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Lastumschalter für Stufentransformatoren Zum Umschalten der Anzapfungen
eines Stufentransforrnatoirs während des normalen ununterbrochenen Betriebes benutzt
-man vielfach Lastumschalter mit Ohmschen überschaltwiderständeninSpannungsteilerschaltung.
Die zur Durchführung eines Umschaltvorganges erforderlichen Ein- und Ausschaltungen
der Widerstände erfolgen durch Kontaktschließungen ' bzw. -öffnungen zwischen feststehenden
und beweglichen Hilfskontakten. Hierbei können die überschaltwriderstände sowohl
.an den feststehenden als ,auch an den beweglichen Hilfskontakten angebracht sein.
Wegen der Verwendung von Ohmschen Widerständen ist es ,aus Wärmeentwicklungsgründen
vorteilhaft, Lastumschalter-zu verwenden, die die vollständige Umschaltung von einer
Anzapfung zur anderen möglichst kurzzeitig in einem Zuge durchführen. Der Schaltgeschwindigkeit
ist jedoch eine obere Grenze dadurch gezogen, daß zur Vermeidung eines unmittelbaren
Kurzschlusses zwischen zwei TransformatoT,anza@pfungen, der äußerst gefährlich ist,
für .die Löschung der all den Hilfskontakten auftretenden Lichtbögen mi:ndestens
zwei Stronnulldurchgänge zur Verfügung stehen müssen. Sollte nämlich aus irgendwelchen
Gründen der Lichtbogen nicht beim ersten Stramnulldurchgang löschen, so muß mindestens
ein weiterer Stromnulldurchgang (besser noch'@inehrere) zur Lichtbiogenlöschung
zur Verfügung stehen. Bei großen Stromstärken und hohen Stufenspannungen treten
nun so große Schaltleistungen an den Hilfskontakten auf, daß man mit den bekannten
Anordnungen schon an die Grenze der Löschungssicherheit herankommt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine sichere Löschung der .an den Hilfskontakten
auftretenden Lichtbögen herbeizuführen. Die Erfindung betrifft einen Lastumschalter
für Stufentransformatoren, der in Spannungsteilerschaltung arbeitet, mit einem oder
zwei Ohmschen Über sch.altwiderständen. Erfindungsgemäß besitzen der oder die Ohmschen
Widerstände :eine oder mehrere Anzapfungen,
die zusammtn mit den
Enden der Widerstände an Hilfskontakte angeschlossen sind. Diese Hilfskontakte bilden
:eine Kontaktbahn mit der ein oder zwei Gegenkontakte ztisammenarbeiten. Ob sich
hierbei die Gegetkontakte oder die in der Kontaktbahn zii cammengefaßten Hilfskontakte
im Raume bewegen, ist unerheblich, wesentlich ist die Relativbewegung der beiden
Kontaktgruppen gegeneinander. Man kann hierdurch die Schaltleistung .auf :mehrere
Hilfskontakte verteilen und jedem @einzelnen Hilfskontakt eine kleinere Teilspannung
und vielfach auch :einen kleineren Teilstrom zu schalten geben.
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Da bei .der Anwendung Ohmscher Widerstände zum Vberschalten von einer
Anzapfung zur anderen alle Kontaktöffnungen bei Phasengleichheit zwischen Strom
und Spannung vonstatten gehen, erzielt man eine kleinere nach er Kontaktöffnung
sich .einstellende Spannungsdifferenz an den Hilfskontakten, wenn man nicht die
gesamten überschaltwiderstände in einem Schritt in den Stromlauf einfügt, sondern
wenn man nacheinander nur Teilbeträge des überschaltwiderstandes durch Öffnen der
metallischen überbriickungen für den Stromlauf freigibt. Je mehr Widerstandsstufen
man also wählt, desto, kleiner werden die an den Hilfskontakten zu schaltenden Teilspannungen.
