EP3970172A1 - Laststufenschalter - Google Patents

Laststufenschalter

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EP3970172A1
EP3970172A1 EP20728481.1A EP20728481A EP3970172A1 EP 3970172 A1 EP3970172 A1 EP 3970172A1 EP 20728481 A EP20728481 A EP 20728481A EP 3970172 A1 EP3970172 A1 EP 3970172A1
Authority
EP
European Patent Office
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load
vacuum interrupter
contact
tap
load branch
Prior art date
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Application number
EP20728481.1A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP3970172C0 (de
EP3970172B1 (de
Inventor
Silke Wrede
Andreas Sachsenhauser
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 EP3970172A1 publication Critical patent/EP3970172A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3970172C0 publication Critical patent/EP3970172C0/de
Publication of EP3970172B1 publication Critical patent/EP3970172B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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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
    • H01H9/0038—Tap change devices making use of vacuum switches
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F29/00—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00
    • H01F29/02—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with tappings on coil or winding; with provision for rearrangement or interconnection of windings
    • H01F29/04—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with tappings on coil or winding; with provision for rearrangement or interconnection of windings having provision for tap-changing without interrupting the load current

Definitions

  • the invention relates to an on-load tap-changer for uninterrupted switching between winding taps of a tapped transformer.
  • Known on-load tap-changers usually consist of a selector for the powerless selection of the respective winding tap of the transformer to which the switch is to be made, and a load switch for the actual load switching from the previous winding tap to the new, selected winding tap. Switching is done by mechanical actuation of different switches. With increasing loads, i.e. higher currents and voltages, the requirements placed on the actuation mechanism are also increased.
  • an on-load tap-changer for uninterrupted switching between winding taps of a tapped transformer which has a selector for powerless preselection on a selected winding tap to be switched to, and a diverter switch for the actual load switching from the previous winding tap to the preselected winding tap .
  • the diverter switch comprises a first and a second load branch and at least one vacuum interrupter in the first and second load branch.
  • Each vacuum interrupter has a movable contact and a fixed contact and can have an open state in which the movable contact and the fixed contact do not touch, and a closed state in which the movable contact and the fixed contact are in at least one point of contact touch, ingest.
  • each vacuum interrupter has a defined, spherical area.
  • the vacuum switching tubes of the diverter switch are arranged in a housing such that parts of the diverter switch through which current flows are outside the defined range.
  • the diverter switch is designed in such a way that when the vacuum interrupters are actuated from the closed supply stood in the open state those parts of the diverter switch, which at that time point are flowing through current, are arranged outside the defined area.
  • the spherical area around the contact point has a radius of at least 80 mm and at most 200 mm.
  • current-carrying parts of the diverter switch are a first electrical line of the first load branch and / or a second electrical line of the second load branch and / or a third electrical line of the first load branch and / or a fourth electrical line of the second load branch and / or electrically conductive connecting elements and / or a first mechanical switching contact and / or a second mechanical switching contact and / or transition resistors and / o the vacuum interrupters in the closed state, which are arranged outside the spherical loading area of a vacuum interrupter.
  • the first load branch of the diverter switch comprises a first vacuum interrupter and a second vacuum interrupter.
  • At least the first line, the second line, the second vacuum interrupter of the first load branch, a third line and the first mechanical switching contact are arranged outside the defined area of the first vacuum interrupter of the first load branch.
  • the second load branch of the diverter switch comprises a first vacuum interrupter and a second vacuum interrupter.
  • At least the first line, the second line, the second vacuum interrupter of the second load branch, a fourth line and the second mechanical switching element are arranged outside the defined area of the first vacuum interrupter of the second load branch.
  • At least the second vacuum interrupter of the second load branch, the third line, the fourth line and the mechanical switching elements are arranged outside the defined area of the second vacuum interrupter of the first load branch. According to at least one embodiment, at least the second vacuum interrupter of the first load branch, the third line, the fourth line and the mechanical switching elements are arranged outside the defined area of the second vacuum interrupter of the second load branch.
  • the first winding tap is electrically connected via a series connection of a first vacuum interrupter and a second vacuum interrupter via the first load branch to a load dissipation and the second winding tap is connected via a series connection of a first vacuum interrupter and a second vacuum interrupter via the second load branch electrically connected to the load transfer.
  • a transition resistor is arranged in each case parallel to the first vacuum interrupter of the first and the second load branch.
  • the transition resistors are arranged outside the defined area of the second vacuum interrupter of the first load branch and outside of the defined area of the second vacuum interrupter of the second load branch.
  • the first mechanical switching contact is arranged between the second vacuum interrupter of the first load branch and the load diverter and the second mechanical switching contact is arranged between the second vacuum interrupter of the second load branch and the load derivation device.
  • the mechanical switching contacts are arranged outside of the defined area of the vacuum interrupters.
  • the mechanical switching contacts are designed as isolating switches.
  • the first and the second vacuum interrupter are electrically connected to one another via the first electrical line and second vacuum interrupter and the first mechanical switching element via the third electrical line in the first load branch and the first and second vacuum interrupter are via the second load branch the second line and the second vacuum interrupter and the first mechanical switching element electrically connected to one another via the fourth line.
  • the electrical lines are each connected in an electrically conductive manner to the vacuum interrupters via connecting elements.
  • the lines each have a first end and a second end, the first end being electrically connected via the connecting element to the movable contact of the vacuum interrupter and the second end being electrically connected via the connecting element to the fixed contact of the vacuum interrupter.
  • a permanent main contact is additionally provided parallel to each load branch, which takes over at least part of the continuous current flow in stationary operation and is in an electrically conductive connection directly with the load derivation.
  • the vacuum interrupters are arranged in a circle around a control shaft.
