WO2014026805A1 - Lastumschalter, laststufenschalter und verfahren zum umschalten eines laststufenschalters - Google Patents

Lastumschalter, laststufenschalter und verfahren zum umschalten eines laststufenschalters Download PDF

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WO2014026805A1
WO2014026805A1 PCT/EP2013/064668 EP2013064668W WO2014026805A1 WO 2014026805 A1 WO2014026805 A1 WO 2014026805A1 EP 2013064668 W EP2013064668 W EP 2013064668W WO 2014026805 A1 WO2014026805 A1 WO 2014026805A1
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WO
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current
voltage
load
tap
switch
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Application number
PCT/EP2013/064668
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Hammer
Andreas Sachsenhauser
Original Assignee
Maschinenfabrik Reinhausen Gmbh
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Publication date
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Priority to US14/417,267 priority patent/US20150179362A1/en
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    • 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
    • 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
    • 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
    • H01H9/0027—Operating mechanisms

Definitions

  • the present invention relates to a diverter switch, an on-load tap changer with the diverter switch according to the invention, and a method of switching a diverter switch of an on-load tap changer from a switched tap tap of a tap transformer to a preselected tap tap of the tap transformer.
  • On-load tap-changers (abbreviated to OLTC) are known from the state of the art for the purpose of switching between different winding taps of tapped transformers on-load tap changers comprising a diverter switch and a selector consisting of a fine selector and possibly one
  • the selector switch is used for subsequent, rapid and uninterrupted switching from the previously connected winding tap to the new, preselected winding tap, which is to be connected Load switching
  • the diverter switch performs a specific switching sequence (switching sequence), in which various switches in resistance paths, so-called resistance switches, and switches in resistance-free paths (current paths) in a certain time series sequence can be actuated successively or overlapping.
  • the switches are used for direct connection of the respective winding tap with the load dissipation or current discharge in a power supply network, hereinafter referred to as network.
  • the resistor contacts are used for short-circuiting by means of one or more switching resistors.
  • Switching devices generate voltage fluctuations in the network during switching, also known as "flicker.” Voltage fluctuations in the electrical power supply network, for example, lead to changes in the radiated luminance of light sources such as incandescent lamps the frequency and level of voltage changes The voltage quality in the network has limits for the maximum flicker
  • Equip power supply network with on-load tap-changers In sunny weather without clouds comparatively much power is fed almost constantly into the grid. In cloudy weather with little or no sun comparatively little power is fed almost constantly into the grid. In contrast, in sunny weather with alternating clouds in relatively short time intervals alternately fed little and much electricity. In the transformers such a local power supply network, the load current (load flow) therefore often change depending on the current feed situation, so that undesirable high flicker levels are to be feared.
  • the object of the invention is therefore to provide a diverter switch, which always generates a minimum Flickerpegel regardless of the direction of the load current and the switching direction, ie the connection or disconnection of voltage levels. This object is achieved by a diverter switch according to claim 1.
  • the object of the invention is also to provide an on-load tap-changer, which always a minimum regardless of the direction of the load current and the switching direction
  • the object of the invention is also to provide a method for switching a load changeover switch of an on-load tap-changer from a connected winding tap of a tapped transformer to a preselected winding tapping of the tapped transformer. fen, regardless of the direction of the load current and the switching direction always a minimum flicker level is generated. This object is achieved by a method for switching a diverter switch of an on-load tap changer according to claim 8.
  • the load changeover switch according to the invention for an on-load tap changer for switching from a connected Wickiungsanzapfung to a preselected winding tap of a tapped transformer comprises at least one resistance path (current path), at least one path, each with at least one Studentsschaltwiderstand (resistance path) and a current drain for guiding a load current between the tapped transformer and the current drain of the diverter switch flows.
  • a step voltage between the winding taps, between which is to be switched is to be switched.
  • a measuring device for measuring an actual value of a phase angle between the load current and a voltage of the tapped transformer, in each case with respect to the direction from the preselected winding tapping to the current discharge (current dissipation), and an adjusting device are provided.
