DE911762C - Lastumschalter fuer Stufentransformatoren - Google Patents

Description

Durch das Patent 717 340 sind in <Spannungsteilerschaltung arbeitende Lastumschalter für Stufentransformatoren bekanntgeworden, bei denen zur Umschaltung von einer Stufe zur anderen mehrstufige und sich nicht gleichmäßig über die ganze Kontaktfiäche ausbreitende Überschaltwiderstände Verwendung finden. Die einzelnen Widerstandsstufen sind an Hilfskontakte angeschlossen, die zusammen mit den zugehörigen Hauptkontakten auf dem gleichen Kontaktträger angebracht sind.

Mit dieser Kontaktreihe arbeiten Gegenkontakte zusammen, an die die Anforderung zu stellen ist, daß sie nacheinander in einem exakten Zeitabstand die Bin- und Ausschaltungen der Haupt- und Hilf skontakte vornehmen). Bei den bisher meist verwendeten Rollenkontakten konnte die zeitlich exakte Einhaltung der Kontaktschließungen und -öffnungen zwar erreicht werden, aber der an. den ablaufenden Kontaktkanten beginnende Abbrand schafft eine tief gerillte Kontaktfläche und eine ao schlechte Ausnutzung des eingebauten Kontaktmaterials. Auf der genillten Kontaktfläche arbeiten· die Rollenkontafcte wegen der großen Relativgeschwindigkeit nicht prellfrei. Die Verwendung prellifreier, im Abwälzverfahren mit geringer Relativgeschwmdigkeit arbeitender Kontakte stößt auf die Schwierigkeit, jedes zueinander gehörige Paar fester und beweglicher Kontakte in seinem Federungsweg so exakt zu begrenzen, daß sowohl die Schaltfolge der nebeneinander liegenden Kontakte als auch der Übergriff von dem jeweils einschaltenden zu dem gleichzeitig ausschaltenden Kontakt in seiner Größe erhalten bleibt. Des weiteren hat es sich für die Kurzschluß festigkeit

solcher Lastumschalter als unzweckmäßig herausgestellt, als Hauptkontakte reine DruckkontaJkte zu verwenden, wie sie in den Patenten 717 340 und 707 188 gezeichnet sind.

Die Aufgabe der Erfindung besteht also darin, einen einfachen Lastumschalter mit prellfreien Lastumsehalterkontakten anzugeben, der es gestattet, auch bei großer Kontaktabnutzung durch längere Schaltdauer die Reihenfolge der Ein- und' Ausschaltungen an den Haupt- und Hilifskontakten sowie den Übergriff zwischen den gleichzeitig aus- und einschaltenden Kontaktpaaren aufrechtzuerhalten und eine möglichst gute Ausnutzung des eingebauten Kontaktmaterials hinsichtlich des Abbrandes bei hohen Lastumschalterzahlen zu erzielen. Gleichzeitig ist die Kurzschluß festigkeit des Lastumschalters in den Dauerstellungen herbei zuführen. Die Erfindung betrifft einen Lastumschalter für Stufentransformatoren, der in Spannungsteilerschaltung arbeitet und bei dem die festen Kontaktstücke der an Anzapfungen der Überschaltwiderstände angeschlossenen Hilfskontakte zwischen den zwei festen Haupt'kontaktstücken in einer Reihe symmetrisch zur Reihenmitte angeordnet sind. Hierbei sind die Überschaltwiderstände bzw. deren Teile in zur Reihenmitte symmetrischer Ohmwert- \-erteiler an die festen Haupt- und Hilfskontaktstücke angeschlossen, auf denen sich eine gleich große Anzahl beweglicher Gegenkontaktstücke zwangläufig so abwälzt, daß die zu einer Spannungsstufe gehörenden Haupt- und Hilfskontakte nacheinander ausgeschaltet und die zur anderen Spannungsstufe gehörenden Haupt- und Hilfskontakte nacheinander eingeschaltet werden. Durch geeiignete Bemessung und Schaltung der in Stufen unterteilten und an die Haupt- und Hilfskontakte angeschlossenen Überschaltwiderstände ist dafür gesorgt, daß die bei der Umschaltung von einer Transformatoranzapfung zur anderen auftretende Gesamtschaltleistung in effektiv gleiche Teilschaltleistungen zerlegt wird. Der Abbrand der Hilfskontakte geht dadurch gleichmäßig vonstatten, so daß auch im Laufe einer längeren Betrieibszeit keine" Veränderungen erfolgen, die die Aufeinanderfolge der Schaltmomente sowie den Übergriff zwischen Ein- und Ausschaltung korrespondierender Kontaktpaare über Gebühr verändern. Durch Unterteilung der Hauptkontakte und Steuerung des gleichmäßigen A'bbrandes an den Teilkontakten mit Hilfe von niedrigohmigen Steuerwiderständen ist dafür gesorgt, daß auch die Hauptkontakte in gleichem Maße wie die Hilfskontakte abbrennen. Die Anwendung flächig aufeinandertreffender Druckkontakte verbürgt eine gute Ausnutzung des eingebauten Kontaktmaterials hinsichtlich des Abbrandes und gestattet damit hohe Lastumschaltzahlen zu erzielen. Die in der Daueit>etriebsstellung des Lastumschalters erforderliche Kurzschlußfestigkeit wird durch die Parallelschaltung von stromlos schaltenden, kurzschluß festen Dauerhauptkontäkten, 2. B. Messerkontakten, zu den dem Abbrand unterliegenden normalen Hauptkontakten ausgeglichen.

Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Lastumschalter zeigen, wie die feststehenden und bewegliehen Haupt- und Hilifskontakte, die den eigentlichen Lastumschaltvorgang vorzunehmen haben und deshalb" dem Kontaktabbrand unterliegen, paarweise auf Kontaktträger« angebracht sind, die ■entweder geradlinige! oder kreisförmige Flächen darstellen und somit auchohnePräzis-ionsmaschinen genau zu bearbeiten sind.

In Fig. ι ist der feste Kontaktträger als geradlinige Isolierstoffplatte // ausgeführt, auf der die feststehenden Hauptkontakte Ha und Hb sowie die feststehenden Hilifskontakte Ha₁ bis ha_i und Hb₁ bis hbi angeordnet sind. Auf diesen feststehenden, voneinander isolierten Haupt- und Hilfskontakten wälzen sich entsprechende, gefederte Gegenkontakte .ab, 'die, ohne voneinander isoliert zu sein, in einem gemeinsamen Kontaktträger K angeordnet sind und durch Kupferlitzen Str und eine Rolle R den übernommenen .Strom an die Leitung AL abgeben. Hierbei hat die Rolle R die Funktion, den. Druck derKontaktfedern/obis/g mechanisch aufzunehmen. In Fig. ι ist der Fall gezeichnet, wo der 'Strom aus der Anzapfung A über den Hauptkontakt Ha und die Rolle R zur Ableitung AL fließt. Durch Bewegen der Rolle R in der Pfeilrichtung aus der Stellung I in die Stellung III wird die Umschaltung von der Anzapfung A zur Anzapfung B vollzogen. Hierbei kommen die Konta'ktpaare, die zwischen Ha und Hb Liegen, in der Reihenfolge ihrer Anordnung zur Aus- ibzw. Einschaltung, da die Kontaktfläche des Kontaktträgers K auf einem Kreisbogen liegt, dessen Mittelpunkt mit der Achse der Rolle R zusammenfällt. Während in Fig. 1 die feststehenden Kontaikte auf einem geradlinigein und die beweglichen Kontakte auf einem kreisbogenförmigen Kontaktträger angeordnet sind, sind in den weiteren Ausführungs'beispielen gemäß den Fig. 2 bis 4 sowohl die feststehenden als auch die beweglichen Kontakte auf kreisbogenförmigen Kontaktträgern angeordnet. Das hat, wie aus den Figuren ersichtlich äst, den Vorteil, daß der Raumbedarf für den beweglichen Kontaktträger K wesentlich geringer wird. Ferner ist, wie die Fig. 2 und 3 erkennen lassen, statt des Gleitens der Rolle R auf einer der feststehenden Kontaktreihe gleich langen Ebene nur eine ,Schwenkung eines sektorförmigen Kontaktträgers K mit Hilfe einer Exzenterkurfoel E um den Drehmittelpurikt M erforderlich. Zum Zwecke der Durchführung einer vollständigen Umschaltung von der Anzapfung A zur Anzapfung B braucht man nur die Exzenterkurbel E aus der geraden Druckrichtung M—Ha zur geraden Druckrichtung M—Hb zu schwenken. Der genaue zeitliche Ablauf der Aus- und Einschaltung der feststehenden und beweglichen. Kontakte ist auch hierbei vollständig gesichert, da der bewegliche Kon- iao taktträger K das öffnen und Schließen der zueinander gehörigen feststehenden und beweglichen Kontakte genau proportional der Winkeldrehung der Exzenterkurbel E vornimmt.

