EP0294653A1 - Stufenschalter für Transformatoren mit im laststromfreien Zustand betätigbarem Wender - Google Patents

Stufenschalter für Transformatoren mit im laststromfreien Zustand betätigbarem Wender Download PDF

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EP0294653A1
EP0294653A1 EP88108351A EP88108351A EP0294653A1 EP 0294653 A1 EP0294653 A1 EP 0294653A1 EP 88108351 A EP88108351 A EP 88108351A EP 88108351 A EP88108351 A EP 88108351A EP 0294653 A1 EP0294653 A1 EP 0294653A1
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EP
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contact
contacts
tap changer
snap
winding
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EP88108351A
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English (en)
French (fr)
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Werner Widmann
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/0005—Tap change devices
    • H01H9/0016—Contact arrangements for tap changers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/14—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting
    • H01H1/24—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting with resilient mounting
    • H01H1/242—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting with resilient mounting the contact forming a part of a coil spring

Definitions

  • the invention relates to tap changers for transformers with a fine-stage winding which is electrically connected in series with a high-voltage main winding and which, depending on the position of an inverter which can only be operated in the no-load state, is additive or subtractive to the high-voltage main winding, with the turner for each phase on a common switching arm other than the main current-carrying contacts each time after this and at a higher speed than these opening snap-action contacts, which are driven to open the contact by a separate energy store.
  • tap changers for transformers in most applications also contain a selection, often referred to as a turner.
  • a fine-stage winding of the transformer is switched either additively or subtractively to the main winding by the turner, so that the setting range is doubled.
  • the fine-stage winding is temporarily not connected to the main winding while the turner is actuated.
  • the fine stage winding then assumes a potential resulting from the capacities of the fine stage winding against the main winding and the free stage winding against earth as well as from the mean operating voltage of the main winding.
  • the invention is therefore based on the object for tap changers of transformers to provide a reversing contact arrangement which can be retrofitted in a simple manner with snap-action contacts, the snap-action contacts reducing the electrical work carried out in the switching opening spark to less than a third of the value due to a higher opening speed than the main contacts achieve with known arrangements.
  • the snap switch according to the invention enables the usual turner structure to be retained and advantageously requires very little additional space exclusively in the axial direction, so that the accommodation of appropriately equipped tap changers in transformers is possible without any problems.
  • fixed contacts 4 and 14 designed as knife contacts are fastened to vertical insulating rods 21.
  • the fixed contacts 4 and 14 can be connected via a switching bridge made of resiliently pressed contact strips 22 to a further fixed contact 3, also carried by a vertical insulating rod 21.
  • a guide body 23 for the contact strip 22 is guided and driven by two pivotable insulating material rods 24.
  • an intermediate contact 15 is provided in addition to the fixed contacts 4 and 14, which is also carried by an insulating rod 21 and can be connected to the fixed contact 3 via the contact strips 22.
  • U-shaped fixed contacts 25 are fastened in horizontal cross section to the insulating rods 21 in such a way that they surround the free ends of snap-action contacts 26 carrying handles 27.
  • the two free legs of the cross-sectionally U-shaped fixed contacts 25 are offset from one another in the axial direction so that each leg only projects into the path of a single snap switch contact 26.
  • the stems 27 each consist of a helical spring, are consequently flexible and are in turn clamped in bearing blocks 28 carried by the guide body 23.
  • the fixed contacts 25 are carried by screws 29, the heads of which lie in shield bodies 30.
  • FIGS. 4 and 5 show circuit examples for the use of inverters 31 according to the invention.
  • One high-voltage master winding 17 has one end at an high-voltage connection 1 and is connected at its other end to both a selector contact 3 and a fixed contact 3 in the turner 31.
  • a fine-stage winding 18 is electrically connected in series with the high-voltage main winding 17 by the turner 31, depending on its position, additively or subtractively.
  • Selector arms 20 can be switched over in a currentless manner via selector contacts 5 to 13 and 3.
  • the required load current switches are carried out by a load switch 1, the movable contact of which is connected to a low-voltage connection 2.
  • the ends of the fine stage winding 18 are connected to the fixed contacts 4 and 14 in the turner 31.
  • the additionally provided intermediate contact 15 is galvanically connected to the center of the fine-stage winding 18 via a linkage resistor 16.
  • the reverser arrangement supplemented according to the invention by snap-action contacts 26, ensures that when the contact strips 22 run off, even from one of the fixed contacts 4 or 14, no potential difference can occur on the open contact path, because the snap-action contacts 26 are initially galvanically connected to the fixed contact 4 or 14 connected fixed contact 25 are held. Only when the contact opening distance has reached a certain dimension, for example 8 mm, is the snap switch contact 26 seated on a resilient handle released and moves away from the fixed contact 25 at a much higher speed than the contact strips 22 from one of the fixed contacts 4 or 14. As a result the thereby increased contact opening speed, discharge processes possibly occurring as a result of potential differences are ended very quickly, so that overall only very small amounts of energy are introduced into the transformer oil.
  • the switchover occurs mechanically in the same way, but electrically without interruption, ie the fixed contact 3 galvanically connected to at least one of the fixed contacts 4, 14 or 15 at any moment.
  • part of the fine-stage winding 18 is inevitably short-circuited for a short time, so that the corresponding short-circuit current must be switched off at the end of each switching step.
  • the snap switch contact proves to be very advantageous due to its high contact opening speed.
  • contact bridges 22 that belong together with the snap switch contact 26 assigned to them and / or the fixed contacts 4, 15 and 14 are electrically insulated from the fixed contact 25 assigned to them and the mutually electrically isolated components that are associated with one another are galvanically interconnected via high-impedance damping resistors connected. This measure further reduces the amount of energy released in the discharge processes during switching.

