EP2673791A1 - Stufenschalter - Google Patents

Stufenschalter

Info

Publication number
EP2673791A1
EP2673791A1 EP12702224.2A EP12702224A EP2673791A1 EP 2673791 A1 EP2673791 A1 EP 2673791A1 EP 12702224 A EP12702224 A EP 12702224A EP 2673791 A1 EP2673791 A1 EP 2673791A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
switching
tap changer
electrical contact
contact elements
switching unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12702224.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dieter Dohnal
Christian Hammer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Scheubeck GmbH and Co
Original Assignee
Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Maschinenfabrik Reinhausen GmbH, Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG filed Critical Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Publication of EP2673791A1 publication Critical patent/EP2673791A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a tap changer, comprising a selector and a diverter switch for uninterrupted switching between different winding taps of a tapped transformer with the features of the independent claim.
  • a diverter switch is known for example from DE 44 07 945 C1.
  • the diverter switch disclosed in the DE patent comprises switching contacts whose switching can be initiated by the sudden release of a force accumulator.
  • the connection of the first and the second switching contact with the load dissipation via separately operable Vakuumschaiter.
  • the entire switching unit rotates in the oil tank.
  • Moving contacts on the switching unit may also make contact with each of the level contacts on the oil pan.
  • the phases are arranged in several levels one above the other.
  • the winding taps of a tapped transformer to be switched can be connected to the contacts mounted in the oil tank.
  • an increasing number of contacts on the circumference of the oil reservoir of the diverter switch leads to restrictions in the
  • the entire switching unit rotates in the oil vessel.
  • the tap changers are equipped with load selection principle with a mechanically simple to implement energy storage.
  • Tap changers already known from the prior art may further comprise a selector.
  • the selector is used for powerless preselection of that winding tap of the tapped transformer to be switched to.
  • the diverter switch can be arranged in a separate oil tank. The two voters will become one phase typically performed on two contacts on the oil pan.
  • the object of the invention is to provide an improved diverter switch with selector available, which avoids the known from the prior art disadvantages.
  • the object of the invention is to increase the dielectric strength between the winding taps of the tapped transformer and the variable switchability in both directions of rotation.
  • the invention proposes a tap changer, which has at least one selector and a diverter switch for uninterrupted switching between different winding taps of a tapped transformer, wherein the diverter switch comprises at least one switching unit, which is also sometimes referred to as switching sector, and at least two Switching sections such as. Vacuum cells, so-called.
  • Contact elements are arranged circumferentially in a plane.
  • Switching unit is in each case not, as in the prior art, associated with a defined phase, but each moving contact in the on-load tap-changer can basically have contact with all fixed contacts of all phases, for example. By rotation in the same direction.
  • the tap changer according to the invention provides a very high dielectric strength, which is achieved, inter alia, that the diverter switch is separated as a structural unit from the selector, the entire diverter switch or individual assemblies thereof rotate as in known stage switches on the load selector principle in a circle.
  • the at least one, but in one embodiment, three (or possibly more), phase is preferably arranged circumferentially in a common plane on the circumference of the diverter switch vessel.
  • a rotary energy store can be used in an advantageous manner, because such can be combined well with the rotating load changeover unit.
  • Switching sections the switching paths of a switching element and a selectively connected in series over-resistance and another optional in
  • the further switching element may also have a different physical action principle than the first switching element.
  • Corresponding configurations may also be provided in a circuit with three or more switching paths.
  • the switching distances are variable; For example, so-called oil switching paths, vacuum cells, electronic switching elements, e.g.
  • Thyristors, IGBT etc. can be usefully used and possibly also combined with each other. Also, more switching paths or switching elements per phase are conceivable.
  • the switching units or switching paths of the load switching unit are not permanently assigned to a phase, but each moving contact can, depending on the switching position contact with all fixed contacts all phases have, for example.
  • the structure of the on-load tap-changer according to the invention sees a total of two
  • the diverter switch is arranged in an oil vessel, for example in a closed insulating cylinder.
  • the diverter switch is provided for switching between at least two stages, for example between at least two
  • the diverter switch can be provided for switching between a plurality, for example, to switch between two or three stages.
  • the diverter switch comprises at least one Switching unit consisting of at least two switching sections.
  • the switching paths may have, for example, a vacuum cell and / or an electronic switching element, such as a thyristor or an IGBT. If an electrically conductive connection to be made, so are the two switching sections in
  • Connection can be made for example by rapid switching of the switching elements via a spring force or other energy storage. Also, one is outside the
  • Selector device arranged for oil vessel, which is used for switching between the at least two winding taps of the tapped transformer with the
  • the selector device can have, for example, a selector gear and / or a fine selector and / or a preselector (turner or coarse selector).