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Die ,abzuschaltende Stromstärke kann man mit einem Lastumschalter
gemäß der Erfindung nur auf indirektem Wege herabsetzen, indem man durch Erhöhung
der Widerstandsstufenzahl auch gleichzeitig den gesamten Ohmwert der Widerstände
heraufsetzt. Der erhöhte Ohmwert .der Vberschaltwiderstände beeinflußt nur den in
der Spannungs.teilersch:altung :auftretenden Ausgleichsstrom von Anzapfung zu Anzapfung,
der sich mit dem unbeeinfiußbaren. Betriebsstrom in verschiedener Weise geometrisch
addiert. Da ein kleiner Ausgleichsstrom in Verbindung mit dem aus der SpannungsteiIerschaltung
sich ergebenden Anteil des Betriebsstromes nur einen kleineren Summenwert ergeben
kann als ein großer Ausgleichsstrom, :kann man also auch die in den Spannungsteilerstellungen
sich ergebenden Schaltströme durch Vergrößerung der überschaltwiderstände herabsetzen.
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Außer dieser- im Interesse der Schaltleistung erzielbaren Herabsetzung
der zu schaltenden Spannungs- und Stromwerte ergibt sich aber auch durch die mehrfache
Stufenunterteilung der überschaltwiderstände die Tatsache, daß in den kurzen Zeitraum
des Überschalters eine größere Anzahl von Teilschaltungen fällt, die mit großer
Sicherheit zeitlich mit den Spannungs- und Stromnulldurchgängen zusammenfallen,
so daß die ' Sicherheit der Abschaltungen in höherem Maße gewährleistet ist. Dadurch
wird die erwähnte Möglichkeit durch Nichtlöschen der Teillichtbögen zu :einem Lichtbogenkurzschluß
zwischen zwei Anzapfungen zu kommen, weitchend ausgeschaltet. Sind die überscIaltwiderstände,
wie heute üblich, nicht unterteilt, so muß man bei kurzer Umschaltzeit immer damit
rechnen, d,aß der Beginn der Ausschaltung an den Hilfskontakten `das können sowohl
die Funkenabreißer der Hauptkontakte als auch die Hilfskontakte der Überschaltwiderstände
sein) unglücklicherweise immer kurz nach einem Nulldurchgang zu liegen kommt, so,
daß der Lichtbogen fast eine halbe Periodie brennt und infolge der inzwischen erfolgten
starken Gasentwicklung auch nach dem nächsten Nulldurchgang wie-[ der zündet und
erst bei größerer Kontaktöffnungerlischt. Bei Lastumschaltern gemäß der Erfindung,
bei denen im Laufe. eine Schaltvorganges mindestens die doppelte, wenn. nicht eine
höhere Zahl von Teilschaltungen an den Hilfskontakten vor geno!inmen wird, besteht
in viel höherem ?.Iaf@e die Wahrscheinlichkeit, daß, wenn auch der eine Hilfskontakt
kurz nach dem Nulldurchgang öffnet, der nächste oder übernächste kurz vor einem-anderen
Nulldurchgang den Lichtbogen mit Sicherheit löscht.
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Grundsätzlich kann man die Stufenunterteilung der Vberschaltwiderstände
für alle Kombinationen von Lastumschaltern verwenden, die his jetzt mit -einfachen
Überschaltwiderständen ,ausgestattet werden.
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Abb. i zeigt einen Lastumschalter L gem:il > der Erfindung mit zwei
WiderständenGG'rz und Wb in Spannungsteilerschaltung. Die Enden A und ß der Widerstände
«-erden durch 1 einen zweiteilige Stufenwähler abwechselnd mit den geraden und ungeraden
Anzapfungen eines Stufentransformators verbunden. Aufgabe des Lastumschalters L
ist es, die Ableitung AL von der jeweils ei:ngescbalteten 1 Transformateranzapfung
zu einer benachbarten Transformat,oranzapfung während des Betriebes umzuschalten.
Der Widerstand W%t, dessen Enden an die Hilfskontakte rc und ha angeschlossen sind,
hat Anzapfungen, die au i zwischen diesen Hilfskontakten liegende Hilfskontakte
h:ai bis 11:f" angeschlossen sind, und ferner besitzt der Widerstandlü.@, dessen
Enden. an die Hilfskontakte b und hbf anl;esch.lo.ssen sind, Anzapfungen,
die an zwischen diesen Hilfskontakten liegende Hilfskontakte hbi bis hbj angeschlossen
sind. Beim Schalten in die Stellung III werden nur zunächst Teilbeträge des Widerstandes
Wa eingeschaltet und dann beim Weiterschalter in die Stellung V Teilbeträge des
Widerstandes 6Vh abgeschaltet. Durch die räumliche Anordnun,
- der
beiden beweglichen Gegenkontakte h kann man, wie ,aus Stellung III hervorgeht, die
Verbindung mit dem Hilfskontakt ltbi schon herstellen, bevor der eine Gegenkontakt
h den Hilfskontakt hai verlassen hat.