  • the first and the second mechanical switching contact are arranged in mirror image to an axis, the axis lying on the switching shaft.
  • two vacuum interrupters are arranged in mirror image to the axis.
  • Figure 1 is a schematic representation of a step transformer with a
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the winding taps of a step transformer
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of an on-load tap-changer according to the improved concept
  • FIGS. 4a to 4f show an exemplary switching sequence of the on-load tap-changer from FIG. 3;
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment of a diverter switch according to the improved concept
  • FIG. 6 shows a further view of the exemplary embodiment from FIG. 5
  • FIG. 7 shows a further view of the exemplary embodiment from FIG. 5;
  • FIG. 8 shows a further view of the exemplary embodiment from FIG.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a step transformer 2 with a load step switch 1, which has a selector 3 and a diverter switch 4.
  • the load step switch 1 is driven by a motor 22.
  • FIG. 2 shows schematically a regulating winding 25 of the step transformer 2 (see FIG. 1) with different winding taps Ni, Nj, N n .
  • the winding taps Ni, Nj, N N are switched on and off by the on-load tap-changer 1.
  • the disconnection or connection can be implemented by any means, such as a selector 3, a load switch 4, etc., are implemented.
  • the on-load tap-changer 1 is actuated via the motor 22.
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of an on-load tap-changer 1.
  • the on-load tap-changer 1 comprises a selector 3 with at least a first fixed contact 23.1 and a second fixed contact 23.2, which can each be connected to a winding tap Ni, ..., Nj, ..., N N of the step transformer 2 .
  • the total number of fixed contacts depends on the number of winding taps Ni, ..., Nj, ..., N N N.
  • the on-load tap changer 1 has a first movable selector contact 24.1 and a second movable selector contact 24.2, which can contact the individual fixed contacts 23.1, 23.2 of the rule 25 winding.
  • the on-load tap changer 1 also includes a load switch 4, with a first load branch 5.1 and a second load branch 5.2.
  • the first load branch 5.1 connects the first fixed contact 23.1 via a series circuit of a first vacuum interrupter 6.1 and a second vacuum interrupter 6.2 with the load dissipation 8
  • the second load branch 5.2 connects the second fixed contact 23.2 via a series circuit from a first vacuum interrupter 7.1 and a second vacuum interrupter 7.2 with the load dissipation 8.
  • a first mechanical switching element 18.1 is arranged between the second vacuum interrupter 6.2 and the load dissipation 8, and a second mechanical switching element is located between the second vacuum interrupter 7.2 and the load dissipation 8
  • a first line 10.1 connects the first vacuum interrupter 6.1 and the second vacuum interrupter 6.2 to one another in an electrically conductive manner and a second line
  • Figure 2 shows the on-load tap-changer 1 in a stationary state in which at least part of the load current flows from the winding tap via the permanent main contact 19.1 via the first fixed contact 23.1 to the load dissipation 8, in particular a larger part than via the load branch 5.1.
  • a step a the permanent main contact 19.2 is closed or remains closed.
  • the on-load tap-changer 1 is in the stationary state, in which at least part of the load current flows through the permanent main contact 19.2 from the corresponding winding tap N + i via the second fixed contact 23.2 to the load dissipation 8, in particular a larger part than through the load branch 5.2.
  • a step b the permanent main contact 19.2 is opened and the first mechanical switching contact 18.1 is closed.
  • the current now flows through the first vacuum switchover tube 7.1 of the second load branch 5.2, the second line 10.2, the second vacuum switchover tube 7.2 of the second load branch 5.2, the fourth line 10.4 and the second mechanical switching contact 18.2 for load dissipation 8.
  • a step c the first vacuum interrupter 7.1 of the second load branch 5.2 is opened.
  • the second vacuum interrupter 7.2, the fourth line 10.4 and the second mechanical switching contact 18.2 are current-carrying and spatially outside the defined area 14 (see, for example, FIGS. 6-8) of the vacuum interrupter 7.1.
  • the current then flows from the fixed contact 23.2 via the transition resistor 9.2, the second vacuum interrupter 7.2, the fourth line 10.4 and the second mechanical switching contact 18.2 to the load dissipation 8.
  • step d the second vacuum interrupter 6.2 of the first load two tot 5.1 is closed.
  • the load current is now divided between the first load branch 5.1 and the second load branch 5.2.
  • a circular current is superimposed.
  • a step e the second vacuum interrupter 7.2 of the second load branch 5.2 is opened.
  • the current then flows from the fixed contact 23.1 via the transition resistor 9.1, the second vacuum interrupter 6.2 of the first load branch 5.1, the third line 10.3 and the first mechanical switching contact 18.1 to the load discharge device 8.
  • a step f (cf. FIG. 4f), the first vacuum interrupter 6.1 of the first load branch 5.1 is closed.
  • the current now flows through the first vacuum interrupter 6.1, the first line 10.1, the second vacuum interrupter 6.2, the third line 10.3 and the first mechanical switching contact 18.1 for load dissipation 8.
  • step g the permanent main contact 19.1 in the first load branch 5.1 is closed and the second mechanical switching contact 18.2 in the second load branch 5.2 opens.
  • the on-load tap-changer 1 is again in the stationary state, as shown and explained in FIG. 3.
  • FIGS 5 and 6 each show an exemplary embodiment of a diverter switch 4 according to the improved concept, with the purpose of clarity of the load transfer Switch 4 is shown from two different side perspectives.
  • the four vacuum interrupters 6.1, 6.2, 7.1, 7.2 are arranged in a circle around a control shaft 20 and each have a movable contact 11 and a fixed contact 12.
  • the vacuum interrupters 6.1 and 6.2 are electrically connected to one another lei tend via the first electrical line 10.1 and the vacuum interrupters 7.1 and 7.2 via the second electrical line 10.2.