  • an adjusting device By adjusting the time sequence of Beschaitung the paths (current and resistance paths) and the switching paths of the diverter switch is dependent on the measured actual value of the phase angle and a predetermined limit of the phase angle adjustable so variable that during a load switching the output voltage of the tapped transformer always within a voltage interval between the wired and the preselected winding tap.
  • the flicker level is proportional to the magnitude of a voltage change.
  • a further advantage of the invention is that higher switching frequencies or higher switching numbers are possible due to lower flicker levels in the network, without exceeding a predetermined flicker limit value.
  • At least one switch of the current paths and / or the resistance paths can be adjusted by the adjusting device such that the output voltage of the tapped transformer is always present during a load changeover. within the voltage interval between the switched and preselected winding tap.
  • the adjusting device can be operated, for example, electrically or electromechanically or magnetically.
  • the adjusting device may be a lifting device.
  • the adjusting device may comprise a plurality of adjusting elements, for example a first set of cam disks and a second set of cam disks, by means of which the paths or switching paths can be variably connected in the sense of the invention. It is obvious to a person skilled in the art that other and / or further means can be used instead of the first and / or second cam disks.
  • the second cams can be adjusted via a lifting device.
  • the measuring device usually comprises measuring elements for measuring the voltage and the current in the on-load tap-changer.
  • two voltage sensors and one current sensor are provided.
  • the voltage between the connected winding tapping and the current dissipation can be measured by a first voltage sensor.
  • a second voltage sensor measures the voltage between the preselected winding tap and the current drain. Through the current sensor, the current in the current dissipation can be measured.
  • a voltage sensor and two current sensors are provided. The voltage between the connected winding tap and the preselected winding tap can be measured by the voltage sensor.
  • the resistance paths comprise exactly one common overvoltage resistance, and / or the resistance paths each comprise, in the direction of the current dissipation, a transient resistance before the junction of the resistance paths.
  • a switching resistance is provided on different paths.
  • the on-load tap-changer comprises at least one diverter switch according to the invention as described above and a selector for selecting a respective winding tap of the tapped transformer.
  • the inventive method for switching a load changeover switch of an on-load tap changer from a wired winding tap of a tapped transformer to a preselected winding tap of the tapped transformer comprises several steps, which are described below.
  • a threshold value of the phase angle between the load current and the voltage of the step-up transformer from the preselected winding tap to the drain, respectively with respect to the direction from the winding tap to the current drain or derivation, is given.
  • an actual value of the phase angle is measured.
  • a predetermined time order is selected in the wiring of current paths and / or resistance paths of the diverter switch, depending on whether the actual value of the phase angle is greater or smaller than the amount of the limit value of the phase angle.
  • the wiring or adjustment is carried out according to the invention such that during a load switching the output voltage of the tapped transformer is always within the voltage interval described above between the connected and preselected winding tap.
  • the switches are each opened and / or closed appropriately.
  • a narrow voltage interval advantageously again ensures a low level of flicker, as described above.
  • the switches are connected in a different time sequence, as described below. If the measured actual value of the phase angle is smaller than the predetermined limit value of the phase angle (case 1), the switch in the resistance path on the upstream side first closes. Only then does the switch of the resistance-free current path open on the disconnecting side. If, on the other hand, the measured actual value of the phase angle is greater in magnitude than the predetermined limit value of the phase angle (case 2), the switch of the resistance-free current path first closes on the als shortcutden page. Only then does the switch open in the resistance path on the disconnecting side.
  • the respective paths or switching paths can thus be controlled depending on the situation, depending on the direction of the load current and whether voltage levels are switched on or off.
  • a corresponding control for controlling the adjusting device is therefore also provided.
  • the adjusting device is coupled to the measuring device.
  • the switching sequence of the diverter switch that is the BeSlten (opening or closing) of the switches, so selected from two switching sequences that always a minimum flicker level can be achieved.
  • vacuum interrupters are preferably used as switching elements for load switching. Vakuumschaltröh- ren prevent arcing in the oil and thus the oil contamination of the
  • Fig. 1 a to 1 e a switching sequence for an on-load tap changer according to the prior art with two overshoot resistors, wherein the load current and the step voltage in the transformer winding are in opposite phase.