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Abb. a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß d;ex Erfindung.
Hier sind die Widerstände Wa und Wb mit dein zugehörigen Hilfskontakten kal bis
hezlo bzw. lab, bis IZblo an dem beweglichen Lastschalterteillt befestigt. In der
Stellung I ist die Anzapfung 6 über den einen Stufenwähler Sta, den Hilfskontakt
a und den beweglichen L:astsch.alterteil h mit der Ableitung AL verbunden.
Dreht man den Lastschalter in der Pfeilrichtung nach links, so berührt der Hilfskontakt
ltblo den mit der Anzapfung 5 über den anderen Stufenwähler Stb verbundenen Hilfskontakt
b, bereits bevor /t den Kontakta verlassen hat. Es fließt ,also schon kurz nach
Beginn der Umschaltung ein Ausgleichsstrom durch den überschaltwiderstand Wb. Bei
der Weiterbew%rung wird aber auch bald der Widerstand Wa stufenweise -eingeschaltet,
und zwar in dem gleichen Maße, wie Teilstufen des Widerstandes Wb abgeschaltet werden.
In der Mittelstellung III sind von beiden Widerständen die halben Widerstandsstufen
eingeschaltet. Hierdurch ergibt sich eine Teilung des in die Ableitung
AL hineinfließenden Betriebsstromes in zwei gleiche Hälften unter Überlagerung
eines Ausgleichsstromes, der von: ,a nach b fließt. Bei der Weiterbewegung werden
immer mehr Stufen des Widerstandes Wb abgeschaltet und immer mehr Stufen des Widerstandes
Waeingeschaltet. Somit findet also eine Verschiebung des Betriebsstronnanteiles
von Wa ,auf Wb statt, bis der L:a,sts.chalterteil h Kontakt mit
b macht und damit der Widerstand Wb vollkonim@en ausgeschaltet ist. Der Widerstand
Wrc führt in dem Stadium, wo halo noch mit ,tt Kontakt macht, nur den Ausgleichsstrom
von a nach b; der dann durch die Weiterbeivegting in die Stellu@ngV unterbrochen
wird.
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Die Zwischenstellungen II und IV sind nicht gezeichnet, da sie sich
zwangsläufig ergeben. Es sei noch auf eine Besonderheit des beschriebenen Lastumschalters
hingewiesen. Dieser stellt nämlich mit seinen Widerständen infolge des geringem
Abstandes der Hilfskontaktekalo und ftblo von dem jeweils nicht eingeschalteten
Kontakt b in Stellung I bzw. a in Stellung V eine überspannungsschutzvorrichtung
gegen Spannungsdifferenzen zwischen den beiden Stufenwählern dar.
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Bei allen Lastumschaltern, bei denen, wie vorstehend erläutert, während
der gesamten Umschaltdauer stets in Sp.annttngsteilerschaltung geaxbeitet wird,
hat man den Wunsch, einen möglichst kleinen Ausgleichsstrom am I Ende der Schaltung
zu unterbrechen. Der zwischen den Kontakten lt und UM bzw. lt
Lind
ltblo liegende Ohmwert des Widerstandes Wa bzw. Wb (Abb. z") soll zu" diesem Zwecke
recht groß sein. Trotzdem aber soll in den Spannungsteilexzwischenstellungen, wo
"außer dem Einfluß des Ausgleichsstromes auch der Einfluß der Betriebsstromkolmponenten
in den Widerstandszweigen einen Spannungsabfall hervorbringt, die Spannung der Ableitung
AL nicht allzusehr von den beiden Stufenspannungen (Stufe 6 an
ff bzw. Stufe 5 an b} abweichen. Das gilt besonders für die Mittelstellung
IIl. In dieser ist also ein geringer Widerstandswert erwünscht. Einen günstigen
Verlauf der Schaltvorgänge erreicht man nun dadurch, daß man die Ohmwerte der Teilwiderstände,
von dem Kontakt lt beginnend, in Richtung nach den Endkontakten halo bzw. Itb" stetig
ansteigen läßt. Es liegt dami zwischen den in der Mittelstellung III eingeschalteten
. Kontakten ha; und 1b,5 je nach der Bemessung die Hälfte oder ein beliebig ,anderer
Bruchteil eines Widerstandes IV,. bzw. Wb.
