DE4407945C1

DE4407945C1 - Umschaltanordnung für Lastumschalter und für Lastwähler

Info

Publication number: DE4407945C1
Application number: DE4407945A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr Ing Dohnal; Hans-Henning D Lessmann-Mieske; 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: 1994-03-09
Filing date: 1994-03-09
Publication date: 1995-10-12
Anticipated expiration: 2014-03-10
Also published as: UA44268C2; DE4441082A1; DE19508267C1; DE59506994D1; DE19509744A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Umschaltanordnung für Lastumschalter und für Lastwähler gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches.

Eine solche Umschaltanordnung ist aus der DE-OS 25 20 670 bekannt.

Diese bekannte Umschaltanordnung weist zwei in zwei Richtungen bewegliche, die Lastableitung von dem einen auf den anderen Stufenkontakt umschaltende, Schaltkontakte auf, von denen einer als Hauptschaltkontakt und der andere als Widerstandsschaltkontakt dient, wobei im stationären Zustand beide am gleichen Stufenkontakt anliegen. Die beweglichen Schaltkontakte sind dabei starr miteinander gekoppelt und auf einem gemeinsamen Kontaktträger angeordnet.

Jeder der beweglichen Schaltkontakte ist in Reihe zu einem mechanischen Seriekontakt geschaltet, wobei die beiden Seriekontakte sowohl gleichzeitig als auch einzeln mit der Lastableitung verbindbar sind. Diese wahlweise Verbindung erfolgt durch einen beweglichen mechanischen Trenn- bzw. Umschaltkontakt.

Weiterhin ist bei dieser bekannten Anordnung ein Kraftspeicherantrieb vorgesehen, der bei seiner Auslösung sowohl die beiden beweglichen, mechanisch miteinander gekoppelten Schaltkontakte bewegt als auch den Trennkontakt betätigt.

Diese bekannte Umschaltanordnung hat mehrere Nachteile. Zum einen erfordert sie zwangsläufig einen mechanischen Trennkontakt; Vakuumschaltröhren, die besonders wegen ihrer Abbrandfreiheit und der daraus resultierenden Vermeidung der Verschmutzung des sie umgebenden Mediums sowie wegen ihrer hohen erreichbaren Schaltzahlen vorteilhaft sind, können für die bekannte Umschaltanordnung nicht verwendet werden.

Zum anderen wechseln bei der bekannten Umschaltanordnung je nach Schaltrichtung die Schaltkontakte ihre mechanische Funktion von voreilend in nacheilend bzw. umgekehrt; der Schaltablauf ändert sich mit der Schaltrichtung. Es müssen demnach beide Schaltkontakte vom Kraftspeicher gemeinsam betätigt werden, zusätzlich muß vom Kraftspeicher auch noch - wie erläutert - der mechanische Trennkontakt, der die jeweilige Verbindung zur Lastableitung herstellt, mit betätigt werden, so daß sich insgesamt eine komplizierte Kinematik und ein notwendigerweise mechanisch aufwendiger Kraftspeicher ergeben.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Umschaltanordnung der eingangs genannten Gattung anzugeben, die sowohl für Lastumschalter als auch für Lastwähler anwendbar ist, die den Einsatz von Vakuumschaltröhren im Haupt- als auch im Widerstandszweig gestattet und die einfache kinematische Verhältnisse aufweist und damit nur einen unkomplizierten, symmetrisch in beiden Auslöserichtungen arbeitenden und nur einen immer gleichen Schaltschritt realisierenden Kraftspeicher zur Betätigung möglichst weniger Umschaltmittel aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die im ersten Patentanspruch aufgeführten technischen Mittel gelöst. Die Unteransprüche beinhalten besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Besonders vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Umschaltanordnung ist, daß mit ihr die geringst mögliche Schaltleistungsbeanspruchung erzielt wird. Dadurch ist es möglich, als Sicherheitseinrichtung gegen den möglichen und statistisch nicht vorhersehbaren Ausfall einer Vakuumschaltröhre eine mechanische Serien-Notschaltstrecke vorzusehen, die zudem bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Umschaltanordnung für einen Lastwähler ohnehin vorhanden ist und die auf besonders einfache Weise durch eine an sich bekannte optoelektronische Lichtbogenerfassung mit Leistungsschalter-Auslösung im Ansprechfall überwacht werden kann.

Weiterhin kann durch die geringe Schaltleistungsbeanspruchung der erfindungsgemäßen Umschaltanordnung deren Aufbau mit kleineren und entsprechend preisgünstigen Vakuumschaltröhren erfolgen.