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  • Housings And Mounting Of Transformers (AREA)

Abstract

In derartig ausgerüsteten Transformatoren dienen Wender zur Reihenschaltung einer Oberstufenstammwicklung mit einer Feinstufenwicklung, wobei die Reihenschaltung wahlweise additiv oder subtraktiv erfolgt. Während der Umschaltung der Feinstufenwicklung wird diese kurzfristig potentialfrei, so daß trotz stromloser Schaltung beim Öffnen und Schließen der Kontakte Entladungsvorgänge auftreten. Die hierbei umgesetzte Energiemenge darf ein tolerierbares Ausmaß nicht überschreiten. Dies gewährleistet erfindungsgemäß eine Merkmalskombination, wonach jeder der Schnappschaltkontakte (26) von dem freien Ende eines biegsamen Stiels (27) getragen ist, wonach der biegsame Stiel (27) gleichzeitig als Kraftspeicher dient, wonach die Schnappschaltkontakte (26) gegenüber dem zugehörigen Hauptkontakt (22) in Achsrichtung des Wenders (31) versetzt sind, wonach die Schnappschaltkontakte (26) von ihnen zugeordneten in der Bewegungsebene der Schnappschaltkontakte (26) im Querschnitt U-förmigen Festkontakten (25) umfaßt sind und wonach zu Beginn jeder Wenderbetätigung mindestens ein Schnappschaltkontakt (26) von einem der vorstehenden freien Schenkel eines der im Querschnitt U-förmigen Festkontakte (25) zunächst festgehalten ist. Der Einsatz erfindungsgemäß gestalteter Stufenschalteinrichtungen ist vor allem in Transformatoren mit großer Nennleistung und/oder großen Einstellbereichen für das Übersetzungsverhältnis zweckmäßig.

