen des Transformators, und durch Umschalten der Anzapfungen. Kürzlich vorgeschlagene Stufenschalter verwenden ein Vakuumventil anstelle eines Unterbrechungselements des ölgekapselten Typs, um dessen Größe zu verringern, jedoch die Verläßlichkeit zu erhöhen.

Ein Beispiel für einen Stufenschalter unter Verwendung eines Vakuumventils ist eine mit zwei Widerständen und vier Ventilen versehene Schaltung, wie sie in der japanischen Veröffentlichung Nr. 62-16004 eines geprüften Patents beschrieben ist. Die Schaltung verwendet zwei Vakuumventile, um die Schwierigkeit bezüglich der niedrigen Spannungsfestigkeit zwischen den Kontakten zu überwinden. Die beiden Vakuumventile sind in Reihe geschaltet, um so einen UND-Zustand herzustellen.

Diese Vorgehensweise erfordert 6 Widerstände und 12 Vakuumventile für eine Schaltungsanordnung mit drei Phasen.

Diese Vorgehensweise ist geeignet für ein Gerät großer Kapazität bzw. Schaltleistung, bei welchem der Verläßlichkeit die höhere Priorität eingeräumt wird. Im Gegensatz hierzu ist diese Vorgehensweise nicht für ein Gerät kleiner Kapazität geeignet, da zahlreiche Elemente das Gerät teuer machen und keine kompakte Auslegung zulassen. Es gibt bekannte Lösungen des Problems, von denen eine ein Stufenschalter mit einem Widerstand und drei Ventilen ist, wie in der japanischen Veröffentlichung Nr. 57-194509 eines ungeprüften Patents beschrieben, und eine andere ist ein Stufenschalter mit einem Widerstand und einem Ventil, der in der japanischen Veröffentlichung eines ungeprüften Patents Nr. 60-47405 beschrieben ist.

Diese Techniken sind gegenüber dem Stufenschalter, der voranstehend erwähnt wurde und zwei Widerstände und vier Ventile aufweist, im Hinblick auf die Anzahl der Schaltungselemente vorteilhaft, da diese verringert wird. Allerdings erfordert der Stufenschalter des Typs mit einem Widerstand und drei Ventilen Spannungsfestigkeit der Vakuumventile zwischen den Kontakten, wogegen der Stufenschalter mit einem Widerstand und einem Ventil eine verlängerte Leitungszeit des strombegrenzenden Widerstands aufgrund seines mechanischen Aufbaus zeigt, wodurch ein Widerstand mit großer thermischer Kapazität erforderlich wird. Daher sind diese Arten nicht vollständig zufriedenstellend.

Aus der DE-PS 8 90 378 ist ein Widerstand für einen Lastschalter bekannt, der bandförmig gestaltet und von einem gasförmigen Medium gekühlt sein kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stufenschalter der eingangs genannten Art anzugeben, dessen Gesamt-Verläßlichkeit vergrößert ist, und dessen Aufbau praktischer ist, mit kompakten Abmessungen und niedrigem Preis. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, wie im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben. Die vorliegende Erfindung ist nachstehend geschildert:

Es wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Stufenschalter zur Verfügung gestellt, der folgende Teile aufweist: ein Hauptventil H und ein Widerstandsventil W als ein Stromabschaltelement, und bei einem Vorgang der Anzapfungs-Umschaltung verwendete strombegrenzende Widerstände 206A, 206B, wobei weiterhin eine Antriebswelle 202 vorgesehen ist, die direkt mit einem Energiespeichergerät 201 verbunden ist, ein auf der Antriebswelle 202 befestigter Nocken 207, um das Hauptventil H und das Widerstandsventil W in einer vorbestimmten Reihenfolge zu schließen, und eine auf dem Nocken 207 befestigte Rippe 271, um während der Drehung der Antriebswelle 202 den strombegrenzenden Widerständen einen Gasstrom zuzuführen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Aufsicht mit einer Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3A und 3B Zeichnungen mit einer Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 3A eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III in Fig. 2 ist und Fig. 3B eine vergrößerte Zeichnung eines Hauptteils;

Fig. 4 ein Schaltbild eines Umschalters des Typs mit zwei Widerständen;

Fig. 5A bis 5D Zeichnungen zur Erläuterung eines Betriebsablaufs des Umschalters mit zwei Widerständen.

Es wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die Fig. 1 bis 5 erläutert. Zunächst wird unter Bezug auf die Fig. 4 und 5 die Erwärmung erläutert, die in einem strombegrenzenden Widerstand in einem üblichen Stufenschalter hervorgerufen wird.