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Eine mit nur einem mehrstufigen überschaltwiderstand in Spannungsteilersch.altung
arbeitende Ausführungsart eines erfindungsgennäßen Lastumschalters zeigt Abb. 3.
Hier ist jeder gefederte Hauptkontakta bzw. b 'mit einem StuferiwählerStfl bzw.
Stb verbunden. In der Dauerstellung fließt der Strom. von dem Hauptkontakt a bzw.
b über den beweglichen und gefederten Gegenkontakt h, zur Ableitung
AL. Jeder Hauptkontakt a bzw. b weist nun an seinem Ende eine Verlänge= rungha
bzw. Itb auf. Diese V erlängertirlgen legen sich gegen die Endkontakte hl bzw:
ho
des Widerstandes W unter dem Einfluß der Federn ,an, falls der entsprechende
Hauptkontakt nicht durch den beweglichen Gegenkontakt ht abgedrückt ist. Dieses
Abdrücken durch den Gegenkontakt lt findet nur in der Dauerbetriebsstellung und
nur bei einem der beiden 'Hauptkontakte statt. Zwischen den Widerstandsendkontakten
hl -und" Izg befinden sich die übrigen im Kreis .angeordneten Hilfskontakte ltj
bis hs -des Widerstandes.
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Der Arheits;gallg ist folgender: In Stellung I ist die Anzapftmg 6
in Betrieb. Die Anzapfung 5 ist außer Betrieb, Faber über den' Schalter
b, Itb mit dem überschaltwiderstand W verbunden. Soll nun die Unischaltung
von der Anzapfung 6 nach 5 erfolgen,, so wird durch eine Rechtsdrehung des Gegenkontaktes
h zunächst der Kontakt zwischen ha und hl hergestellt und damit der Überschalti-iderstand
1V in seiner vollen Größe zwischen die Anzapfungen 5 und 6 geschaltet. Es fließt
dann schon der Ausgleichsstrom durch den Widerstand hindurch, während der
Betriebsstrom
zunächst noch aus Anzapfung 6 über a, 11a, hl, h nach AL fließt. Bei
der Weiterbewegung gleitet lt. nacheinander über die Hilfskontakte h., h3
USW., so daß nunmehr auch der Betriebsstrom anteilmäßig aus den Anzapfungen
5 und 6 über die Teilwiderstände entnommen wird.
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In der Mittelstellung III hat der Gegenkontakt h den halben Weg zurückgelegt.
Der Betriebsstrom; der vorher noch überwiegend aus der Anzapfung 6 kam, wird demzufolge
je zur Hälfte aus den Anzapfungen 5 und 6 ,entnommen. Bei der Weiterbewegung wird
der Anteil der Anzapfung 5 am Betriebsstrom ständig wachsen, weil die Anzahl der
auf ihrer Seite eingeschalteten Widerstandsstufen immer kleiner wird, während auf
der Seite der An-. zapfung 6 immer mehr Widerstandsstufen eingeschaltet werden,
die eine Verkleinerung des Betriebsstromanteiles bedingen. Würde man eine unendlich
große Anzahl von Hilfskontakten an dem Widerstand anlegen oder würde man einen stetig
veränderlichen Abgreifwiderstand nehmen, so könnte man es erreichen, daß der Betriebsstromanteil
sich stetig von einer Anzapfung auf die andere verlagert. Für die Bedürfnisse normaler
Stufentransformatoren genügen jedoch im allgemeinen Widerstände mit verhältnismäßig
wenigen Stufen. Der volle Betriebsstrom wird aus der Anzapfung 5 .entnommen, wenn
der Gegenkontakt h auf 1t9 angekommen ist. Der Überschaltwiderstand W hat
dann seine Funktion beendet. Zur Vermeidung eines dauernd hindurchfließenden Ausgleichsstromes
ist es nun erforderlich, den Stro:mfluß -durch den Widerstand zu unterbrechen. Das
geschieht, wie in Stellung V gezeigt, durch Zurückdrücken des Schalters
b, ltb. Nunmehr ist die gewünschte Betriebsdauerstellung erreicht, bei der
die Anzapfung 5 über b und lt mit der Ableitung AL verbunden ist, während
der Widerstand W einseitig über hl, ha, a .an der Anzapfung 6 hängt. In dieser
Stellung hat der überschaltwiderstand die an anderer Stelle bereits behandelte Überspannungsschutzwirkung.