Description

  • Die Erfindung betrifft Stufenschalter für Transformatoren mit einer elektrisch in Reihe mit einer Oberspannungsstammwicklung liegenden Feinstufenwicklung, die je nach Stellung einer ausschließlich im laststromfreien Zustand betätigbaren Wenders additiv oder subtraktiv zur Oberspannungsstammwicklung liegt, wobei der Wender für jede Phase auf einem gemeinsamen Schaltarm außer den Laststrom führenden Hauptkontakten zeitlich jeweils nach diesen und mit höherer Geschwindigkeit als diese öffnende Schnappschaltkontakte aufweist, die zur Kontaktöffnung von einem eigenen Kraftspeicher angetrieben sind.
  • Stufenschalter für Transformatoren enthalten außer dem sogenannten Feinwähler in den meisten Anwendungsfällen noch einen Vorwähler, häufig auch als Wender bezeichnet. Durch den Wender wird eine Feinstufenwicklung des Transformators wahlweise additiv oder subtraktiv zur Stammwicklung geschaltet, so daß eine Verdoppelung des Einstellbereiches erreicht ist. Während der Betätigung des Wenders ist die Feinstufenwicklung kurzzeitig nicht mit der Stammwicklung verbunden. Die Feinstufenwicklung nimmt dann ein durch die Kapazitäten der Feinstufenwicklung gegen die Stammwicklung und der freien Stufenwicklung gegen Erde sowie durch die mittlere Betriebs­spannung der Stammwicklung sich ergebendes Potential an. Beim Öffnen der Wenderkontakte treten daher kurzzeitig Vorentladungen auf, die je nach den vorliegenden Verhältnissen zu einer mehr oder weniger starken Gasentwicklung in dem die Kontakte umgebenden Transformatoröl führen. Als Abhilfemaßnahme bei unzulässig starker Gasentwicklung ist bisher üblicherweise der Einbau von Anlenk- und/oder Dämpfungswiderständen vorgesehen. Beide Maßnahmen sind jedoch relativ teuer. Außerdem stört häufig der hierfür erforderliche zusätzliche Platzbedarf.
  • Durch die DD-PS 118 747 ist für einen Stufenschalter mit Wender und Anlenkwiderständen eine Anordnung bekannt, bei der die Feinstufenwicklung unter Einsatz von Schnappschaltkontakten unterbrechungslos umschaltbar ist. Dabei ist ein Hauptkontakt in seiner Bewegungsebene jeweils von einem Paar von Schnappschaltkontakten flankiert, die durch eine Zugfeder gegen den Hauptkontakt gezogen sind und deren maximale Verschwenkung gegenüber einem den Hauptkontakt tragenden Schaltarm durch Anschläge begrenzt ist. Die die Schnappschaltkontakte gegen den Hauptkontakt ziehende Zugfeder dient bei der Auslenkung der Schnappschaltkontakte gleichzeitig als Kraftspeicher und beschleunigt die Schnappschaltkontakte, sobald diese von dem ihnen zugeordneten Anschlag über einen Festkontakt hinübergedrückt sind, auf eine höhere Geschwindigkeit als der Hauptkontakt erreicht. Vorentladungen im oben beschriebenen Sinne treten jedoch bei dieser Anornung infolge der unter­brechungslosen Umschaltung nicht auf.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde für Stufenschalter von Transformatoren eine Wenderkontaktanordnung zu schaffen, die auf einfache Art mit Schnappschaltkontakten nachrüstbar ist, wobei die Schnappschaltkontakte durch eine höhere Öffnungsgeschwindigkeit als die Hauptkontakte eine Verringerung der im Schaltöffnungsfunken umgesetzten elektrischen Arbeit auf weniger als ein Drittel des Wertes bei bekannten Anordnungen erreichen.
  • Diese Aufgabe wird für Stufenschalter der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale erreicht.
  • Zweckmäßige Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 8 angegeben.
  • Der erfindungsgemäße Schnappschalter ermöglicht die Beibehaltung des üblichen Wenderaufbaus und erfordert dabei in vorteilhafter Weise nur sehr wenig zusätzlichen Raum ausschließlich in axialer Richtung, so daß die Unterbringung von entsprechend ausgerüsteten Stufenschaltern in Transformatoren problemlos möglich ist.
  • Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:
    • FIG 1 einen Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße Kontaktanordnung entlang der Linie I-I in FIG 2 und 3.
    • FIG 2 einen Horizontalschnitt durch einen Wender mit zwei Festkontakten.
    • FIG 3 einen Horizontalschnitt durch einen Wender mit drei Festkontakten.
    • FIG 4 eine Schaltung für einen Wender gemäß FIG 2.
    • FIG 5 eine Schaltung für einen Wender gemäß FIG 3.
  • Einander entsprechende Bauteile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Im Wender eines nicht näher dargestellten Stufenschalters sind als Messerkontakte ausgebildete Festkontakte 4 und 14 an vertikalen Isolierstoffstäben 21 befestigt. Die Festkontakte 4 und 14 sind über eine Schaltbrücke aus federnd gegeneinander gedrückten Kontaktleisten 22 mit einem weiteren ebenfalls von einem senkrechten Isolierstoffstab 21 getragenen Festkontakt 3 verbindbar. Ein Führungskörper 23 für die Kontaktleiste 22 wird von zwei verschwenkbaren Isolierstoffstäben 24 geführt und angetrieben.