  • the at least one switching unit with the at least two switching sections can be arranged in a rotationally fixed manner on a shaft which can be actuated in two opposite directions of rotation.
  • Circular contact elements and be arranged with a plurality of contact parts around the shaft, so that by means of a rotary movement of the switching shaft an electrically conductive
  • the at least one switching unit stationary and rotatably provide the electrical contact elements in a cylinder, so that by a rotational movement of the cylinder, an electrically conductive connection between the at least one switching unit and the electrical contact elements can be produced.
  • the connection of the electrical contact elements with the stationary lines to the selector can be done in this case preferably via sliding contacts.
  • an electrical connection of at least one switching path of at least one switching unit via a resistor and / or via a vacuum switching cell can be produced.
  • a switching path can have a resistor, while the further switching path has no additional resistance.
  • Resistors may have a variety of resistance values known to those skilled in the art and, for that reason, are not explicitly mentioned.
  • at least three switching units each having at least two switching paths may be provided, wherein the at least three switching units are formed during a rotational movement of the shaft for at least approximately time-synchronous production of an electrically conductive connection between the three switching units and the electrical contact elements.
  • each switching unit may comprise at least two switching paths with resistance and at least one load switching path.
  • the at least two switching paths with resistance can be brought into surface contact with an electrical connection with one electrical contact element each.
  • the switching paths with resistance and / or the at least one load switching path can have a total of at least three vacuum interrupters, which can be switched in a defined time offset. For example, first the first vacuum interrupter of the first switching path can be switched with resistance and then the second vacuum interrupter of
  • Resistor so time shifted to each other switch that they are open at any time simultaneously.
  • exactly three first and exactly three second electrical contact elements and exactly three switching elements may be present, which are arranged in a circle and offset by 120 ° about the central switching shaft of the diverter switch.
  • Vakuumschaltröhren are not limiting, but are used for Explanation of the functions and the switching options of a diverter switch according to the invention a tap changer.
  • Fig. 1 shows a schematic view of a tap changer according to the invention with oil reservoir and selector
  • Fig. 2 shows a circuit diagram with the various components of the diverter switch 10, which can be rotated and switched by means of a central switching or drive shaft 8.
  • Fig. 3 shows in several circuit diagrams, the interconnection of individual switching branches of a plurality of switching elements of the tap changer according to the invention and the switching sequences when rotating a switching shaft.
  • Fig. 4 shows an alternative embodiment of a diverter switch as may be used in the present invention.
  • Fig. 1 shows a schematic view of a tap changer 1 according to the invention with oil vessel 3 and selector 5. At the oil vessel 3, a lid 4 is arranged. The
  • Selector 5 may, for example, a selector gear, a fine selector and a preselector (not shown). Further, as shown in FIG. 1
  • a separation point 7 between the oil vessel 3 and selector 5 may be present.
  • other components such as
  • a spring energy storage (not shown) may be arranged.
  • Fig. 2 shows a circuit diagram with the various components of the diverter switch 10, which can be rotated and switched by means of a central switching or drive shaft 8. The switching operation can take place by means of rotation of the drive shaft 8 im- or counterclockwise.
  • the diverter switch 10 shown in FIG. 3 on the basis of several block diagrams is used for uninterrupted switching between two electrical contact elements 12 and 14 of a tap changer 1 (see FIG. 1), which has a selector 20 with winding taps, here exemplified by n and n + 1 Control winding 21 of a tapped transformer can be connected.
  • a tap changer 1 see FIG. 1
  • Dimmer switch 10 includes a plurality of switching units 17a, 17b and 17c each having a load switching path 18 and two switching paths each with resistor 19.
  • the load path 18 of the respective switching unit 17a, 17b and 17c extends centrally between the two switching paths with resistor 1 9.
  • One of the two switching paths with resistor 19 of the switching unit 17a, 17b and 17c can each have a series circuit of a vacuum interrupter TTV a and a mechanical switching contact TTF 1 and a resistor R ⁇ be formed.
  • a further switching path with resistor 1 9 of the Schaitmaschine 17 a, 17 b and 17 c respectively via a series circuit of a
  • Vacuum stop tube TTV b and a mechanical switching contact TTF 2 and a resistor R 2 may be formed.
  • Switching unit 17a, 17b and 17c from a series circuit of a vacuum interrupter MSV, and a mechanical switching contact MTS- be formed.
  • Switching contacts TTF ( MTS and TTF 2 are shown in FIG. 3 with a defined time
  • the vacuum interrupter TTV b arranged in the first resistance branch 19 first opens, with a short time offset, the associated mechanical switching contact TTF 2 rotating in the same path 19, a switching operation from the first electrical contact element 2 to second electrical contact element 14 causes (see Figure 3b and Figure 3c).