  • FIG. 1f a diagram of the voltage stages of the output voltage of the step transformer for the on-load tap-changer according to FIGS. 1 a to 1 e;
  • Fig. 2a to 2e a switching sequence for the on-load tap changer of Fig. 1 a to 1 e, wherein the load current and the step voltage in the transformer winding are in phase.
  • FIG. 2f shows a diagram of the voltage stages of the output voltage of the tapped transformer for the on-load tap-changer according to FIGS. 2a to 2e;
  • FIG. 3 to 6 each show a switching sequence and respectively a diagram of the voltage levels of the output voltage of the tapped transformer for another on-load tap-changer according to the prior art with a switching resistance, load current and voltage in the transformer winding in Figs. 3 and 4 in opposite phase and in Figs. 5 and 6 are in phase.
  • FIG. 7 shows an embodiment of the on-load tap-changer according to the invention with two voltage sensors and one current sensor, wherein the on-load tap-changer comprises a separate diverter switch and a selector;
  • FIG. 8 shows another embodiment of the on-load tap changer according to the invention with a voltage sensor and two current sensors
  • FIG. 10 shows the on-load tap-changer according to the invention as shown in FIG. 8, with the two switches of the current path and the two resistance switches respectively being replaced by a change-over switch in series with a cut-out switch;
  • 1 to 14 each show a switching sequence or respectively a diagram of the voltage levels of the output voltage of the tapped transformer for the embodiments of the on-load tap-changer according to the invention according to FIGS. 7 to 10 with a switching resistor; 15a to 15c circuits for another embodiment of the on-load tap changer according to the invention with a combined diverter switch and selector; and
  • 16 is a schematic flow diagram of the method according to the invention.
  • the illustrated on-load tap-changer 1 comprises a selector 7 and a diverter switch 5, which can be switched over five stages.
  • the load changeover switch 5 shown comprises two resistance-free switching paths or current paths 41, 44, each having a switch 31, 34 and two switching paths or resistance paths 42, 43, each with a Studentsschaltwi- resistance R-, or R 2 and a switch 32 and 33.
  • the selector 7 is used to select a respective winding tap n, n + 1 of a tapped transformer 9, which is also shown only very schematically in Fig. 1 a.
  • the diverter switch 5 effects the switching from the initially connected winding tap n according to FIG. 1 a to the preselected winding tap n + 1 according to FIG. 1 e by temporally successive shading or actuation of the switches 31, 32, 33, 34.
  • the step voltage U Si is in Fig. 1 ae between the winding taps n and n + 1 on.
  • the load current I L flows from the stepping transformer 9 to the current outlet 11, so that load current I L and step voltage U st in the transformer winding are in opposite phase.
  • the load current l L first via path 41 with the closed switch 31 from which is associated with the voltage of the winding tap n, namely the ground voltage U 0.
  • the base voltage U 0 is present as the output voltage U of the tapped transformer 9.
  • the switch 34 is closed, so that the load current I L flows off only via the current path 44 and thus via the closed switch 34.
  • the switch 33 of the resistance path 43 can continue to remain closed as in the previous voltage stage according to FIG. 1 c, but no or only little current flows through the resistance path 43, since the resistance of the current path 44 without Matterschaltwider- is lower than in the stand Resistance path 43 with the Uberschaltwiderstand R 2 and the electric current preferably the path of the lowest electrical resistance goes.
  • the output voltage U of the tapped transformer 9 increases further last to a total of U 0 + U st .
  • Fig. F shows a diagram of all five previously described voltage levels of the output voltage U of the tapped transformer 9, which adjust according to the Fig. 1a-e in the switching from the winding tapping n of the tapped transformer 9 to the winding tapping n + 1 of the tapped transformer 9, if Load current l L from the stepper transformer 9 to the current outlet 11 flows.
  • Fig. 2e to 2a show a switching sequence for the on-load tap-changer 1 of Fig. 1 a to 1 e from the prior art, wherein the load current I L now flows in the reverse direction of the current discharge 1 1 to the winding tapping n + 1 and thus the Load current l L and the step voltage U st in the transformer winding are in phase.
  • the reversal of the flow direction of the load current I L with respect to the current discharge I 1 can be done both by a reversal of the load current I L and by the turning of the control winding by a preselector (not shown).