  • the electrically conductive connection is implemented via connecting elements 17, which are designed, for example, as screws and / or braids.
  • the first end of the first electrical line 10.1 is electrically connected via a connecting element 17 to the movable contact 11 of the vacuum interrupter 6.1 and the second end is electrically connected via a connecting element 17 to the fixed contact 12 of the vacuum interrupter 6.2.
  • the first end of the second line 10.2 is electrically connected via a connec tion element 17 to the movable contact 11 of the vacuum interrupter 7.1 and the second end is electrically connected via a connecting element 17 to the fixed contact 12 of the vacuum interrupter 7.2.
  • the movable contact 11 and the fixed contact 12 of each vacuum interrupter 6.1, 6.2, 7.1, 7.2 touch in the closed state of the vacuum interrupter in at least one point 13.
  • each vacuum interrupter defines 6.1, 6.2, 7.1, 7.2 each have a spherical area 14.
  • the contacts 1 1 and 12, the contact point 13 of which in FIGS. 4 and 5 are shown only on a few vacuum switching tubes and are provided with a reference number.
  • FIGS 7 and 8 each show an exemplary embodiment of the diverter switch in plan view.
  • the diverter switch 4 has a housing 29 in which the Vakuumschaltröh Ren 6.1, 6.2, 7.1 and 7.2 are arranged.
  • the housing 29 is essentially cylindrically shaped and constructed from a GRP plastic.
  • the vacuum interrupters 6.1 and 6.2 are arranged in the housing 29 as a mirror image of the vacuum interrupters 7.1 and 7.2.
  • the vacuum interrupter 7.2 is opposite the vacuum interrupter

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)

Abstract

Es ist ein Laststufenschalter (1) zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen (N1,...Nj,..., Nn) eines Stufentransformators (2) offenbart. Der Laststufenschalter (1) umfasst einen Wähler (3) und einen Lastumschalter (4). Der Lastumschalter (4) besteht aus einem ersten Lastzweig (5.1) und einem zweiten Lastzweig (5.2)., wobei jeder Lastzweig (5.1, 5.2) wenigstens eine Vakuumschaltröhre (6.1, 6.2, 7.1, 7.2) aufweist. Jede Vakuumschaltröhre (6.1, 6.2, 7.1, 7.2) kann zwischen einem geöffneten Zustand, in dem sich der bewegliche Kontakt (11) und der feste Kontakt (12) nicht berühren, und einen geschlossenen Zustand, in dem sich der bewegliche Kontakt (11) und der feste Kontakt (12) in mindestens einem Berührungspunkt (13) berühren, wechseln. Jede Vakuumschaltröhre (6.1, 6.2, 7.1, 7.2) weist, ausgehend von dem Berührungspunkt (13) jeweils einen definierten, kugelförmigen Bereich (14) auf. Der Lastumschalter (4) ist derart ausgestaltet, dass die Vakuumschaltröhren (6.1, 6.2, 7.1, 7.2) in einem Gehäuse (29) derart angeordnet sind, dass stromdurchflossene Teile des Lastumschalters (4) außerhalb des definierten Bereiches (14) angeordnet sind.

Description

LASSTUFENSCHALTER
Die Erfindung betrifft einen Laststufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwi schen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators.
Bekannte Laststufenschalter bestehen üblicherweise aus einem Wähler zur leistungslosen Anwahl der jeweiligen Wicklungsanzapfung des T ransformators, auf die umgeschaltet wer den soll, und einem Lastumschalter zur eigentlichen Lastumschaltung von der bisherigen Wicklungsanzapfung auf die neue, angewählte Wicklungsanzapfung. Die Umschaltung er folgt durch mechanische Betätigung unterschiedlicher Schalter. Bei steigender Last, also höheren Strömen und Spannungen, werden auch die Anforderungen an die Betätigungs mechanik erhöht.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen verbesserten Laststufenschalter anzugeben, der den erhöhten mechanischen und elektrischen Belastungen bei höheren Strömen und Spannungen standhält.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß dem verbesserten Konzept wird ein Laststufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators angegeben, der einen Wähler zur leistungslosen Vorwahl auf eine ausgewählte Wicklungsanzapfung, auf die umgeschaltet werden soll, und einen Lastumschalter zur eigentlichen Lastumschal tung von der bisherigen Wicklungsanzapfung auf die vorgewählte Wicklungsanzapfung auf weist. Der Lastumschalter umfasst einen ersten und einen zweiten Lastzweig und zumin dest eine Vakuumschaltröhre im ersten und im zweiten Lastzweig. Jede Vakuumschaltröhre hat einen beweglichen Kontakt und einen festen Kontakt und kann einen offenen Zustand, bei dem sich der bewegliche Kontakt und der feste Kontakt nicht berühren, und einen ge schlossenen Zustand, bei dem sich der bewegliche Kontakt und der feste Kontakt in min destens einem Berührungspunkt berühren, einnehmen. Ausgehend von dem Berührungs punkt weist jede Vakuumschaltröhre einen definierten, kugelförmigen Bereich auf. Die Va kuumschaltröhren des Lastumschalters sind in einem Gehäuse derart angeordnet, dass stromdurchflossene Teile des Lastumschalters außerhalb des definierten Bereiches liegen. Gemäß zumindest einer bevorzugten Ausführungsform ist der Lastumschalter derart aus gestaltet, dass bei einer Betätigung der Vakuumschaltröhren von dem geschlossenen Zu- stand in den geöffneten Zustand jene Teile des Lastumschalters, welche zu diesem Zeit punkt stromdurchflossen sind, außerhalb des definierten Bereiches angeordnet sind.