  • the second vacuum interrupter MSV ⁇ located on the path 18 opens before the mechanical switching contact MTS- located in the same path 18 is released (see FIG. 3c - FIG. 3f).
  • the first vacuum interrupter TTV b is closed again, so that an electrically conductive
  • the third vacuum interrupter TTV a of the third path 19 is opened in a next step (see FIG. 3f).
  • the load path 18 is continued in the direction of the second contact element 14 and the vacuum interrupter MSV arranged on the load path is closed (FIG. 3h).
  • Figures 3i to 3k show the closing of the arranged on the third path 1 9 vacuum interrupter TTV a and the continuation of the path 19 to the second electrical contact element 14.
  • Figures 31 to 3u show a further switching step and the continuation of the switching unit 17 a, 17 b and 17 c and the paths 18 and 19 from the second contact element 14 to the first contact element 12.
  • each switching element of each switching unit 17a, 17b and 17c can basically make contact with all fixed contacts of each phase, which takes place for example by a rotation in the same direction.
  • Switching operation is identical to the switching operation of Figures 3a to 31 here.
  • FIG. 4 finally shows a variant of the tap changer 1, in which at least in the load path 18 with the second vacuum interrupter MSVT and the
  • an additional main contact MC is arranged, which can take over the continuous current.
  • the at least one switching unit 17a, 17b and 17c stationary and to provide the electrical contact elements 12 and 14 rotationally fixed in a cylinder, so that by a rotational movement of the cylinder an electrically conductive connection between the at least a switching unit 17a, 17b and 17c and the electrical contact elements 12 and 14 can be produced.
  • the connection of the electrical contact elements 12 and 14 with the fixed lines to the selector 20 may in this case preferably via

Landscapes

  • Rotary Switch, Piano Key Switch, And Lever Switch (AREA)
  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)
  • Housings And Mounting Of Transformers (AREA)

Description

Stufenschalter
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stufenschalter, aufweisend einen Wähler und einen Lastumschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs.
Ein Lastumschalter ist beispielsweise aus der DE 44 07 945 C1 bekannt. Der in der DE- Patentschrift offenbarte Lastumschalter umfasst Schaltkontakte, deren Umschalten durch das sprungartige Auslösen eines Kraftspeichers einleitbar ist. Die Verbindung des ersten und des zweiten Schaltkontaktes mit der Lastableitung erfolgt über getrennt voneinander betätigbare Vakuumschaiter. Bei Umschaltung zwischen verschiedenen Stufen rotiert die gesamte Umschalteinheit im Ölgefäß. Meist befinden sich feste Kontakte am Gehäuse oder Gefäß des Lastumschalters, die den elektrisch leitenden Kontakt zu den Wicklungsanzapfungen herstellen. Bewegte Kontakte an der Umschalteinheit können zudem einen Kontakt mit jedem von den auf einer Höhe angeordneten Kontakten am Ölgefäß herstellen. Typischerweise sind die Phasen hierbei in mehreren Ebenen übereinander angeordnet. Die Wicklungsanzapfungen eines zu schaltenden Stufentransformators können an die im Ölgefäß angebrachten Kontakte angeschlossen sein. Eine zunehmende Vielzahl von Kontakten auf dem Umfang des Ölgefäßes des Lastumschalters führt allerdings zu Einschränkungen in der
Spannungsfestigkeit, da die Abstände der Kontakte voneinander oftmals für eine ausreichend hohe Spannungsfestigkeit nicht ausreichend sind.
Auch kann vorgesehen sein, dass bei diesen Stufenschaltern, die nach dem sog, Lastwählerprinzip arbeiten, die gesamte Umschalteinheit im Ölgefäß rotiert. Üblicherweise sind die Stufenschalter mit Lastwählerprinzip mit einem mechanisch einfach zu realisierenden Kraftspeicher ausgestattet.
Aus dem Stand der Technik bereits bekannte Stufenschalter können weiter einen Wähler umfassen. Der Wähler dient zur leistungslosen Vorwahl derjenigen Wicklungsanzapfung des Stufentransformators, auf die umgeschaltet werden soll. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lastumschaltern mit Wählern kann der Lastumschalter in einem separaten Ölgefäß angeordnet sein. Die beiden Wählerleitungen einer Phase werden typischerweise auf zwei Kontakte am Ölgefäß geführt. Bei einer Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen des Stufentransformators schaltet der
Lastumschalter zwischen diesen beiden Kontakten hin und her, auch wenn sich der Wähler in einer Richtung weiterdreht. Dies erfordert einen aufwändigen Antrieb des
Lastumschalters. Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, einen verbesserten Lastumschalter mit Wähler zur Verfügung zu stellen, welcher die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile vermeidet. Insbesondere besteht die Aufgabe der Erfindung in der Erhöhung der Spannungsfestigkeit zwischen den Wicklungsanzapfungen des Stufentransformators und in der variablen Schaltbarkeit in beiden Drehrichtungen.