Da der Radius des beweglichen Kontaktträgers K iss sich von dem des feststehenden Kontaktträgerzylin-

ders Jz (Isolierzylinder) nur durch den Exzenterradius unterscheidet, ist es möglich, von den Kontakten immer eine größere Anzahl gleichzeitig miteinander in Kontakt zu bringen. Die Zahl, die angibt, wieviele Kontakte in gleichzeitigem Kontakt sein sollen .(Übergriff !genannt), bestimmt der Federungsweg, den jeder bewegliche Kontakt auf dem Kontaktträger K hat. Durch Versuche ist festgestellt worden, daß ein Kontalktübergriff, wie er in ίο Fig. 3 dargestellt ist, nämlich von der Mitte des einem Hauptkontaktes bis zur Mitte des dem anderen Hauptkontakt zugeordneten letzten Hilfekontaktes 'im Grenzfalle am zweckmäßigsten ist. Dieser zweckmäßigste Übergriff gilt unabhängig davon, welche Schaltung für die Überschaltwiderstänide Wa₁ bis Wa_A und¹ Wb₁ bis Wb_i an den Haupt- und Hilfskontakten gewählt wird, sofern man nur an dem Grundsatz der Spannungsteilersohaltutig, wobei· eine Widerstandsgruppe an dem Hauptkontakt Ha und eine gleiche Widerstandsgruppe an dem Hauptkontakt Hb symmetrisch zur Mitte angeordnet ist, festhält.

Die Teilwiderstände jeder Widerstandsgruppe können gemäß Fig. 1 in Reihenschaltung oder gemaß Fig. 2 in Parallelschaltung liegen. Schließlich ist gemäß Fig. 3 auch eine gemischte Schaltung möglich. Um an allen· Kontakten einen gleich großen Abbrand zu erhalten, ist es jedoch erforderlich, die Ohmwerte der Teilwiderstände so zu bemessen, daß die bei der Umschaltung von einer Transformatoranzapfung zur anderen auftretende Gesamtschaltleistung an effektiv gleiche Teilschaltleistungen zerlegt wird. Diese effektiv gleichen Teilschaltleistungen sind (bei einer Lichtbogendauer über eine Halb welle abhängig von der theoretischen Schaltleistung (geschalteter Strom mal wiederkehrende Spannung), während sie bei einer Lichtbogendauer unter einer Halbwelle nur abhängig sind von dem geschalteten Strom. Bei einer Steigerung der Anzahl der Hilfskontakte ist es zweckmäßig, die Hauptkontakte Ha und Hb in mehrere parallel geschaltete Teilkontakte zu zerlegen, um die vorgenannte Zerlegung der Gesamtschaltleistung in effektiv gleiche Teilschaltleistungen auch auf diese Hauptkontakte auszudehnen. Hierbei genügt das Einschalten geringohmiger Widerstände in die Hauptkontaktstrom-. kreise. Diese Widerstände bleiben auch bei normalem Betrieb eingeschaltet und erzeugen einen gewissen dauernden Stromwärmeverlust. Dieser hält sich jedoch in tragbaren Grenzen und macht nur wenige Prozente des normalen Transformatorwärmeverlustes aus. Eine solche Anordnung mit zweiteiligen Hauptkontakten zeigt die Fig. 4. Hier teilt sich z. B. der von B kommende Strom in zwei Zweige, die zu den beiden Hälften des gespaltenen Hauptkontaktes Hb gehen und durch die gezeichneten Widerstände gesteuert werden.

Im allgemeinen genügt eine verhältnismäßig geringe Anzahl ivon 'Hilfskontakten, etwa bis zu sechs je Hauptkontakt, wenn man bei der Lastumschaltung einen Abschaltlichtbogen in Kauf nimmt. Will man jedoch die Lichtbogenbildung vermeiden, was um so leichter ist, je geringer Schaltstrom und Schaltspannung sind, dann ist es notwendig, die Anzahl der feststehenden Hilfskontakte zu vergrößern und die zugehörigen 'Gegenkontaicte aus Halbleitermaterial (vorzugsweise Mischungen aus Metallpulver oder Kohlepulver mit anderen Mineralien) zu machen, da hierdurch anstatt einer Stromunterbrechung ein kontinuierlicher Stromübergang und damit funkenloses Schalten zu erreichen ist. In den Figuren ist dieser Fall macht gezeichnet.