Diese Anordnung erlaubt trotz der erhöhten Ströme und Spannung eine kompakte Bau weise des Laststufenschalters bei sicherer Funktionsweise.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der kugelförmige Bereich um den Berüh rungspunkt einen Radius von mindestens 80 mm und höchstens 200 mm auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind stromdurchflossene Teile des Lastumschal ters eine erste elektrische Leitung des ersten Lastzweigs und/oder eine zweite elektrische Leitung des zweiten Lastzweigs und/oder eine dritte elektrische Leitung des ersten Last zweiges und/oder eine vierte elektrische Leitung des zweiten Lastzweiges und/oder elektrisch leitende Verbindungselemente und/oder ein erster mechanischer Schaltkontakt und/oder ein zweiter mechanischer Schaltkontakt und/oder Überschaltwiderstände und/o der Vakuumschaltröhren in geschlossenem Zustand, die außerhalb des kugelförmigen Be reiches einer Vakuumschaltröhre angeordnet sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der erste Lastzweig des Lastumschal ters eine erste Vakuumschaltröhre und eine zweite Vakuumschaltröhre.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind zumindest die erste Leitung, die zweite Lei tung, die zweite Vakuumschaltröhre des ersten Lastzweiges, eine dritte Leitung und der erste mechanische Schaltkontakt außerhalb des definierten Bereiches der ersten Vakuum schaltröhre des ersten Lastzweiges angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der zweite Lastzweig des Lastumschal ters eine erste Vakuumschaltröhre und eine zweite Vakuumschaltröhre.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind zumindest die erste Leitung, die zweite Lei tung, die zweite Vakuumschaltröhre des zweiten Lastzweiges, eine vierte Leitung und das zweite mechanische Schaltelement außerhalb des definierten Bereiches der ersten Vaku umschaltröhre des zweiten Lastzweiges angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind zumindest die zweite Vakuumschaltröhre des zweiten Lastzweiges, die dritte Leitung, die vierte Leitung und die mechanischen Schaltelemente außerhalb des definierten Bereiches der zweiten Vakuumschaltröhre des ersten Lastzweiges angeordnet. Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind zumindest die zweite Vakuumschaltröhre des ersten Lastzweiges, die dritte Leitung, die vierte Leitung und die mechanischen Schalt elemente außerhalb des definierten Bereiches der zweiten Vakuumschaltröhre des zweiten Lastzweiges angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste Wicklungsanzapfung über eine Rei henschaltung aus einer ersten Vakuumschaltröhre und einer zweiten Vakuumschaltröhre über den ersten Lastzweig mit einer Lastableitung elektrisch verbunden und die zweite Wicklungsanzapfung ist über eine Reihenschaltung aus einer ersten Vakuumschaltröhre und einer zweiten Vakuumschaltröhre über den zweiten Lastzweig mit der Lastableitung elektrisch verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist parallel zur ersten Vakuumschaltröhre des ersten und des zweiten Lastzweiges jeweils ein Überschaltwiderstand angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Überschaltwiderstände außerhalb des definierten Bereiches der zweiten Vakuumschaltröhre des ersten Lastzweiges und außer halb des definierten Bereiches der zweiten Vakuumschaltröhre des zweiten Lastzweiges angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zwischen der zweiten Vakuumschaltröhre des ersten Lastzweiges und der Lastableitung der erste mechanische Schaltkontakt angeordnet und zwischen der zweiten Vakuumschaltröhre des zweiten Lastzweiges und der Lastablei tung der zweite mechanische Schaltkontakt angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die mechanischen Schaltkontakte außer halb des definierten Bereichs der Vakuumschaltröhren angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die mechanischen Schaltkontakte als Trennschalter ausgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind in dem ersten Lastzweig die erste und die zweite Vakuumschaltröhre über die erste elektrische Leitung und zweite Vakuumschalt röhre und das erste mechanische Schaltelement über die dritte elektrische Leitung elektrisch miteinander verbunden und in dem zweiten Lastzweig sind die erste und die zweite Vakuumschaltröhre über die zweite Leitung und die zweite Vakuumschaltröhre und das erste mechanische Schaltelement über die vierte Leitung elektrisch miteinander ver bunden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die elektrischen Leitungen jeweils über Ver bindungselemente mit den Vakuumschaltröhren elektrisch leitend verbunden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Leitungen jeweils ein erstes Ende und ein zweites Ende auf, wobei das erste Ende über das Verbindungselement mit dem beweglichen Kontakt der Vakuumschaltröhre elektrisch verbunden ist und das zweite Ende über das Verbindungselement mit dem festen Kontakt der Vakuumschaltröhre elektrisch verbunden ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist parallel zu jedem Lastzweig zusätzlich jeweils ein Dauerhauptkontakt vorgesehen, der im stationären Betrieb zumindest einen Teil der Dauerstromführung übernimmt und direkt mit der Lastableitung in elektrisch leitender Ver bindung steht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Vakuumschaltröhren kreisförmig um eine Schaltwelle herum angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der erste und der zweite mechanische Schaltkontakt spiegelbildlich zu einer Achse angeordnet, wobei die Achse auf der Schalt welle liegt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind jeweils zwei Vakuumschaltröhren spiegel bildlich zu der Achse angeordnet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand beispielhafter Ausführungsformen unter Bezug auf die Zeichnungen im Detail erklärt. Komponenten, die funktionell identisch sind oder ei nen identischen Effekt haben, können mit identischen Bezugszeichen versehen sein. Iden tische Komponenten oder Komponenten mit identischer Funktion sind unter Umständen nur bezüglich der Figur erklärt, in der sie zuerst erscheinen. Die Erklärung wird nicht notwendi gerweise in den darauffolgenden Figuren wiederholt.