Diese Aufgabe der Erfindung wird durch einen Stufenschalter mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den sich daran anschließenden abhängigen Ansprüchen. Zur Lösung der genannten Aufgabe schlägt die Erfindung einen Stufenschalter vor, der zumindest einen Wähler und einem Lastumschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators aufweist , wobei der Lastumschalter mindestens eine Schalteinheit umfasst, die teilweise auch als Schaltsektor bezeichnet wird, und die aus mindestens zwei Schaltstrecken wie bspw. Vakuumzellen, sog.
Ölschaltstrecken, Thyristorstufen etc. gebildet ist. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest Teile des Lastumschalters beim Umschalten rotieren, wobei die
Kontaktelemente umlaufend in einer Ebene angeordnet sind. Die mindestens eine
Schalteinheit ist dabei jeweils nicht, wie beim bekannten Stand der Technik, einer definierten Phase zugeordnet, sondern jeder bewegte Kontakt im Laststufenschalter kann grundsätzlich Kontakt mit allen Festkontakten aller Phasen haben, bspw. durch Rotation in gleicher Richtung.
Der erfindungsgemäße Stufenschalter liefert eine sehr hohe Spannungsfestigkeit, was u.a. dadurch erreicht wird, dass der Lastumschalter als bauliche Einheit vom Wähler getrennt ist, wobei der gesamte Lastumschalter oder einzelne Baugruppen davon wie bei bekannten Stufenschaltem nach dem Lastwählerprinzip im Kreis rotieren. Die mindestens eine, in einer Ausführungsform jedoch drei (oder ggf. mehr), Phase ist vorzugsweise am Umfang des Lastumschaltergefäßes umlaufend in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Wie bei den bisher bekannten Stufenschaltern nach dem Lastwählerprinzip kann in vorteilhafter Weise ein rotatorischer Kraftspeicher verwendet werden, weil sich ein solcher gut mit der rotierenden Lastumschalteinheit kombinieren lässt. Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante sind je Phase typischerweise lediglich zwei Kontakte, d.h. stromführende und vorgewählte Stufen, am Umfang des
Lastumschalterölgefäßes angebracht. Bei einem dreiphasigen Lastumschalter sind entsprechend mehr Kontakte am Umfang verteilt, in diesem Fall sind dies insgesamt sechs Kontakte. Grundsätzlich sind nach dem Wesen der vorliegenden Erfindung verschiedene Ausführungsformen der Schalteinheit möglich, z.B. Schaltungen mit zwei, drei oder auch mehr Schaltstrecken. Bei einer Schaltung mit beispielsweise zwei
Schaltstrecken können die Schaltstrecken aus einem Schaltelement und einem wahlweise dazu in Reihe geschaltetem Überschaltwiderstand sowie einem weiteren wahlweise in
Reihe dazu geschaltetem Schaltelement bestehen. Dabei kann das weitere Schaltelement auch ein anderes physikalisches Wirkprinzip als das erste Schaltelement aufweisen.
Entsprechende Konfigurationen können auch bei einer Schaltung mit drei oder mehr Schaltstrecken vorgesehen sein. Grundsätzlich sind die Schaltstrecken variabel; so sind bspw. sog. Ölschaltstrecken, Vakuumzellen, elektronische Schaltelemente, z.B.
Thyristoren, IGBT etc. sinnvoll einsetzbar sowie ggf. auch untereinander kombinierbar. Auch sind mehr Schaltstrecken bzw. Schaltelemente pro Phase denkbar.
Der mit der erfindungsgemäßen Anordnung zur Verfügung stehende Bauraum und der damit geschaffene vergrößerte Abstand zwischen den Kontakten führt zu der
gewünschten erhöhten Spannungsfestigkeit zwischen den jeweils vorgewählten und stromführenden Wicklungsanzapfungen des Stufentransformators. Grundsätzlich sind die Schalteinheiten bzw. Schaltstrecken der Lastumschalteinheit nicht fest einer Phase zugeordnet, sondern jeder bewegte Kontakt kann je nach Schaltstellung Kontakt mit allen Festkontakten aller Phasen haben, bspw. durch eine Rotation in gleich bleibender
Richtung.