Besonders vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Umschaltanordnung ist weiterhin, daß durch die getrennte Betätigung des Hauptschaltkontaktes einerseits und des Widerstandsschaltkontaktes andererseits ein großer Schaltweg zur Verfügung steht, was hinsichtlich des Abstandes der Kontaktelemente und damit der erreichbaren Spannungsfestigkeit sowie auch hinsichtlich der Wiederverfestigungsspannung bei Inanspruchnahme der Notschaltstrecke von Bedeutung ist.

Charakteristisch für die erfindungsgemäße Umschaltanordnung ist, daß - unabhängig von der Schaltrichtung und damit von der Bewegungs-(Dreh-)Richtung des Antriebes - stets der Hauptschaltkontakt vorausläuft.

Aus der DE-PS 7 56 435 ist es zwar prinzipiell bereits bekannt, daß beim Richtungswechsel der Kontaktbewegung der Stufenwählerkontakte der an den Überschaltwiderstand angeschlossene Wählerkontakt den anderen "überholt", jedoch sind bei dieser bekannten Lösung beide Stufenwählerkontakte, d. h. Wählerarme, mechanisch miteinander und mit dem Antrieb gekoppelt; das "Überholen" erfolgt entweder mechanisch durch einen Leergang im Antriebsgetriebe oder elektrisch durch zwei zusätzliche Umschalter, die die Zuordnung, d. h. Beschaltung der Stufenwählerkontakte bei Drehrichtungsumkehr, vertauschen.

Bei der erfindungsgemäßen Umschaltanordnung sind dagegen beide Kontaktarme völlig unabhängig voneinander bewegbar: Der Hauptschaltkontakt wird durch den ausgelösten Kraftspeicher sprungartig zum neuen Festkontakt bewegt, der Widerstandsschaltkontakt folgt anschließend mit beliebig wählbarer Geschwindigkeit.

Aus der WO94/02955 ist es für Lastwähler zwar ebenfalls bereits bekannt, daß zwei Wählerarme unabhängig voneinander und ohne mechanische Kopplung bewegbar sind. Bei dieser Lösung wählt der Widerstandskontakt langsam und kontinuierlich von der Antriebswelle angetrieben den neuen Festkontakt vor, und der Schaltkontakt folgt sprungartig dieser Bewegung nach Auslösung eines Kraftspeichers. Die dort beschriebene Anordnung ist jedoch lediglich für Lastwähler geeignet. Darüber hinaus ist bei dieser bekannten Anordnung für Lastwähler eine hohe Schaltleistungsbeanspruchung zu verzeichnen, die zusätzliche, über eine mechanische Notschaltstrecke hinausgehende, Maßnahmen erforderlich macht, um trotz der Unwägbarkeiten statistischer Ausfallwahrscheinlichkeiten von Vakuumschaltröhren eine ausreichende Sicherheit zu gewährleisten. Bei den in Rede stehenden Schaltbeanspruchungen ist es bei solchen bekannten Anordnungen etwa erforderlich, im Lastzweig eine Reihenschaltung von zwei Vakuumschaltröhren vorzusehen, die zweckmäßigerweise gleichzeitig betätigt werden. Dies erhöht einerseits den Schaltungsaufwand, zum anderen sind auch zusätzliche mechanische Mittel zur gleichzeitigen Betätigung beider Vakuumschaltröhren erforderlich.

Die Erfindung soll nachstehend an Hand von Zeichnungen beispielhaft noch näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Umschaltanordnung als Teil eines Lastumschalters

Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Umschaltanordnung als Teil eines Lastwählers

Fig. 3 zeigt die erforderlichen Schaltschritte von einer Spannungsstufe auf eine andere

Fig. 4 zeigt das zugehörige Schaltdiagramm für eine mehrmalige Stufenschaltung.

Die Schaltschritte der erfindungsgemäßen Umschaltanordnung sind unabhängig davon, ob diese Umschaltanordnung als Teil eines Lastumschalters oder als Teil eines Lastwählers wirkt, prinzipiell gleich.

Der einzige Unterschied besteht darin, daß beim Lastwähler mehrere Schaltungen in der gleichen Schaltrichtung, d. h. z. B. von n über n+1 nach n+2, möglich sind, während dies beim Lastumschalter elektrisch zwar ebenfalls der Fall ist, mechanisch jedoch bei jeder Schaltung zwischen nur zwei Positionen gewechselt, d. h. die Schaltrichtung geändert wird.