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Man kommt mit nur einem Schalters, ha bzw. b, hb zur Ein- und
Ausschaltung des Überschaltwiderstandes ,aus, wenn man den Schalter zwischen zwei
Widerstandshälften .anordnet und jede Widerstandshälfte, wie bei der Ausführung
nach Abb. i, fest mit einer StufenwählerhälfteSta bzw. Stb verbindet.
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Die Abb. i bis 3 betreifen Lastumschalter mit überschaltwiderständen
in Spannungsteilerschaltung, bei denen die überschaltwiderstände hinsichtlich der
Stufenzahl und der Ohmwerte symmetrisch zur Mitte zwischen zvei Anzapfungen aufgebaut
sind. Solche Lastumschalter sind immer dann von Vorteil, wenn sie zum Schalten in
beliebiger Spannungsrichtung dienen sollen, z. B. von der unteren zur oberen oder
von der oberen zur unteren Spannungsstufe, wobei die Energierichtung und Phasenfolge
wechselt. Widerstände, die hinsichtlich der Stufenzahl und der Ohmwerte unsymmetrisch
zur mittleren Lastwmschalterstellung ,aufgebaut sind, können jedoch von Vorteil
sein, wenn die Lasturnschaltung bei gleichgerichteter Bewegung des beweglichen Lastumschalterelementes
auch immer in der elektrisch gleichen Richtung von der unteren zur oberen Spannungsstufe
oder umgekehrt erfolgt. Es empfiehlt sich z. B., die Spannungsteilerstellungen,
bei denen der überschaltwiderstand in der Unteren Spannungsstufe liegt, ganz oder
teilweise zu unterdrücken, wenn z. B. Energie von der angezapften Wicklung ins Netz
hinausgeschickt wird. Man erhält dann keine Spannungsabsenkungen, die wesentlich
unter dem Spannungswert der unteren Stufe heruntergehen. Kommt die Energie aus dem
Netz in den Regeltransformator, @so, sind die in der oberen Spannungsstufe liegenden
Spannungsteilerstellungen ganz oder teilweise zu unterdrücken, um keine zu großen
Spannungserhöhungen zu erhalten.
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Ein für solche Zwecke brauchbarer Lastumschalter ist in Abb. q. dargestellt.
Dieser besitzt zwei gleiche Widerstände Wa und Wb. Von diesen hat der eine, Wa,
die vier Hilfskontakte &r1 bis ha" während der andere, Wb, nur zwei Hilfskontakte
h6, und hb4 aufweist. Aus der Zwischenstellung lII ist zu erkennen, daß der Widerstand
W,b voll eingeschaltet ist, der Widerstand Wa dagegen nur zur Hälfte. Während nun
bis zur Stellung IV der Widerstand Wa zu seiner Volleinschaltung kommt, ist Wb nicht
erst zur Hälfte, sondern schon ganz ausgeschaltet, so d:aß der Betriebsstrom zur
Ableitung AL schon ganz über den Kontakt b fließt und zur Beendigung des
Schaltvorganges nur noch der über ha, fließende Ausgleichsstrom zu unterbrechen
ist. Hierdurch wird vermieden, daß nach dem Unterbrechen der Widerstandsverbindung
über ha, noch ein Teil des Widerstandes Wb eingeschaltet ist und einen Spannungsabfall
verursacht, der unter die untere Spannungsstufe herabr eicht und durch die endgültige
-Einschaltung des Kontaktes b wieder ausgeglichen werden müßte. Sollte die umgekehrte
Energierichtung, also vom Netz in die Wicklung, in Frage kommen, so verursacht der
Betriebsstrom eine Spannungserhöhung an dem betreffenden überschaltwiderstand. In
diesem Falle müssen die beiden Hilfskontäkte hb. und hb4 an dem stets mit der höheren
Änzapfung zusamm@enarbeitendün Widerstand angebracht werden.
In
den Abb. i bis ¢ sind die Lastumschalter gemäß der Erfindung nur schematisch dargestellt.
Zur Erzielung vom Schnellschaltungen werden sie mit den an sich bekamnten Kraftspeichern
;ausgerüstet.