Der Aufbau des erfindungsgemäßen Laststufenschalters sieht insgesamt zwei
Hauptbaugruppen bzw. Funktionsgruppen vor, nämlich den Lastumschalter und den Wähler. Der Lastumschalter ist in einem Ölgefäß, beispielsweise in einem geschlossenen Isolierstoffzylinder, angeordnet. Der Lastumschalter ist vorgesehen zum Umschalten zwischen wenigstens zwei Stufen, bspw. zwischen wenigstens zwei
Wicklungsanzapfungen des Stufentransformators. Auch kann der Lastumschalter zum Umschalten zwischen mehreren, beispielsweise zum Umschalten zwischen zwei oder drei Stufen, vorgesehen sein. Ferner umfasst der Lastumschalter mindestens eine Schalteinheit, bestehend aus mindestens zwei Schaltstrecken. Die Schaltstrecken können beispielsweise über eine Vakuumzelle und/oder ein elektronisches Schaltelement, wie beispielsweise einen Thyristor oder einen IGBT, verfügen. Soll eine elektrisch leitende Verbindung hergestellt werden, so befinden sich die beiden Schaltstrecken in
Oberflächenkontakt mit jeweils einem elektrischen Kontaktelement. Die elektrische
Verbindung kann beispielsweise durch schnelles Schalten der Schaltelemente über einen Federkraft- oder sonstigen Energiespeicher erfolgen. Auch ist eine außerhalb des
Ölgefäßes angeordnete Wählvorrichtung vorhanden, die zur Umschaltung zwischen den wenigstens zwei Wicklungsanzapfungen des Stufentransformators mit dem
Lastumschalter in Wirkverbindung bringbar ist. Die Wählvorrichtung kann beispielsweise über ein Wählergetriebe und/oder einen Feinwähler und/oder einen Vorwähler (Wender oder Grobwähler), verfügen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die mindestens eine Schalteinheit mit den mindestens zwei Schaltstrecken drehfest an einer in zwei entgegengesetzte Rotationsrichtungen betätigbaren Welle angeordnet sein.
Beispielsweise kann die Rotation um eine durch die Welle verlaufende lineare Achse im- und entgegen des Uhrzeigersinns erfolgen. Auch können die zwei elektrischen
Kontaktelemente kreisförmig und mit mehreren Kontaktsteilen um die Welle angeordnet sein, so dass mittels einer Drehbewegung der Schaltwelle eine elektrisch leitende
Verbindung zwischen der wenigsten einen Schalteinheit und den elektrischen
Kontaktelementen herstellbar ist.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es jedoch ebenso möglich, die mindestens eine Schalteinheit ortsfest anzuordnen und die elektrischen Kontaktelemente drehfest in einem Zylinder vorzusehen, so dass durch eine Drehbewegung des Zylinders eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der wenigstens einen Schalteinheit und den elektrischen Kontaktelementen herstellbar ist. Die Verbindung der elektrischen Kontaktelemente mit den ortsfesten Leitungen zum Wähler kann in diesem Fall vorzugsweise über Schleifkontakte erfolgen.
Zudem kann eine elektrische Verbindung mindestens einer Schaltstrecke mindestens einer Schalteinheit über einen Widerstand und/oder über eine Vakuumschaltzelle herstellbar sein. Beispielsweise kann eine Schaltstrecke über einen Widerstand verfügen, während die weitere Schaltstrecke keinen zusätzlichen Widerstand aufweist. Die
( Widerstände können eine Vielzahl von Widerstandswerten aufweisen, die dem Fachmann bekannt sind und aus diesem Grunde nicht explizit erwähnt werden. Auch können in einer weiteren Ausführungsform der vorüegenden Erfindung wenigstens drei Schalteinheiten mit jeweils mindestens zwei Schaltstrecken vorgesehen sein, wobei die wenigstens drei Schalteinheiten bei einer Drehbewegung der Welle zur zumindest annäherungsweise zeitsynchronen Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den drei Schalteinheiten und den elektrischen Kontaktelementen ausgebildet sind.