Die in der Fig. 1 dargestellte Umschaltanordnung weist feste Stufenkontakte, A, B auf, die auf bekannte Weise über einen Stufenwähler mit Anzapfungen n, n+1, n+2, . . . der Stufenwicklung in Verbindung stehen. Zwischen diesen festen Stufenkontakten A, B schaltet die eigentliche Umschaltanordnung. Diese besteht aus einem Hauptschaltkontakt SKM, der über eine erste Vakuumschaltzelle SKV mit der gemeinsamen Ableitung verbunden ist, sowie aus einem unabhängig davon und ohne mechanische Kopplung bewegbaren Widerstandsschaltkontakt HKM, der über eine Reihenschaltung aus einer zweiten Vakuumschaltzelle HKV und einem Überschaltwiderstand R ebenfalls mit der gemeinsamen Ableitung verbunden ist.

Ferner sind in den Ausführungsbeispielen vorteilhafterweise Dauerhauptkontakte DHK_A, DHK_B vorgesehen, die im stationären Betrieb den Laststrom führen und damit die Umschaltanordnung entlasten.

Zur Funktion der Umschaltanordnung sind diese Dauerhauptkontakte jedoch nicht unbedingt erforderlich, der Laststrom kann - bei entsprechender Dimensionierung der Vakuumschaltzellen - auch vom mechanischen Hauptschaltkontakt SKM und der in Reihe geschalteten ersten Vakuumschaltzelle SKV, die im stationären Betrieb geschlossen bleibt, geführt werden.

Fig. 2 zeigt ebendieselbe Umschaltanordnung als Bestandteil eines Lastwählers, auch hierbei sind die Dauerhauptkontakte nicht zwingend notwendig; auf die Unterschiede bei der Betätigung der Umschaltanordnung als Bestandteil eines Lastumschalters einerseits und eines Lastwählers andererseits wurde bereits hingewiesen.

Die Fig. 3 zeigt die erforderlichen Schaltschritte von einer Spannungsstufe auf eine andere. Diese Schaltschritte sind unabhängig davon, ob die Umschaltung von einer niedrigeren zu einer höheren Spannungsstufe erfolgt oder umgekehrt. Die einzelnen Schaltschritte sind dabei mit 1 bis 11 bezeichnet.

Schaltschritt 1: Grundstellung; DHK_A führt den Laststrom
Schaltschritt 2: DHK_A hat geöffnet, der Hauptschaltkontakt SKM und die erste Vakuumschaltröhre SKV haben den Laststrom übernommen
Schaltschritt 3: Die erste Vakuumschaltröhre SKV hat geöffnet, der Laststrom fließt über den Widerstandsschaltkontakt HKM, die zweite Vakuumschaltröhre HKV und den Überschaltwiderstand R
Schaltschritt 4: Der Hauptschaltkontakt SKM verläßt nach Auslösung eines Kraftspeichers schnell den festen Stufenkontakt n bzw. A
Schaltschritt 5: Der Hauptschaltkontakt SKM hat den neuen festen Stufenkontakt n+1 bzw. B erreicht
Schaltschritt 6: Die erste Vakuumschaltzelle SKV schließt und schaltet den Laststrom auf den festen Stufenkontakt n+1 bzw. B; über die noch geschlossene zweite Vakuumschaltzelle HKV und den Überschaltwiderstand R fließt lediglich noch der Ausgleichsstrom
Schaltschritt 7: Die zweite Vakuumschaltzelle HKV öffnet und unterbricht damit den Ausgleichsstrom
Schaltschritt 8: Der Widerstandsschaltkontakt HKM verläßt den festen Stufenkontakt n bzw. A und folgt dem Hauptschaltkontakt SKM in der Bewegung auf den neuen festen Stufenkontakt n+1 bzw. B nach
Schaltschritt 9: Der Widerstandskontakt HKM hat den neuen festen Stufenkontakt n+1 bzw. B erreicht
Schaltschritt 10: Die zweite Vakuumschaltzelle HKV schließt
Schaltschritt 11: Der Dauerhauptkontakt DHK_B schließt und übernimmt den Laststrom; die Ausgangsstellung ist wieder erreicht, und die Umschaltanordnung ist zur erneuten Schaltung bereit.

Es ist ersichtlich, daß dadurch, daß keine Addition von Last- und Ausgleichsstrom stattfindet, eine nur geringe Schaltleistungsbeanspruchung vorliegt.

Fig. 4 schließlich zeigt das zugehörige Schaltdiagramm für eine mehrmalige Stufenschaltung von n nach n+1, danach n+2 und anschließend zurück nach n+1 für eine Umschaltanordnung gemäß Fig. 2. Dieses Schaltdiagramm gilt auch für die in Fig. 1 dargestellte Anordnung, bei der, wie oben erläutert, mechanisch jedoch nur jeweils zwischen den beiden festen Stufenkontakten A und B gewechselt wird.