Es zeigen
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Stufentransformators mit einem
Laststufenschalter nach dem verbesserten Konzept;
Figur 2 eine schematische Darstellung der Wicklungsanzapfungen eines Stu fentransformators; Figur 3 eine schematische Darstellung einer bespielhaften Ausführungsform eines Laststufenschalters nach dem verbesserten Konzept;
Figuren 4a bis 4f ein beispielhafter Schaltablauf des Laststufenschalters aus Figur 3;
Figur 5 eine beispielhafte Ausführungsform eines Lastumschalters gemäß dem verbesserten Konzept;
Figur 6 eine weitere Ansicht der beispielhaften Ausführungsform aus Figur 5; Figur 7 eine weitere Ansicht der beispielhaften Ausführungsform aus Figur 5;
und
Figur 8 eine weitere Ansicht der beispielhaften Ausführungsform aus Figur 5.
Die Figuren stellen lediglich Ausführungsbeispiele der Erfindung dar, ohne jedoch die Er findung auf die dargestellten Ausführungsbeispiele zu beschränken.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Stufentransformators 2 mit einem Last stufenschalter 1 , der einen Wähler 3 und einen Lastumschalter 4 aufweist. Der Laststufen schalter 1 wird von einem Motor 22 angetrieben.
Figur 2 zeigt schematisch eine Regelwicklung 25 des Stufentransformators 2 (siehe Fig. 1 ) mit unterschiedlichen Wicklungsanzapfungen Ni , Nj, Nn. Die Wicklungsanzapfungen Ni , Nj, NN werden durch den Laststufenschalter 1 zu- bzw. abgeschaltet. Das Ab- bzw. Zuschalten kann mit beliebigen Mitteln, wie z.B. mit einem Wähler 3, einem Lastum schalter 4, etc., umgesetzt werden. Die Betätigung des Laststufenschalters 1 erfolgt über den Motor 22.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines Laststufenschalters 1 . Gemäß dem verbesserten Konzept umfasst der Laststufenschalter 1 einen Wähler 3 mit wenigstens einem ersten Festkontakt 23.1 und einem zweiten Fest kontakt 23.2, die jeweils mit einer Wicklungsanzapfung Ni , ..., Nj, ..., NN des Stufentrans formators 2 verbunden werden können. Die gesamte Anzahl der Festkontakte ist von der Anzahl der Wicklungsanzapfungen Ni , ..., Nj, ..., NN abhängig. Weiterhin weist der Last stufenschalter 1 einen ersten beweglichen Wählerkontakt 24.1 und einen zweiten bewegli chen Wählerkontakt 24.2 auf, die jeweils die einzelnen Festkontakte 23.1 , 23.2 der Regel wicklung 25 kontaktieren können. Der Laststufenschalter 1 umfasst außerdem einen Las tumschalter 4, mit einem ersten Lastzweig 5.1 und einem zweiten Lastzweig 5.2. Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform verbindet der erste Lastzweig 5.1 den ersten Fest kontakt 23.1 über eine Reihenschaltung aus einer ersten Vakuumschaltröhre 6.1 und einer zweiten Vakuumschaltröhre 6.2 mit der Lastableitung 8, und der zweite Lastzweig 5.2 ver bindet den zweiten Festkontakt 23.2 über eine Reihenschaltung aus einer ersten Vakuum schaltröhre 7.1 und einer zweiten Vakuumschaltröhre 7.2 mit der Lastableitung 8. Parallel zur jeweils ersten Vakuumschaltröhre 6.1 bzw. 7.1 ist ein Überschaltwiderstand 9.1 bzw.
9.2 geschaltet. Zwischen der zweiten Vakuumschaltröhre 6.2 und der Lastableitung 8 ist ein erstes mechanisches Schaltelement 18.1 angeordnet und zwischen der zweiten Vaku umschaltröhre 7.2 und der Lastableitung 8 ist ein zweites mechanisches Schaltelement
18.2 angeordnet. Eine erste Leitung 10.1 verbindet die erste Vakuumschaltröhre 6.1 und die zweite Vakuumschaltröhre 6.2 elektrisch leitend miteinander und eine zweite Leitung
10.2 verbindet die erste Vakuumschaltröhre 7.1 und die zweite Vakuumschaltröhre 7.2 elektrisch miteinander. Des Weiteren verbindet eine dritte Leitung 10.3 die zweite Vakuum schaltröhre 6.2 mit dem ersten mechanischen Schaltelement 18.1 und eine vierte Leitung 10.4 die zweite Vakuumschaltröhre 7.2 mit dem zweiten mechanischen Schaltelement 18.2. Parallel zu jedem Lastzweig 5.1 , 5.2 ist außerdem ein zusätzlicher Dauerhauptkontakt 19.1 ,
19.2 angeordnet. Figur 2 zeigt den Laststufenschalter 1 in einem stationären Zustand, in dem über den Dauerhauptkontakt 19.1 zumindest ein Teil des Laststromes von der Wick lungsanzapfung über den ersten Festkontakt 23.1 zur Lastableitung 8 fließt, insbesondere ein größerer Teil als über den Lastzweig 5.1 .
In den Figuren 4a bis 4e wird ein beispielhafter Schaltablauf des Laststufenschalters 1 ge mäß dem verbesserten Konzept beschrieben, wobei von dem zweiten Festkontakt 23.2 auf den ersten Festkontakt 23.1 , beziehungsweise den entsprechenden Wicklungsanzapfun gen Ni , ..., Nj, ..., NN des Stufentransformators 2, umgeschaltet wird.
In einem Schritt a (vgl. Fig. 4a) wird der Dauerhauptkontakt 19.2 geschlossen oder bleibt geschlossen. Der Laststufenschalter 1 befindet sich im stationären Zustand, in dem über den Dauerhauptkontakt 19.2 zumindest ein Teil des Laststromes von der entsprechenden Wicklungsanzapfung N +i über den zweiten Festkontakt 23.2 zur Lastableitung 8 fließt, ins besondere ein größerer Teil als über den Lastzweig 5.2.