Es gibt unterschiedliche Umschaltverfahren für den Stufenschalter, und zur Erläuterung wird eines bei einem konventionellen Typ mit zwei Widerständen verwendet. Fig. 4 ist ein Schaltbild eines Stufenschalters mit zwei Widerständen, und Fig. 5 zeigt einen Umschaltvorgang (A), eine Widerstands-Leitungszeit (B), und einen Erwärmungszustand des Widerstands (C). In Fig. 4 bezeichnet T_W eine Anzapfungswicklung, 1 und 2 Anzapfungen der Wicklung, und M₁, M₂ Anzapfungs-Selektoren zur Auswahl der Anzapfungen im stromlosen Zustand. H_A, H_B sind Hauptventile, W_A, W_B Widerstands-Ventile, und 206A, 206B strombegrenzende Widerstände, auf welche die vorliegende Erfindung gerichtet ist. Fig. 5 zeigt in (A) ein Umschaltsequenzdiagramm, in welchem, nachdem das Hauptventil H_A öffnet, das Widerstands-Ventil W_B nach t₁ schließt, und das Widerstands-Ventil W_A nach t₂ öffnet. Daraufhin, nach t₃, schließt das Hauptventil H_B und beendet einen Vorgang. In den Zeichnungen repräsentiert eine durchgezogene Linie einen geschlossenen Zustand. (B) in Fig. 5 zeigt die Leitungszeiten der strombegrenzenden Widerstände 206A, 206B bei dem voranstehend beschriebenen Prozeß. Der strombegrenzende Widerstand 206A wird nach einer Lichtbogenzeit t_a des Hauptventils H_A eingeschaltet und bleibt eingeschaltet während einer Zeit T₁ bis zu einer Lichtbogenzeit t_b (Löschung des Lichtbogens) des Widerstands-Ventils W_A. Der strombegrenzende Widerstand 206B ist eingeschaltet während einer Zeit T₂ zwischen einer Zeit des Schließens des Widerstands-Ventils W_B und einer Zeit des Schließens des Hauptventils H_B. In (B) von Fig. 5 ist ein Einschaltzustand durch eine dicke Linie dargestellt. In Fig. 5 zeigt (C) einen Erwärmungszustand der Widerstände 206AQ, 206BQ, abhängig von den voranstehend erwähnten Leitungszeiten der Widerstände, wobei die Erwärmung der Widerstände proportional zu den Leitungszeiten T₁, T₂ zunimmt, wobei nach T₁ und T₂ Maxima auftreten. Eine Betriebszeit T des Stufenschalters wird derart eingestellt, daß das Abschalten des Hauptventils und des Widerstands-Ventils sichergestellt ist. Eine Wechselspannungs-Löschung des Lichtbogens kann ohne einen Stromfluß durchgeführt werden. Dann wird die Leitungszeit des strombegrenzenden Widerstands derart gesteuert, daß sie so niedrig wie möglich ist, um die Lichtbogen-Löschungszeit sicherzustellen, und um eine Erhöhung der Größe zu vermeiden, also im einzelnen auf etwa 40 bis 50 ms. Das wirksamste Kühlungsverfahren zum Kühlen der strombegrenzenden Widerstände besteht darin, eine Kühleinrichtung nahe einem Punkt maximaler Erwärmung zu betreiben.

Für einen Stromabschaltvorgang des Stufenschalters wird die in dem Energiespeichergerät gespeicherte Energie als Drehkraft auf die Antriebswelle von einem Ausgang des Energiespeichergeräts übertragen, um den Stufenschalter zu betätigen. Ein Stufenschalter des ölgekapselten Typs kann die Stromabschaltung einstellen, da in ihm ein Isolieröl vorhanden ist, welches eine Widerstandskraft zum Steuern einer Drehgeschwindigkeit der Welle ausübt. Bei einem Stufenschalter des gasisolierten Typs gibt es kein Medium, das wie das Isolieröl eine Widerstandskraft zur Verfügung stellen kann. Bei dem gasisolierten Typ wird die gespeicherte Energie von dem Energiespeichergerät direkt als Drehkraft an die Antriebswelle ohne Widerstand und daher ohne eine Kontrolle der Geschwindigkeit übertragen. Da die gespeicherte Energie mit einer Erhöhung der Kapazität zunimmt, wird der Betriebsablauf des Stufenschalters schneller, was die Einstellung der Stromabschaltung noch schwieriger macht.

Als nächstes wird die dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im einzelnen unter Bezug auf die Fig. 1 bis 3B erläutert.