Weiterhin kann jede Schalteinheit mindestens zwei Schaltstrecken mit Widerstand und mindestens eine Lastschaltstrecke umfassen. Die mindestens zwei Schaltstrecken mit Widerstand können bei einer elektrischen Verbindung mit jeweils einem elektrischen Kontaktelement in Oberflächenkontakt gebracht sein. Auch können die Schaltstrecken mit Widerstand und/oder die mindestens eine Lastschaltstrecke insgesamt wenigstens drei Vakuumschaltröhren aufweisen, welche in definiertem zeitlichem Versatz schaltbar sind. Beispielsweise kann zunächst die erste Vakuumschaltröhre der ersten Schaltstrecke mit Widerstand geschaltet werden und hierauf die zweite Vakuumschaltröhre der
Lastschaltstrecke und hierauf die dritte Vakuumschaltröhre der zweiten Schaltstrecke mit Widerstand. Auch können die beiden Vakuumschaltröhren der Schaltstrecken mit
Widerstand derart zeitversetzt zueinander schalten, dass diese zu keinem Zeitpunkt gleichzeitig geöffnet sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können genau drei erste und genau drei zweite elektrische Kontaktelemente und genau drei Schaltelemente vorhanden sein, die kreisförmig und um 120° versetzt um die zentrale Schaltwelle des Lastumschalters angeordnet sind. Somit ist auf einfache Weise eine Umschaltung zwischen wenigstens zwei Stufen möglich, die immer auf gleiche Weise und
vorzugsweise in gleichem zeitlichem Versatz erfolgt, unabhängig von der gewählten Drehrichtung der Antriebswelle. Auf eine aufwändige mechanische Gleichrichtung oder Drehrichtungsumkehr bei der Schaltbetätigung kann hierbei verzichtet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung der nachfolgend beschriebenen Zeichnungen näher erläutert. Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele der Schaltungen und der aufeinander abgestimmten Schaltvorgänge und -reihenfolgen der mechanischen Schaltelemente und
Vakuumschaltröhren sind nicht einschränkend zu verstehen, sondern dienen zur Erläuterung der Funktionen und der Schaltmöglichkeiten eines erfindungsgemäßen Lastumschalters eines Stufenschalters.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Stufenschalters mit Ölgefäß und Wählvorrichtung
Fig. 2 zeigt ein Schaltbild mit den verschiedenen Komponenten des Lastumschalters 10, der mittels einer zentralen Schalt- bzw. Antriebswelle 8 gedreht und geschaltet werden kann.
Fig. 3 zeigt in mehreren Schaltbildern die Verschaltung einzelner Schaltzweige mehrerer Schaltelemente des erfindungsgemäßen Stufenschalters und die Schaltabläufe beim Drehen einer Schaltwelle. Fig. 4 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Lastumschalters, wie er in der vorliegenden Erfindung Verwendung finden kann.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Stufenschalters 1 mit Ölgefäß 3 und Wählvorrichtung 5. Am Ölgefäß 3 ist ein Deckel 4 angeordnet. Die
Wählvorrichtung 5 kann beispielsweise ein Wählergetriebe, einen Feinwähler und einen Vorwähler (nicht dargestellt) aufweisen. Ferner kann, wie in der gezeigten
Ausführungsform dargestellt, eine Trennstelle 7 zwischen Ölgefäß 3 und Wählvorrichtung 5 vorhanden sein. Im oder am Ölgefäß 3 können weitere Komponenten, wie
beispielsweise ein Federenergiespeicher (nicht dargestellt) angeordnet sein.
Fig. 2 zeigt ein Schaltbild mit den verschiedenen Komponenten des Lastumschalters 10, der mittels einer zentralen Schalt- bzw. Antriebswelle 8 gedreht und geschaltet werden kann. Der Schaltvorgang kann mittels Drehung der Antriebsweile 8 im- oder entgegen des Uhrzeigersinns erfolgen. Der in Fig. 3 anhand mehrerer Prinzipschaltbilder dargestellte Lastumschalter 10 dient zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen zwei elektrischen Kontaktelementen 12 und 14 eines Stufenschalters 1 (siehe Figur 1 ), die über einen Wähler 20 mit Wicklungsanzapfungen, hier exemplarisch dargestellt mit n und n+1 , einer Regelwicklung 21 eines Stufentransformators verbindbar sind. Der
Lastumschalter 10 umfasst mehrere Schalteinheiten 17a, 17b und 17 c mit jeweils einer Lastschaltstrecke 18 und jeweils zwei Schaltstrecken mit Widerstand 19. Die Laststrecke 18 der jeweiligen Schalteinheit 17a, 17b und 17 c verläuft mittig zwischen den beiden Schaltstrecken mit Widerstand 1 9. Eine der beiden Schaltstrecken mit Widerstand 19 der Schalteinheit 17a, 17b und 17 c kann jeweils über eine Serienschaltung aus einer Vakuumschaltröhre TTVa und einem mechanischen Schaltkontakt TTF 1 sowie einem Widerstand R ^ gebildet sein. Ebenso kann eine weitere Schaltstrecke mit Widerstand 1 9 der Schaiteinheit 17a, 17b und 17c jeweils über eine Serienschaltung aus einer
Vakuumschaltröhre TTVb und einem mechanischen Schaltkontakt TTF2 sowie einem Widerstand R2 gebildet sein. Zudem kann die Laststrecke 18 einer jeweiligen
Schalteinheit 17a, 17b und 17c aus einer Serienschaltung einer Vakuumschaltröhre MSV, und einem mechanischen Schaltkontakt MTS-, gebildet sein.