In einem Schritt b (vgl. Fig. 4b) wird der Dauerhauptkontakt 19.2 geöffnet und der erste mechanische Schaltkontakt 18.1 geschlossen. Der Strom fließt nun über die erste Vaku umschaltröhre 7.1 des zweiten Lastzweigs 5.2, die zweite Leitung 10.2, die zweite Vaku umschaltröhre 7.2 des zweiten Lastzweigs 5.2, die vierte Leitung 10.4 und den zweiten mechanischen Schaltkontakt 18.2 zur Lastableitung 8. In einem Schritt c (vgl. Fig. 4c) wird die erste Vakuumschaltröhre 7.1 des zweiten Last zweigs 5.2 geöffnet. Während dem Öffnungsvorgang sind die zweite Vakuumschaltröhre 7.2, die vierte Leitung 10.4 und der zweite mechanische Schaltkontakt 18.2 stromdurchflos sen und räumlich außerhalb des definierten Bereiches 14 (siehe z.B. Figuren 6-8) der Va kuumschaltröhre 7.1 angeordnet. Der Strom fließt dann von dem Festkontakt 23.2 über den Überschaltwiderstand 9.2, die zweite Vakuumschaltröhre 7.2, die vierte Leitung 10.4 und den zweiten mechanischen Schaltkontakt 18.2 zur Lastableitung 8.
In einem Schritt d (vgl. Fig. 4d) wird die zweite Vakuumschaltröhre 6.2 des ersten Lastzwei ges 5.1 geschlossen. Der Laststrom teilt sich nun auf den ersten Lastzweig 5.1 und den zweiten Lastzweig 5.2 auf. Zusätzlich überlagert sich ein Kreisstrom.
In einem Schritt e (vgl. Fig. 4e) wird die zweite Vakuumschaltröhre 7.2 des zweiten Last zweiges 5.2 geöffnet. Während dem Öffnungsvorgang sind die zweite Vakuumschaltröhre 6.2 des ersten Lastzweiges 5.1 , das erste mechanische Schaltelement 18.1 des ersten Lastzweiges 5.1 , das zweite mechanische Schaltelement 18.2 des zweiten Lastzweigs 5.2 und die Verbindungsleitungen 27 zu den Überschaltwiderständen 9.1 bzw. 9.2 des ersten Lastzweiges 5.1 bzw. des zweiten Lastzweigs 5.2 stromdurchflossen und räumlich außer halb des definierten Bereiches 14 (siehe z.B. Figuren 6-8) der Vakuumschaltröhre 7.2 des zweiten Lastzweigs 5.2 angeordnet. Der Strom fließt dann von dem Festkontakt 23.1 über den Überschaltwiderstand 9.1 , die zweite Vakuumschaltröhre 6.2 des ersten Lastzweiges 5.1 , die dritte Leitung 10.3 und den ersten mechanischen Schaltkontakt 18.1 zur Lastablei tung 8.
In einem Schritt f (vgl. Fig. 4f) wird die erste Vakuumschaltröhre 6.1 des ersten Lastzweiges 5.1 geschlossen. Der Strom fließt nun über die erste Vakuumschaltröhre 6.1 , die erste Lei tung 10.1 , die zweite Vakuumschaltröhre 6.2, die dritte Leitung 10.3 und den ersten mecha nischen Schaltkontakt 18.1 zur Lastableitung 8.
In einem Schritt g (vgl. Fig. 3) wird der Dauerhauptkontakt 19.1 im ersten Lastzweig 5.1 geschlossen und der zweite mechanische Schaltkontakt 18.2 im zweiten Lastzweig 5.2 ge öffnet. Der Laststufenschalter 1 befindet sich wieder im stationären Zustand, wie in Fig. 3 dargestellt und erläutert.
Figuren 5 und 6 zeigen jeweils eine beispielhafte Ausführungsform eines Lastumschalters 4 gemäß dem verbesserten Konzept, wobei zum Zwecke der Übersichtlichkeit der Lastum- Schalter 4 aus zwei verschiedenen Seitenperspektiven dargestellt ist. Die vier Vakuum schaltröhren 6.1 , 6.2, 7.1 , 7.2 sind kreisförmig um eine Schaltwelle 20 herum angeordnet und weisen jeweils einen beweglichen Kontakt 1 1 und einen festen Kontakt 12 auf. Die Vakuumschaltröhren 6.1 und 6.2 sind über die erste elektrische Leitung 10.1 elektrisch lei tend miteinander verbunden und die Vakuumschaltröhren 7.1 und 7.2 über die zweite elekt rische Leitung 10.2. Die elektrisch leitende Verbindung ist über Verbindungselemente 17 realisiert, die beispielsweise als Schraube und/oder Litze ausgebildet sind. Dabei ist das erste Ende der ersten elektrischen Leitung 10.1 über ein Verbindungselement 17 mit dem beweglichen Kontakt 1 1 der Vakuumschaltröhre 6.1 elektrisch verbunden und das zweite Ende über ein Verbindungselement 17 mit dem festen Kontakt 12 der Vakuumschaltröhre 6.2 elektrisch verbunden. Das erste Ende der zweiten Leitung 10.2 ist über ein Verbin dungselement 17 mit dem beweglichen Kontakt 1 1 der Vakuumschaltröhre 7.1 elektrisch verbunden und das zweite Ende ist über ein Verbindungselement 17 mit dem festen Kontakt 12 der Vakuumschaltröhre 7.2 elektrisch verbunden. Der bewegliche Kontakt 1 1 und der feste Kontakt 12 einer jeden Vakuumschaltröhre 6.1 , 6.2, 7.1 , 7.2 berühren sich im ge schlossenen Zustand der Vakuumschaltröhre in mindestens einem Punkt 13. Ausgehend von dem jeweiligen Berührungspunkt 13 definiert jede Vakuumschaltröhre 6.1 , 6.2, 7.1 , 7.2 jeweils einen kugelförmigen Bereich 14. Zum Zwecke der Übersichtlichkeit sind die Kon takte 1 1 und 12, deren Berührungspunkt 13 in den Figuren 4 und 5 nur an wenigen Vaku umschaltröhren eingezeichnet und mit einem Bezugszeichen versehen.