  • Bei der Ausführung gemäß FIG 3 ist zusätzlich zu den Festkontakten 4 und 14 ein Zwischenkontakt 15 vorgesehen, der ebenfalls von einem Isolierstoffstab 21 getragen und über die Kontaktleisten 22 mit dem Festkontakt 3 verbindbar ist.
  • Oberhalb der Festkontakte 4, 14 und 15 sind im horizontalen Querschnitt U-förmige Festkontakte 25 so an den Isolierstoffstäben 21 befestigt, daß sie die freien Enden von Schnappschaltkontakten 26 tragenden Stielen 27 umgeben. Die beiden freien Schenkel der im Querschnitt U-förmigen Festkontakte 25 sind in Achsrichtung so gegeneinander versetzt, daß jeder Schenkel jeweils nur in die Bahn eines einzigen Schnappschaltkontaktes 26 hineinragt. Die Stiele 27 bestehen aus je einer Schraubenfeder, sind demzufolge biegsam und sind ihrerseits in von dem Führungskörper 23 getragene Lagerböcke 28 eingespannt. Die Festkontakte 25 werden von Schrauben 29 getragen, deren Köpfe in Schirmkörpern 30 liegen.
  • Die Figuren 4 und 5 zeigen Schaltungsbeispiele zum Einsatz von erfindungsgemäßen Wendern 31. Eine Oberspannungsstammwicklung 17 liegt mit einem Ende an einem Oberspannungsanschluß 1 und ist mit ihrem anderen Ende sowohl mit einem Wählerkontakt 3 als auch mit einem Festkontakt 3 im Wender 31 verbunden. Eine Feinstufenwicklung 18 ist durch den Wender 31, je nach dessen Stellung, additiv oder subtraktiv mit der Oberspannungsstamm­wicklung 17 elektrisch in Reihe geschaltet. Wählerarme 20 sind schrittweise über Wählerkontakte 5 bis 13 und 3 stromlos umschaltbar. Die erforderlichen Laststromumschaltungen erfolgen durch einen Lastschalter 1, dessen beweglicher Kontakt mit einem Niederspannungsanschluß 2 verbunden ist.
  • Die Enden der Feinstufenwicklung 18 sind mit den Festkontakten 4 und 14 im Wender 31 verbunden. Bei der Anordnung gemäß FIG 5 ist der zusätzlich vorgesehene Zwischenkontakt 15 über einen Anlenkwiderstand 16 mit der Mitte der Feinstufenwicklung 18 galvanisch verbunden.
  • Durch nicht dargestellte mechanische Verriegelungen ist gewährleistet, daß der Wender 31 nur betätigbar ist, solange der Laststrom über den unmittelbar mit dem Stammwicklungsende verbundenen Wählerkontakt 3 geführt ist. Demzufolge sind alle Umschaltungen im Wender stromlos. Da sich jedoch infolge kapazitiver und/oder induktiver Kopplung der Feinstufenwicklung 18 mit den übrigen Wicklungen des Transformators unterschiedliche an den Festkontakten 3, 4 und 14 anliegende Potentiale ergeben, werden beim Ablaufen der Kontaktleisten 22 von einem der Festkontakte 4 oder 14 Schaltfunken verursacht. Diese Schaltfunken verursachen eine unerwünscht schnelle Verunreinigung des den Wender 31 umgebenden Transformatoröls und sollen deswegen so energiearm wie möglich sein.
  • Die erfindungsgemäß durch Schnappschaltkontakte 26 ergänzte Wenderanordnung sorgt dafür, daß beim Ablaufen der Kontaktleisten 22 selbst von einem der Festkontakte 4 oder 14 an der geöffneten Kontaktstrecke keine Potentialdifferenz auftreten kann, weil die Schnappschaltkontakte 26 zunächst noch an dem zugehörigen galvanisch mit dem Festkontakt 4 bzw. 14 verbundenen Festkontakt 25 festgehalten sind. Erst wenn die Kontaktöffnungsstrecke ein bestimmtes Maß, beispielsweise 8 mm, erreicht hat, wird der auf einem federnden Stiel sitzende Schnappschaltkontakt 26 freigegeben und entfernt sich mit sehr viel höherer Geschwindigkeit von dem Festkontakt 25 als die Kontaktleisten 22 von einem der Festkontakte 4 oder 14. Infolge der hierdurch vergrößerten Kontaktöffnungsgeschwindigkeit werden eventuell infolge von Potentialunterschieden auftretende Entladungsvorgänge sehr schnell beendet, so daß insgesamt nur sehr kleine Energiemengen in das Transformatoröl eingetragen werden.
  • Bei der Anordnung gemäß den Figuren 3 und 5 erfolgt die Umschaltung zwar mechanisch betrachtet in gleicher Weise elektrisch jedoch unterbrechungslos, d.h. der Festkontakt 3 ist in jedem Moment mit mindestens einem der Festkontakte 4, 14 oder 15 galvanisch verbunden. Dadurch ist verhindert, daß die Feinstufenwicklung 18 ihr Potential frei annehmen kann. Dabei wird jedoch unvermeidbar jeweils für kurze Zeit ein Teil der Feinstufenwicklung 18 kurzgeshlossen, so daß am Ende eines jeden Schaltschrittes der entsprechende Kurzschlußstrom abzuschalten ist. Auch hierbei erweist sich der Schnappschaltkontakt infolge seiner hohen Kontaktöffnungs­geschwindigkeit als sehr vorteilhaft.
  • Gemäß einer nicht dargestellten weiteren Vervollkommnung sind jeweils zusammengehörende Kontaktbrücken 22 mit dem ihnen zugeordnenten Schnappschaltkontakt 26 und/oder die Festkontakte 4, 15 und 14 von dem ihnen zugeordneten Festkontakt 25 elektrisch isoliert und sind die einander zugeordneten, voneinander elektrisch isolierten Bauelemente über hochohmige Dämpfungswiderstände galvanisch miteinander verbunden. Durch diese Maßnahme wird die in Entladungsvorgängen beim Schalten freiwerdende Energiemenge weiter verringert.