Bei den dargestellten Lastumschaltern treten beim Schalten Uiberschaltlichtbögen an den Hauptkontakten Ha bzw. Hb und an den Hilfskontakten Aa₁ bis Aa₄ bzw. Hb₁ bis hb₄ auf, die mit Sicherheit gelöscht werden. Die Schaltsicherheit i&t dann in jeder Weise garantiert, wenn für die Lichtbogenlöschung .an jedem Haupt- und jedem Hilfskontäkt mindestens eine Halbwelle zur Verfügung steht. Um den sicheren Ablauf einer so kurzzeitigen Schaltung zu ermöglichen, wird der Lastumschalter mit einem Schnellantrieb ausgerüstet, der aus einem Kraftspeicher (Federkraftspeicher, wie elektromagnetischer Kraftspeicher oder Druckluftkraftspeicher) und einer Geschwindigkeitsbremse besteht.

Wird die Forderung einer hohen Stoß- und Dauerkurzschlußstromfestigkeit an den Lastumschalter gestellt, dann sind die Ausführungen nach den Fig. 1 bis 3 nicht mehr brauchbar. In diesem Fäll müssen den Hauptkontakten Ha und Hb noch sogenannte Dauerhauptkontakte in kurzschlußfester Ausführung parallel geschaltet werden. Diese Dauerhauptkontakte haben die Aufgabe, im Dauerbetrieb die überwiegende Stromführung zu übernehmen. Anstatt jedem der festen Hauptkontakte Ha und Hb einen eigenen beweglichen Dauerhauptkontakt zuzuordnen, nimmt man zweckmäßigerweise nur einen beweglichen Dauefhauptkontakt DA, der um die Drehachse M zusammen mit dem Exzenter E aus der Anfangstellung in die Endstellung geschwenkt wird. Da der Exzenter E den größtmöglichen Schwenkungswinkel des Lastumschaltersystems durchläuft, hat man bei der vorgeschlagenen Anordnung die Sicherheit, daß der Dauerhauptkontakt schon kurz nach Beginn der Lastumschaltbewegung geöffnet ist bevor die übrigen Haupt- und Hilfskontakte öffnen.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungs'beispiel eines dreiphasigen Lastumschalters mit drei gemeinsam beweglichen Dauerhauptkontakten DH₁, DH₂ und DH₅. Auch sind in der linken Phase die festen Hauptkontakte Ha und Hb sowie einer der Hilfskontakte ha bezeichnet. An der gleichen Phase ist außerdem ersichtlich, daß sowohl der bewegliche Dauerhauptkontakt ' als auch die feststehenden Hauptkontakte in je zwei Teilkontakte aufgespalten sind, die über je einen niedrigohmigen¹ Widerstand mit den St rom Zuleitungen A und B getrennt verbunden sind. Diese niedrigohmigen Widerstände haben die Aufgabe, den an den Hauptikontakten abzuschaltenden Betriebsstrom in zwei gleiche Hälften zu unterteilen, um hierdurch in an sich

bekannter Weise den Lichtbogenabbrand an den Teilkontafcten zu vermindern.

Außerdem läßt Fig. 4 erkennen, wie man durch Zusammensetzen von drei einphasigen Last-Umschaltern, von denen jeder eine 'kreisförmige Kontaktbahn 'besitzt, die einen Winkel von 120⁰ einschließt, zu einem dreiphasigen Lastumschalter gelangt, und daß man in diesem Fall die beweglichen Dauerhauptkontakte als Stern ausbildet. Selbstverständlich ist außer der einphasigen und dreiphasigen Ausführung jede mehrphasige Ausführung möglich.

