DE4407945C1 - Umschaltanordnung für Lastumschalter und für Lastwähler - Google Patents
Umschaltanordnung für Lastumschalter und für LastwählerInfo
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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
DHKA, DHKB 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; DHKA führt den Laststrom
Schaltschritt 2: DHKA 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 DHKB schließt und übernimmt den Laststrom; die Ausgangsstellung ist wieder erreicht, und die Umschaltanordnung ist zur erneuten Schaltung bereit.
Schaltschritt 2: DHKA 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 DHKB 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 (4)
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.
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 (DHKA, DHKB) 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.
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