Claims (8)

1.Stufenschalter für Transformatoren mit einer elektrisch in Reihe mit einer Oberspannungsstammwicklung (17) liegenden Feinstufenwicklung (18), die je nach Stellung eines ausschließlich im laststromfreien Zustand betätigbaren Wenders (31) additiv oder subtraktiv zur Oberspannungsstammwicklung (17) liegt, wobei der Wender (31) für jede Phase auf einem gemeinsamen Schaltarm außer den Laststrom führenden Hauptkontakten (3, 4, 14, 22) zeitlich jeweils nach diesen und mit höherer Geschwindigkeit als diese öffnende Schnappschaltkontakte (26) aufweist, die zur Kontaktöffnung von einem eigenen Kraftspeicher angetrieben sind,
dadurch gekennzeichnet,
- daß jeder der Schnappschaltkontakte (26) von dem freien Ende eines biegsamen Stiels (27) getragen ist,
- daß der biegsame Stiel (27) gleichzeitig als Kraftspeicher dient,
- daß die Schnappschaltkontakte (26) gegenüber dem zugehörigen Hauptkontakt (22) in Achsrichtung des Wenders (31) versetzt sind,
- daß die Schnappschaltkontakte (26) von ihnen zugeordneten, in der Bewegungsebene der Schnappschaltkontakte (26) im Querschnitt U-förmigen Festkontakten (25) umfaßt sind und
- daß zu Beginn jeder Wenderbetätigung mindestens ein Schnappschaltkontakt (26) von einem der vorstehenden freien Schenkel eines der im Querschnitt U-förmigen Festkontakte (25) zunächst festgehalten ist.
2. Stufenschalter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß für jede der beiden Schaltrichtungen je Phase mindestens ein Schnappschaltkontakt (26) vorgesehen ist.
3. Stufenschalter nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß als biegsamer Stiel (27) und Kraftspeicher eine Schraubenfeder dient, deren freies Ende einen Schnappschaltkontakt (26) trägt und deren anderes Ende von einem fest in einem Lagerbock (28) auf dem zugehörigen Schaltarm eingespannten Bolzen getragen ist.
4. Stufenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die beiden freien Schenkel der im Querschnitt U-förmigen Festkontakte (25) in Achsrichtung so gegeneinander versetzt sind, daß jeder Schenkel jeweils nur in die Bahn eines einzigen Schnappschaltkontaktes (26) hineinragt.
5. Stufenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der jeweils von seinem zugehörigen Festkontakt (25) festgehaltene Schnappschaltkontakt (26) erst freigegeben ist, sobald der zugehörige Hauptkontakt (22) mindestens 8 mm geöffnet hat und daß die Öffnungsgeschwindigkeit des Schnappschaltkontaktes (26) mindestens doppelt so groß ist wie die des Hauptkonataktes (22).
6. Stufenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung über einen zwischengeschalteten Anlenkkontakt (15) unterbrechungslos erfolgt, indem der jeweils festgehaltene Schnappschaltkontakt (26) erst freikommt, sobald der zugehörige Hauptkontakt (22) bereits den nächsten Kontaktz (4, 15, 14) berührt.
7. Stufenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß einander zugeordnete Haupt- (4, 14, 15, 22) und Schnappschaltkontakte (26) elektrisch gegeneinander isoliert befestigt und lediglich über einen Dämpfungswiderstand galvanisch miteinander verbunden sind.
8. Stufenschalter nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß als biegsamer Stiel (27) und Kraftspeicher ein faserverstärkter Isolierstoffstab dient, daß ein diesen haltender Lagerbock (28) ebenfalls aus Isolierstoff besteht und daß der Dämpfungswiderstand zusammen mit dem Lagerbock (28) von dem Schaltarm getragen ist.
EP88108351A 1987-06-09 1988-05-25 Stufenschalter für Transformatoren mit im laststromfreien Zustand betätigbarem Wender Withdrawn EP0294653A1 (de)

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