  • the reference numeral 9 represents a part of the tapped transformer, namely two taps n, n + 1 of the control winding.
  • the sequence 2a to 2e represents the connection of a winding part from n to n + 1 and the sequence 2e to 2a the shutdown of a winding part from n + 1 to n.
  • FIG. 2e the output voltage U of the tapped transformer 9 is completely analogous to Fig. 1 e U 0 + U st .
  • Fig. 2b U c , + l L * R1 and in Fig. 2a completely analogous to Fig. 1 a U 0 .
  • FIG. 2f shows a diagram of all five previously described voltage stages of the output voltage U, which are set according to FIGS.
  • FIGS. 3a to 6f show a switching sequence and the curves of the output voltage U of the tapped transformer 9 for another on-load tap-changer 1 according to the prior art with only one resistance R.
  • the load current I L and the step voltage Us t in the transformer winding are in the 3 and 4 in opposite phase and in Figs. 5 and 6 in phase.
  • FIGS. 3 and 5 illustrate the connection of a winding part from n to n + 1
  • FIGS. 4 and 6 show the switching off of a winding part from n + 1 to n.
  • the illustrated on-load tap-changer 1 comprises a selector 7 and a diverter switch 5 whose load switching takes place in five steps.
  • the diverter switch 5 comprises two resistance-free switching paths or current paths 41, 44, each with a switch 31. 34 and two switching paths or resistance paths 42, 43 with a common override resistance R and a separate switch 32 and 33, respectively.
  • the on-load tap-changer 1 also comprises a device (not shown) which ensures that, independent of the switching direction, of the winding tap n to the winding tap n + 1 or vice versa, always the switch 31 or 34 in the resistance path 41 and 44 in Fig. 3 to 6 in front of the switch 32 and 32 in the parallel resistor path 42 and 43 opens and closes. This results in four cases A to D with different profiles of the output voltage U, as will be described below.
  • Fig. 3a to 3e show a switching sequence for the other on-load tap-changer 1, wherein the load current l L flows in the direction of the load dissipation 1 1, so that the load current l L and the step voltage U st in the transformer winding are in opposite phase. It is switched from the winding tap n to n + 1.
  • the successive BeSlten or pressing the switches 31, 32, 33, 34 results as output voltage U of the tapped transformer 9 total U 0 in Fig. 3a, U 0 - li_ * in Fig. 3b, U 0 + U st in FIG 3c-e, also shown in the diagram of Fig. 3f.
  • Fig. 4e to 4a show a switching sequence for the other on-load tap 1 according to Fig. 3a-e, wherein the load current L L also flows in the direction of the load dissipation 1 1, ie the load current l L and the step voltage U st in the Transformer winding are opposite in phase, but is switched off from the winding tapping n + 1 to n.
  • the successive BeSlten or pressing the switches 31, 32, 33, 34 results as output voltage U at the current dissipation 1 1 total U 0 + U st in Fig. 4e, U 0 + U st - k * R in FIG. 4d, U 0 in Fig. 4c-a, also shown in the diagram of Fig. 4f.
  • the voltage interval A of the voltage fluctuation of the output voltage U during the load switching is equal to the step voltage U St , so that the caused flicker level is optimal in this case.
  • Fig. 6e to 6a show a switching sequence for the other on-load tap-changer 1 of Fig. 3a to 3e, wherein the load current l L flows in the opposite direction against the load dissipation 1 1, that is, the load current l L and the step voltage U st are in phase in the transformer winding and are turned off from the winding tap n + 1 to n.
  • FIG. 7 shows an embodiment of the on-load tap-changer 1 according to the invention, which comprises a separate diverter switch 5 and a selector 7.
  • the diverter switch 5 comprises, in addition to the usual elements (paths 41, 42, 43, 44, current drain 11, switches 31, 32, 33, 34) already described in detail above, a measuring device for measuring an actual value (p Rea i a phase angle ⁇ between the load current I L and the voltage of the tapped transformer 9 from the preselected winding tap to the derivative 1 1 of the tapped transformer 9.
  • the measuring device comprises two voltage sensors 131, 132 and a current sensor 15.