Die drei Vakuumschaltröhren MSV TTVa und TTVb und die drei mechanischen
Schaltkontakte TTF ( MTS und TTF2 sind gemäß Fig. 3 mit definiertem zeitlichem
Versatz schaltbar. Wie anhand der Fig. 3a und Fig. 3b zu erkennen ist, öffnet zunächst die im ersten Widerstandszweig 19 angeordnete Vakuumschaltröhre TTVb, bevor mit kurzem zeitlichen Versatz der zugehörige mechanische Schaltkontakt TTF2 im selben Pfad 19 rotierend einen Schaltvorgang vom ersten elektrischen Kontaktelement 2 zum zweiten elektrischen Kontaktelement 14 herbeiführt (siehe Figur 3b und Figur 3c). Als nächstes öffnet sich, wie in Figur 3c und Figur 3d gezeigt, die sich am Pfad 18 befindliche zweite Vakuumschaltröhre MSV^ bevor der im selben Pfad 18 befindliche mechanische Schaltkontakt MTS-, gelöst wird (siehe Figur 3c - Figur 3f). Wie aus den Figuren 3e bis 3f erkennbar, wird, während die zweite Vakuumschaltröhre MSVT noch geöffnet ist, die erste Vakuumschaltröhre TTVb wieder geschlossen, so dass eine elektrisch leitende
Verbindung hergestellt ist.
Zum Trennen der elektrischen Verbindung wird in einem nächsten Schritt die dritte Vakuumschaltröhre TTVa des dritten Pfades 19 geöffnet (siehe Figur 3f). Wie in Figur 3g und Figur 3h gezeigt, wird der Lastpfad 18 in Richtung zweites Kontaktelement 14 weitergeführt und die auf dem Lastpfad angeordnete Vakuumschaltröhre MSV, geschlossen (Figur 3h). Die Figuren 3i bis 3k zeigen das Schließen der auf dem dritten Pfad 1 9 angeordneten Vakuumschaltröhre TTV a und das Weiterführen des Pfades 19 zum zweiten elektrischen Kontaktelement 14. Die Figuren 31 bis 3u zeigen einen weiteren Schaltschritt und das Weiterführen der Schalteinheit 17 a, 17b und 17 c und der Pfade 18 und 19 vom zweiten Kontaktelement 14 zum ersten Kontaktelement 12. Hier ist erkennbar, dass die Schalteinheiten 17a, 17b und 17c nicht fest einer bestimmten Phase zugeordnet sind, sondern jedes Schaltelement jeder Schalteinheit 17a, 17b und 17c grundsätzlich Kontakt mit allen Festkontakten einer jeden Phase herstellen kann, was beispielsweise durch eine Rotation in gleicher Richtung erfolgt. Der Ablauf des
Schaltvorgangs ist hierbei identisch zu dem Schaltvorgang der Figuren 3a bis 31.
Insgesamt sind für eine Rotation um 360° sechs Schaltvorgänge von jeweils einem ersten Kontaktelement auf ein zweites Kontaktelement vorgesehen.
Die Darstellung der Fig. 4 zeigt schließlich eine Variante des Stufenschalters 1 , bei der zumindest im Lastpfad 18 mit der zweiten Vakuumschaltröhre MSVT und dem
mechanischem Schaltkontakt MTS1 ein zusätzlicher Hauptkontakt MC angeordnet ist, der die Dauerstromführung übernehmen kann.
Nach dem Wesen der vorliegenden Erfindung ist es jedoch ebenso möglich, die mindestens eine Schalteinheit 17a, 17b und 17c ortsfest anzuordnen und die elektrischen Kontaktelemente 12 und 14 drehfest in einem Zylinder vorzusehen, so dass durch eine Drehbewegung des Zylinders eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der wenigstens einen Schalteinheit 17a, 17b und 17c und den elektrischen Kontaktelementen 12 und 14 herstellbar ist. Die Verbindung der elektrischen Kontaktelemente 12 und 14 mit den ortsfesten Leitungen zum Wähler 20 kann in diesem Fall vorzugsweise über
Schleifkontakte erfolgen.
Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform
beschrieben. Es ist jedoch für einen Fachmann vorstellbar, dass Abwandlungen oder Änderungen der Erfindung gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.