Figuren 7 und 8 zeigen jeweils eine beispielhafte Ausführungsform des Lastumschalters in der Draufsicht. Der Lastumschalter 4 besitzt ein Gehäuse 29, in dem die Vakuumschaltröh ren 6.1 , 6.2, 7.1 und 7.2 angeordnet sind. Das Gehäuse 29 ist im Wesentlichen zylinderför mig und aus einem GFK- Kunststoff aufgebaut. Die Vakuumschaltröhren 6.1 und 6.2 sind spiegelbildlich zu den Vakuumschaltröhren 7.1 und 7.2 in dem Gehäuse 29 angeordnet. Beispielsweise ist die Vakuumschaltröhre 7.2 gegenüberliegend zur Vakuumschaltröhre
6.1 angeordnet und die Vakuumschaltröhre 7.1 gegenüberliegend zur Vakuumschaltröhre 6.2. Dadurch wird der größtmögliche Abstand zwischen den Vakuumschaltröhren 6.1 und
7.1 sowie den Vakuumschaltröhren 6.2 und 7.2 generiert. Zwischen den Vakuumschaltröh ren 6.1 und 6.2 des ersten Lastzweiges 5.1 , also sowie den Vakuumschaltröhren 7.1 und
7.2 des zweiten Lastzweiges 5.2 ist, ebenfalls spiegelbildlich zueinander, jeweils ein erster mechanischer Schaltkontakt 18.1 bzw. zweiter mechanischer Schaltkontakt 18.2 angeord net. In Figur 7 ist gezeigt, dass die zweite Leitung 10.2 und die zweite Vakuumschaltröhre 7.2 des zweiten Lastzweiges 5.2 außerhalb des definierten Bereiches 14 der ersten Vaku umschaltröhre 7.1 des zweiten Lastzweiges 5.2 angeordnet sind. In Figur 8 ist außerdem gezeigt, dass die zweite Vakuumschaltröhre 6.2 des ersten Lastzweiges 5.1 außerhalb des definierten Bereiches 14 der zweiten Vakuumschaltröhre 7.2 des zweiten Lastzweiges 5.2 liegt.
BEZUGSZEICHEN
1 Laststufenschalter
2 Stufentransformator
3 Wähler
4 Lastumschalter
5.1 erster Lastzweig
5.2 zweiter Lastzweig
6.1 erste Vakuumschaltröhre des ersten Lastzweiges
6.2 zweite Vakuumschaltröhre des ersten Lastzweiges
7.1 erste Vakuumschaltröhre des zweiten Lastzweiges
7.2 zweite Vakuumschaltröhre des zweiten Lastzweiges 8 Lastableitung
9.1 , 9.2 Überschaltwiderstände
10.1 erste Leitung
10.2 zweite Leitung
1 1 beweglicher Kontakt
12 fester Kontakt
13 Mittelpunkt / Berührungspunkt
14 definierter Bereich
15.1 , 15.2 erstes Ende
16.1 , 16.2 zweites Ende
17 Verbindungselement
18.1 erster mechanischer Schaltkontakt
18.2 zweiter mechanischer Schaltkontakt
19.1 , 19.2 Dauerhauptkontakte
20 Schaltwelle
21 Achse
22 Motor
23.1 . 23.2 Festkontakte Wähler
24.1 . 24.2 bewegliche Wählerkontakte
25 Regelwicklung
27 Verbindungsleitung
29 Gehäuse
(Ni , ..., Nj, ..., Nn) Wicklungsanzapfungen

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Laststufenschalter (1 ) zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungs anzapfungen (Ni, ...Nj, Nn) eines Stufentransformators (2), umfassend:
einen Wähler (3) zur leistungslosen Vorwahl auf eine ausgewählte Wicklungs anzapfung (Nj);
einen Lastumschalter (4) zur eigentlichen Lastumschaltung von der bisherigen Wicklungsanzapfung (Nj-i) auf die vorgewählte Wicklungsanzapfung (Nj), wo bei der Lastumschalter (4) einen ersten Lastzweig (5.1 ) und einen zweiten Last zweig (5.2) aufweist;
zumindest eine Vakuumschaltröhre (6.1 , 6.2, 7.1 , 7.2) im ersten Lastzweig (5.1 ) und im zweiten Lastzweig (5.2), wobei
- jede Vakuumschaltröhre (6.1 , 6.2, 7.1 , 7.2) jeweils einen beweglichen Kontakt
(1 1 ) und eine festen Kontakt (12) aufweist, und
- jede Vakuumschaltröhre (6.1 , 6.2, 7.1 , 7.2) einen geöffneten Zustand (31 ), bei dem sich der bewegliche Kontakt (1 1 ) und der feste Kontakt (12) nicht berühren, und einen geschlossenen Zustand, bei dem sich der bewegliche Kontakt (1 1 ) und der feste Kontakt (12) in mindestens einem Berührungspunkt (13) berüh ren, einnehmen kann,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein kugelförmiger Bereich (14) vom Berührungspunkt (13) des festen Kontakts
(12) und des beweglichen Kontakts (1 1 ) einer jeden Vakuumschaltröhren (6.1 , 6.2, 7.1 , 7.2) definiert ist; und
- die Vakuumschaltröhren (6.1 , 6.2, 7.1 , 7.2) des Lastumschalters (4) derart an geordnet sind, dass stromdurchflossene Teile des Lastumschalters (4) außer halb des definierten Bereiches (14) angeordnet sind.