Die Bezugsziffer 201 bezeichnet ein Energiespeichergerät, welches eine Schraubenfeder als Antriebsquelle verwendet, und welches Energie dadurch speichert, daß die Schraubenfeder um einen vorbestimmten Betrag vorgespannt wird, und welches die Energie abgibt, nachdem der vorbestimmte Energiebetrag gespeichert ist, um für eine Welle 202 eine Drehkraft zur Verfügung zu stellen. Ein Nocken 207 ist über Rippenabschnitte 271 auf der Antriebswelle 202 befestigt, um eine momentane Betätigung um einen vorbestimmten Winkel THETA mit der Antriebswelle 202 durchzuführen. Der Nocken 207 weist zwei Windungen von Öffnungs-/Schließ-Nuten 272 auf seinem Umfang auf, von denen eine zum Öffnen und Schließen der Hauptventile (H_A, H_B) dient, und die andere zum Öffnen und Schließen der Widerstandsventile (W_A, W_B). Die Rippenabschnitte 271 bestehen aus einer dünnen Platte und sind mit gleichem Abstand radial von der Antriebswelle 202 angeordnet. Wie in Fig. 3B gezeigt, sind die Rippenabschnitte 271 dreieckig. Die Rippenabschnitte 271 sind derart ausgebildet, daß ein Gasstrom entweder bei einer Drehung im Uhrzeigersinn oder bei einer Drehung im Gegenuhrzeigersinn nach oben erfolgt. Die Bezugsziffern 208, 208′ sind Antriebsstangen, die in die Nockennuten eingepaßt sind, um das Hauptventil (H_A) und das Widerstands-Ventil (W_A) zu öffnen und zu schließen.

Die Bezugsziffer 203 bezeichnet ein Widerstandsgehäuse, in welchem ein Widerstandsband 204 eingeschlossen ist, und welches auf einer Halterung 205 befestigt ist. Die strombegrenzenden Widerstände 206A, 206B sind radial mit gleichem Abstand angeordnet, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Es gibt sechs Widerstände, die wie dargestellt angeordnet sind. Die Bezugsziffer 216 bezeichnet einen Gebläsestrom-Führungskanal, der unterhalb des Widerstandsbandes 204 angeordnet ist und einen Gasstrom von dem Nocken 207 zu dem Widerstandsgehäuse 203 in der Richtung der Pfeile in Fig. 2 leitet. Der Gebläsestrom-Führungskanal 216 dient dazu, soviel Gas zum Widerstandsband 204 strömen zu lassen wie möglich. Die Bezugsziffer 211 bezeichnet eine Halterung, die an der Halterung 205 über drei Schraubbolzen 210 befestigt ist.

Nachstehend wird der Betriebsablauf des Abschaltmechanismus des wie voranstehend beschrieben aufgebauten Stufenschalters erläutert.

Das Energiespeichergerät 201 empfängt eine Kraft von einem nicht dargestellten Kraftbetätigungsmechanismus. Das Energiespeichergerät 201 speichert Energie durch eine nicht dargestellte Schraubenfeder, die als Antriebsquelle vorgespannt wird. Wenn die gespeicherte Energie einen vorbestimmten Betrag erreicht, gibt das Gerät die gespeicherte Energie wieder ab, damit für die Antriebswelle 202 eine Drehkraft zur Verfügung steht. Dann dreht sich der auf der Antriebswelle 202 befestigte Nocken 207. Die Drehung des Nockens 207 verschiebt die Öffnungs-/Schließ-Nuten 272 für das Ventil, um die Hauptventile (H_A, H_B) und die Widerstands-Ventile (W_A, W_B) in vorbestimmter Reihenfolge zu öffnen und zu schließen. Während sich die Ventile öffnen und schließen, fließt ein Strom durch die strombegrenzenden Widerstände 206A, 206B und erwärmt die Widerstandsbänder 204. Dieser Vorgang ist in Fig. 5 dargestellt, und die Einzelheiten wurden bereits voranstehend anhand der konventionellen Vorrichtung erläutert. Während sich der Nocken 207 dreht, veranlassen die Rippen (Rippenabschnitte) 271 des Nockens nach oben gerichtete Gasströme dazu, daß das Gas durch den Gebläsestrom-Führungskanal 216 den Widerstandsbändern 204 zugeführt wird. Wie unter (B) von Fig. 5 gezeigt, nimmt der Gasstrom proportional zur Drehgeschwindigkeit des Nockens 207 zu, mit einem Maximum bei einem Drehwinkel THETA des Nockens. Die strombegrenzenden Widerstände nehmen die höchste Temperatur an nach den Leitungszeiten T₁, T₂ wie bei (B) und (C) in Fig. 5 gezeigt ist. Wenn der Gasstrom an dem höchsten Punkt in das Widerstandsgehäuse eingeführt wird, um dieses zu kühlen, so wäre der Kühlwirkungsgrad am höchsten. Eine derartige Einrichtung wäre wirksam zur Verringerung der Temperatur am höchsten Punkt der Widerstandsbänder 204.