Bezugszeichenliste
1 Stufenschalter
3 Ölgefäß
4 Deckel
5 Wahlvorrichtung
7 Trennstelle
8 Antriebswelle
10 Lastumschalter
12 Erstes Kontaktelement
14 Zweites Kontaktelement
17 Schalteinheit
18 Lastschaltstrecke
19 Schaltstrecke mit Widerstand
20 Wähler
21 Regelwicklung
n Wicklungsanzapfung n+1 Wicklungsanzapfung
MSV1 Vakuumschaltröhre
TTV Vakuumschaltröhre
MTS Mechanischer Schaltkontakt
TTF Mechanischer Schaltkontakt
R Widerstand

Claims

Patentansprüche
1. Stufenschalter (1 ), aufweisend einen Wähler (5) und einen Lastumschalter (10) zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen
Wicklungsanzapfungen (n, n+1 , n+2, n+x) eines Stufentransformators, wobei der Lastumschalter (10) mindestens eine Schalteinheit (17a, 17b, 17c), bestehend aus mindestens zwei Schaltstrecken (18, 19), umfasst, zur schaltbaren elektrisch leitenden Verbindung mit jeweils mindestens einem elektrischen Kontaktelement (12, 14), das über einen Wähler (20) mit der entsprechenden Wicklungsanzapfung (n, n+1 , n+2, n+x) des Stufentransformators verbindbar ist, wobei zumindest Teile des Lastumschalters (10) beim Umschalten rotieren, wobei die Kontaktelemente (12, 14) umlaufend in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, und wobei die mindestens eine Schalteinheit (17a, 17b, 17c) jeweils nicht einer definierten Phase zugeordnet ist.
2. Stufenschalter nach Anspruch 1 , bei der die mindestens eine Schalteinheit (17a, 17b, 17c) zwei Schaltstrecken (18, 19) umfasst.
3. Stufenschalter nach Anspruch 1 , bei der die mindestens eine Schalteinheit (17a, 17b, 17c) drei Schaltstrecken (18, 19) umfasst.
4. Stufenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Schaltstrecken (18, 19) variabel als Ölschaltstrecken und/oder Vakuumzellen und/oder als
elektronische Schaltelemente, wie Thyristoren o. dgl. ausgebildet sind.
5. Stufenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die mindestens eine Schalteinheit (17a, 17b, 17c) mit den mindestens zwei Schaltstrecken (18, 19) drehfest an einer in zwei entgegengesetzte Rotationsrichtungen betätigbaren zentralen Schaltwelle (8) angeordnet ist, und wobei die wenigstens zwei elektrischen Kontaktelement (12, 14) kreisförmig um die Welle (8) angeordnet sind, so dass mittels einer Drehbewegung der Welle (8) eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der mindestens einen Schalteinheit (17a, 17b, 17c) und den entsprechenden elektrischen Kontaktelementen (12, 14) herstellbar ist. Stufenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die mindestens eine Schalteinheit (17a, 17b, 17c) ortsfest angeordnet ist und die elektrischen
Kontaktelemente (12, 14) drehfest an einem rotatorisch gelagerten Zylinder vorgesehen sind, so dass mittels einer Drehbewegung des Zylinders eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der wenigstens einen Schalteinheit (17a, 17b, 17c) und den elektrischen Kontaktelementen (12, 14) herstellbar ist.
Stufenschalter nach Anspruch 6, wobei die leitende Verbindung der elektrischen Kontaktelemente (12,14) mit den ortsfesten Leitungen zum Wähler (20) als Schleifkontakte ausgebildet sind.
Stufenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem eine elektrische Verbindung mindestens einer Schaltstrecke (18, 19) mindestens einer
Schalteinheit (17a, 17b, 17c) über einen Widerstand (Ri, R2) und/oder über eine Vakuumschaltzelle ( SV,, TTVa, TTVb) herstellbar ist.
Stufenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei wenigstens drei
Schalteinheiten (17a, 17b, 17c) mit jeweils mindestens zwei Schaltstrecken (18, 19) vorgesehen sind und wobei die wenigstens drei Schalteinheiten (17a, 17b, 17c) bei einer Drehbewegung der Welle (8) zur zumindest annäherungsweise zeitsynchronen Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den drei Schalteinheiten (17a, 17b, 17c) und den elektrischen Kontaktelementen (12, 14) ausgebildet sind.
Stufenschalter nach Anspruch 9, bei dem die Schaltstrecken mit Widerstand (19) und/oder die mindestens eine Lastschaltstrecke (18) insgesamt wenigstens drei Vakuumschaltröhren (MSVi, TTVa, TTVb) aufweisen, welche in definiertem zeitlichem Versatz schaltbar sind.
Stufenschalter nach Anspruch 10, bei dem die beiden Vakuumschaltröhren (TTVa; TTVb) der Schaltstrecken mit Widerstand (19) zeitversetzt zueinander schalten und zu keinem Zeitpunkt gleichzeitig geöffnet sind.
12. Stufenschaiter nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , bei dem genau drei erste und/oder genau drei zweite elektrische Kontaktelemente (12, 14) und/oder genau drei Schalteinheiten (17a, 17b, 17c) vorhanden sind, die kreisförmig und um 120° versetzt um die zentrale Schaltwelle (8) des Lastumschalters (10) angeordnet sind
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