Es ist hierbei ersichtlich, daß, unabhängig davon, ob auf eine höhere oder eine niedere Spannungsstufe umgeschaltet wird, stets der Hauptschaltkontakt SKM schnell vorläuft und der Widerstandsschaltkontakt HKM schnell nachgeführt wird.

Es ist dabei demnach erforderlich, den vorlaufenden Hauptschaltkontakt SKM schnell durch einen ausgelösten Federkraft- oder sonstigen Energiespeicher zu betätigen. Der nachlaufende Widerstandsschaltkontakt HKM könnte theoretisch auch langsam bzw. kontinuierlich nachgeführt werden, doch käme dann gerade einer der Vorteile der Erfindung, die einfache Überwachung der Vakuumschaltröhren durch eine mechanische Notschaltstrecke nämlich, nicht zum Tragen. Diese Notschaltung ist nur beim schnellen Nachführen des Widerstandsschaltkontaktes HKM realisierbar. Diese schnelle Bewegung des nachlaufenden Widerstandsschaltkontaktes HKM ist mittels eines zweiteiligen Kraftspeichers oder zweier miteinander gekoppelter Kraftspeicher möglich, derart, daß nach Auslösung eines ersten Kraftspeichers und Bewegung des Hauptschaltkontaktes SKM mit Verzögerung ein zweiter Kraftspeicher ausgelöst wird, der den Widerstandsschaltkontakt HKM nachführt.

Claims

1. Umschaltanordnung für Lastumschalter von Stufenschaltern und für Lastwähler mit mindestens zwei festen Stufenkontakten und mit zwei in zwei Richtungen bewegbaren, eine Lastableitung von dem einen festen Stufenkontakt auf den anderen festen Stufenkontakt umschaltenden, Schaltkontakten, wobei das Umschalten der Schaltkontakte durch das sprungartige Auslösen eines Kraftspeichers einleitbar ist,
wobei weiterhin einer der Schaltkontakte als Hauptschaltkontakt direkt mit der Lastableitung verbindbar ist,
wobei weiterhin der andere der Schaltkontakte als Widerstandsschaltkontakt in Reihenschaltung mit einem Überschaltwiderstand ebenfalls mit der Lastableitung verbindbar ist
und wobei der als Hauptschaltkontakt mit der Lastableitung verbindbare Schaltkontakt den neuen festen Stufenkontakt erreicht, bevor der als Widerstandsschaltkontakt mit der Lastableitung verbindbare Schaltkontakt den bisherigen festen Stufenkontakt verläßt,
dadurch gekennzeichnet,
daß beide Schaltkontakte (SKM, HKM) auf an sich bekannte Weise voneinander unabhängig und ohne mechanische Kopplung und Beeinflussung bewegbar sind,
daß einem der Schaltkontakte (HKM) die Reihenschaltung mit dem Überschaltwiderstand (R) fest zugeordnet ist, derart, daß unabhängig von der Schaltrichtung stets derselbe erste Schaltkontakt (SKM) direkt als Hauptschaltkontakt und ebenfalls derselbe zweite Schaltkontakt (HKM) als Widerstandsschaltkontakt mit der Lastableitung verbindbar ist,
daß die Verbindung sowohl des ersten Schaltkontaktes (SKM) als auch des zweiten Schaltkontaktes (HKM) mit der Lastableitung mittels zweier getrennter und getrennt betätigbarer Vakuumschalter (SKV, HKV) erfolgt
und daß nur der erste Schaltkontakt (SKM) vom ausgelösten Kraftspeicher direkt sprungartig betätigbar ist.

2. Umschaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein mechanischer Dauerhauptkontakt (DHK_A, DHK_B) zusätzlich vorgesehen ist, der im stationären Zustand den ersten Schalter (SKV) überbrückt.

3. Umschaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptschaltkontakt (SKM) und der Widerstandsschaltkontakt (HKM) gleichachsig drehbar gelagert sind und daß sich die festen Stufenkontakte (n, n+1, . . .; A, B) jeweils in axialer und/oder radialer Richtung so weit erstrecken, daß sie von beiden unabhängig voneinander überstreichbar sind.

4. Umschaltanordnung der einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptschaltkontakt (SKM) und der Widerstandsschaltkontakt (HKM) unabhängig voneinander linear geführt sind, derart, daß alle festen Stufenkontakte (n, n+1, . . .; A, B) von beiden unabhängig voneinander überstreichbar sind.