Bezüglich des Nockens 207 wird angemerkt, daß die Drehgeschwindigkeit proportional zu einer Winkelverschiebung des Nockens steil ansteigt, da die Schraubenfeder als eine Antriebsquelle verwendet wird.

Dieses Phänomen ist äußerst ungünstig für einen Stufenschalter, der in Luft oder Gas verwendet wird, weil immer Lichtbogen-Löschzeiten t_a, t_b erforderlich sind, für die Stromabschaltung des Hauptventils H_A und des Widerstands-Ventils W_A in der unter (A) von Fig. 5 gezeigten Umschaltsequenz.

Der voranstehend erwähnte steile Anstieg der Rotationsgeschwindigkeit führt zu einer Abnahme von t₃, verglichen mit der Umschaltzeit t₁, und verursacht hierzwischen ein Ungleichgewicht. Der Abschaltstrom für das Hauptventil ist annähernd gleich dem für das Widerstands-Ventil. Daher sollten die Zeiten t₁ und t₃ in idealer Weise einander gleich sein. Im Falle eines ölgekapselten Typs weist ein Isolieröl einen hohen Fluidwiderstand auf, was einen Vorteil bezüglich einer verhältnismäßig einfachen Geschwindigkeitskontrolle darstellt. Da Luft oder Gas eine viel geringere Dichte als Öl aufweisen, ist eine Einrichtung zur Begrenzung der Geschwindigkeit erforderlich. Bei der vorliegenden Ausführungsform arbeiten die Rippen 271 des Nockens 207 für die Geschwindigkeitskontrolle, damit die Zeiten t₁ und t₃ im wesentlichen identisch gehalten werden.

Vorteilhafte Wirkungen und Vorteile der Ausführungsform

• (1) Der Nocken 207 weist die Funktion auf, das Hauptventil und das Widerstands-Ventil zu öffnen und zu schließen, eine Funktion, um mittels eines Gasstroms wirksam die erwärmten Widerstandsbänder 204 zu kühlen, und eine Funktion, um die Drehgeschwindigkeit bei momentaner Drehung zu steuern, so daß ein Stufenschalter des gasgefüllten oder luftgefüllten Typs zur Verfügung gestellt werden kann, der so kompakt ist wie einer des ölgekapselten Typs.
• (2) Der maximale Gasstrom wird den Widerstandsbändern 204 bei der Maximaltemperatur zugeführt, so daß eine Kühlung mit dem höchsten Wirkungsgrad erhalten werden kann.
• (3) Die Drehgeschwindigkeit kann einfach dadurch eingestellt werden, daß die Fläche der Rippen 271 des Nockens 207 geändert wird, die dem Gebläsestrom ausgesetzt ist, selbst dann, wenn die Schraubenfeder als Antriebsquelle eine größere statische Energie bei ansteigender Kapazität aufweist.

Claims (3)

1. Stufenschalter zur Umschaltung von Transformator-Anzapfungen unter Last, mit einem Hauptventil (H) und einem Widerstands-Ventil (W) als ein Stromabschalteelement, und mit strombegrenzenden Widerständen (206A, 206B), die nach einer Betätigung der Anzapfungs-Umschaltung einschaltbar sind, wobei weiterhin eine direkt an ein Energiespeichergerät (201) angeschlossene Antriebswelle (202) und ein auf der Antriebswelle (202) befestigter Nocken (207) vorgesehen sind, derart, daß das Hauptventil (H) und das Widerstands-Ventil (W) in einer vorbestimmten Reihenfolge zu öffnen und zu schließen sind, dadurch gekennzeichnet, daß Rippen (271) auf dem Nocken (207) derart befestigt sind, daß sie während der Drehung der Antriebswelle (202) einen Gasstrom in Richtung auf die strombegrenzenden Widerstände zur Verfügung stellen können.

2. Stufenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (271) weitere Rippen zur Befestigung des Nockens (207) auf der Antriebswelle (202) umfassen.

3. Stufenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Rippen (271) und den strombegrenzenden Widerständen (206A, 206B) ein Gebläsestrom-Führungskanal (216) vorgesehen ist.