Claims (11)

1. Patentansprüche:

   ι . Lastumschalter iür Stufentransformatoren, der in Spannungsteilerschaltung arbeitet und (bei dem die festen Kontaktstücke der an Anzapfungen der Überschaltwiderstände angeschlossenen Hilfskontakte zwischen den zwei festen Hauptkantaiktstücken in einer Reihe symmetrisch zur Reihenmitte angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Überschaltwiderstände bzw. deren Teile in zur Reihenmitte symmetrischer Ohmwertverteilung an die festen Haupt- und Hilfskontaktstücke angeschlossen sind, daß sämtlichen festen Kontaktstücken eine gleiche Anzahl beweglicher Gegenkontaktstücke zugeordnet ist, und 'daß diese Gegenkontaktstücke sich auf den festen Kontaktstücken zwangläufig so abwälzen, daß die zur einen Spannungsstufe gehörenden Haupt- und Hilfskontalkte nacheinander ausigeschaltet und die zur anderen Spannungsstufe gehörenden Haupt- und Hilfskontakte nacheinander eingeschaltet werden.
2. 2. Lastumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Kontaktstücke voneinander isoliert auf einem geraden oder kreisbogenförmigen Kontaktträger ,angeordnet sind, und daß sich die 'beweglichen Kontaktstücke miteinander metallisch verbunden auf einem kreisbogenförmigen Kontaktträger befinden, der durch einen in seinem Kreismittelpunkt angreifenden Antr.ieb von der senkrechten Druckrichtung zu einem Hauptkontakt zur senkrechten Druckrichtung zum anderen Hauptkontakt weitergewälzt wird.
3. 3. Lastumschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Kontaktstücke in ihrem Kontaktträger durch Federdruck so weit vorbeweglich sind, daß sich im unatbgebrannten Zustand der festen und bewegliehen Kontaktstücke ein Kontaktübergriff von der Mitte des einen Hauptkontaktes bis zur Mitte des dem anderen Hauptkontakt zugeordneten letzten Hilfskontaktes ergibt.
4. 4. Lastumschalter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Überschaltwiderstände oder ihre Teile je nach den Arbeits-■bedingungen des Lastumschalters in. Serienschaltung, in Parallelschaltung oder in gemischter Schaltung zwischen den Haupt- und Hilfskotntakten liegen.
5. 5. Lastumschalter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ohmwerte der Überschaltwiderstände oder ihrer Teile so bemessen sind, daß die bei der Umschaltung von einer Transformatoranzapfung zur anderen auftretende Gesamtschaltleistung in effektiv gleiche Teilschaltleistungen zerlegt wird.
6. 6. Lastumschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden bei der Lastumschaltung dem Kontaktalbbrand unterliegenden Hauptkontakten (Ha und Hb) zwei 'besondere funkenlos schaltende Dauerhauptkontakte (DHa und DHb) parallel geschaltet sind, die nach den Hauptkontakten eingeschaltet und vor ihnen ausgeschaltet werden (Fig. 4).
7. 7. Lastumschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die beweglichen Kontaktstücke der Dauerhauptkontakte von dem Antrieb unmittelbar oder von dem Antrieb in Verbindung mit dem Kontaktträger der beweglichen Hilfskontaktstücke bewegtwerden.
8. 8. Lastumschalter nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Dauerhauptkontakte als auch die Hauptkontakte aus mehreren Teilkontakten bestehen und diese Teilkontakte über niedrigohmige Widerstände an die Stromzuleitungen angeschlossen sind.
9. 9. Lastumschalter nach Anspruch 1 ibis 8, dadurch gekennzeichnet, daß er durch einenKraftspeicherschnellantrieb in Verbindung mit einer Geschwindigkeitsbremse in einem solchen Zeitmaß bewegt wird, 'daß auf die öffnung jedes Haupt- oder Hilfskontaktes mindestens die Zeitdauer einer Halbwelle trifft.
10. 10. Lastumschalter nach Anspruch 1 bis 7> mit fein unterteilten Überschaltwiderständen, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem beweglichen Kontaktträger angebrachten Haupt- und Hilfskontaktstücke aus Halbleitermaterial bestehen,
11. 11. Aus drei Lastumschaltenn nach Anspruch ι bis 10 zusammengesetzter Lastumschalter als Sternpunktschalter bei Drehstromtransformatoren, dadurch gekennzeichnet, daß sich die kreisbogenförmigen Kontaktträger der festen Kontaktstücke der drei Phasen zu einem Vollkreis ergänzen und daß die zugehörigen drei kreisfoogenförmigen Kontaktträger der beweglichen Kontaktstücke durch ein gemeinsames Antriebsstück gehalten und gleichzeitig bewegt werden.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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