2. Laststufenschalter nach Anspruch 1 , wobei
der kugelförmige Bereich (14) um den Berührungspunkt (13) einen Radius von mindestens 80 mm und höchstens 200 mm aufweist.
3. Laststufenschalter nach Anspruch 1 , wobei
stromdurchflossene Teile des Lastumschalters (4) eine erste elektrische Lei tung (10.1 ) des ersten Lastzweigs (5.1 ) oder eine zweite elektrische Leitung (10.2) des zweiten Lastzweigs (5.2) oder elektrisch leitende Verbindungsele mente (17) oder ein erster mechanischer Schaltkontakt (18.1 ) oder ein zweiter mechanischer Schaltkontakt (18.2) sind, die außerhalb des kugelförmigen Be reichs (14) einer jeden Vakuumschaltröhre (6.1 , 6.2, 7.1 , 7.2) angeordnet sind.
4. Laststufenschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 -3, wobei
- der zweite Lastzweig (5.2) des Lastumschalters (4) eine erste Vakuumschalt röhre (7.1 ) und eine zweite Vakuumschaltröhre (7.2) umfasst,
zumindest die zweite Leitung (10.2), die zweite Vakuumschaltröhre (7.2) des zweiten Lastzweiges (5.2) und eine vierte Leitung (10.4) außerhalb des defi nierten Bereiches (14) der ersten Vakuumschaltröhre (7.1 ) des zweiten Last zweiges (5.2) angeordnet sind.
5. Laststufenschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 -3, wobei
- der erste Lastzweig (5.1 ) des Lastumschalters (4) eine erste Vakuumschalt röhre (6.1 ) und eine zweite Vakuumschaltröhre (6.2) umfasst,
- zumindest die zweite Vakuumschaltröhre (6.2) des ersten Lastzweiges (5.1 ), eine dritte Leitung (10.3) und die vierte Leitung (10.4) außerhalb des definierten Bereiches (14) der zweiten Vakuumschaltröhre (7.2) des zweiten Lastzweiges
(5.2) angeordnet sind.
6. Laststufenschalter nach einem der vorigen Ansprüche 4 oder 5, wobei
- der erste Lastzweig (5.1 ) jeweils eine Wicklungsanzapfung (Nj) über eine Rei henschaltung aus der ersten Vakuumschaltröhre (6.1 ) und der zweiten Vaku umschaltröhre (6.2) des ersten Lastzweigs (5.1 ) mit einer Lastableitung (8) elektrisch verbindet,
- der zweite Lastzweig (5.2) jeweils eine Wicklungsanzapfung (N +i) über eine Reihenschaltung aus der ersten Vakuumschaltröhre (7.1 ) und der zweiten Va kuumschaltröhre (7.2) des zweiten Lastzweigs (5.2) mit der Lastableitung (8) elektrisch verbindet.
7. Laststufenschalter nach Anspruch 3, wobei
- zwischen der zweiten Vakuumschaltröhre (6.2) des ersten Lastzweiges (5.1 ) und der Lastableitung (8) der erste mechanische Schaltkontakt (18.1 ) angeordnet ist; und zwischen der zweiten Vakuumschaltröhre (7.2) des zweiten Lastzweiges (5.2) und der Lastableitung (8) der zweite mechanische Schaltkontakt (18.2) angeord net ist.
8. Laststufenschalter nach Anspruch 7, wobei
- die mechanischen Schaltkontakte (18.1 , 18.2) als Trennschalter ausgebildet sind.
9. Laststufenschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
- in dem ersten Lastzweig (5.1 ) die erste Vakuumschaltröhre (6.1 ) und die zweite Vakuumschaltröhre (6.2) über die erste elektrische Leitung (10.1 ) und die zweite Vakuumschaltröhre (6.2) und der erste mechanische Schaltkontakt (18.1 ) über die dritte elektrische Leitung (10.3) elektrisch miteinander verbunden sind, in dem zweiten Lastzweig (5.2) die erste Vakuumschaltröhre (7.1 ) und die zweite Vakuumschaltröhre (7.2) über die zweite elektrische Leitung (10.2) und die zweite Vakuumschaltröhre (7.2) und der erste mechanische Schaltkontakt (18.2) über die vierte elektrische Leitung (10.4) elektrisch miteinander verbunden sind.
10. Laststufenschalter nach Anspruch 9, wobei
die elektrischen Leitungen (10.1 , 10.2, 10.3, 10.4) jeweils über Verbindungsele mente (17) mit den Vakuumschaltröhren (6.1 , 6.2, 7.1 , 7.2) elektrisch leitend ver bunden sind.
1 1. Laststufenschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
- parallel zu jedem Lastzweig (5.1 , 5.2) zusätzlich jeweils ein Dauerhauptkontakt (19.1 , 19.2) vorgesehen ist, der im stationären Betrieb zumindest einen Teil der Dauerstromführung übernimmt und direkt mit der Lastableitung (8) in elektrisch leitender Verbindung steht.
12. Laststufenschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
die Vakuumschaltröhren (6.1 , 6.2, 7.1 , 7.2) kreisförmig um eine Schaltwelle (20) herum angeordnet sind.
13. Laststufenschalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
- der erste und der zweite mechanische Schaltkontakt (18.1 , 18.2) spiegelbildlich zu einer Achse (21 ) der Schaltwelle (20) angeordnet sind.
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