  • the voltage between the winding tap n and the current discharge 11 is measurable by the first voltage sensor 131.
  • the voltage between the winding tap n + 1 and the current discharge 11 can be measured by the second voltage sensor 132.
  • the current is in the Current drain 1 1 measurable.
  • the first voltage sensor 131 Before switching from the winding tap n to the winding tap n + 1, the first voltage sensor 131 does not measure voltage because it is short-circuited by the closed switch 31, and the second voltage sensor 132 measures the step voltage U st .
  • the diverter switch 5 additionally comprises an adjusting device (not shown), through which the paths 41, 42, 43, 44 and their switches 31, 32, 33, 34 depending on the measured actual value ⁇ ⁇ 3 ⁇ the phase angle ⁇ and a predetermined limit value c umit of the phase angle ⁇ such variable adjustable or
  • the voltage interval is defined by the base voltage U Q and the base voltage U 0 increased by the step voltage Ust.
  • FIG 8 shows another embodiment of the load changeover switch 5 according to the invention of the on-load tap-changer 1, in which another measuring device with a voltage sensor 13 and two current sensors 151, 152 is provided.
  • the step voltage U st between the connected winding tap n and the preselected winding tap n + 1 can be measured by the voltage sensor 13.
  • the first current sensor 151 the current from the connected winding tap n to the current discharge 1 1 is measurable.
  • the second current sensor 152 the current can be measured from the preselected winding tap n + 1 to the current drain 11.
  • the actual value ⁇ ⁇ 3 ⁇ of the phase angle ⁇ between the load current I L and the voltage U of the step transformer 9 from the preselected winding tap to the current discharge I 1 can be known from the voltage sensor 13 measured voltage and from the first current sensor
  • the actual value cp Re ai of the phase angle ⁇ can be known from the voltage measured by the voltage sensor 13 and from the second current sensor
  • the first current sensor 151 measures the load current I L and the second current sensor 152 does not measure current. After the switchover, the first current sensor 151 measures no current and the second current sensor 152 measures the load current I L.
  • Fig. 9 shows the on-load tap-changer 1 according to the invention with the diverter switch 5 according to the invention according to Fig. 7, wherein the two switches 31 and 34 respectively in the current path 41 or 44 as well as the two switches 32, 33 in the resistor path 42 and 43 are replaced by a respective switch 35 and 36 in series with a circuit breaker 37 and 38 respectively.
  • the changeover switch 35 switches between the paths 41 and 44.
  • the switch 36 switches between paths 42 and 43.
  • the resistance paths 42, 43 comprise a common overvoltage resistance R.
  • Fig. 10 shows the on-load tap-changer 1 according to the invention with the diverter switch 5 according to the invention according to Fig. 8 with the other measuring device. Otherwise, the switches 35, 36 and the switches 37, 38 are arranged as in Fig. 9. Fig. 10 shows how the measuring device 13, 151, 152 is arranged in this other switching mode with changeover and Ausschalttern.
  • FIGS. 1 to 14 show other flicker-reduced switching sequences in comparison with FIGS. 3-6, as in the following Job is described in detail.
  • FIGS. 1 to 14 each show a switching sequence or respectively a diagram of the voltage levels of the output voltage U for the embodiments of the on-load tap-changer 1 according to the invention shown in FIGS. 7 to 10 with a switching resistance R, as described below.
  • Fig. 1 1 and 13 represent the connection of a winding part (from n to n + 1) and Fig. 12 and 14, the shutdown of a winding part (from n + 1 to n).
  • the paths 41 to 44 are switched for the case that the measured actual value (p Rea i of the phase angle ⁇ is smaller than the magnitude of the predetermined limit value cpumit of the phase angle ⁇ (Case 1) ,
  • FIG. 11f shows a diagram of the voltage stages of the output voltage U for the on-load tap-changer 1 according to the invention as shown in FIG. 11a.
  • the switching sequence is to be selected so that the first switch in the resistance path with the resistance R on the aufnostiden side closes.
  • the switch 33 of the resistance path 43 first closes at the winding tappet n + 1 (see in particular the change in the switching sequence of FIG. 11b according to FIG. 11c).
  • the switch 31 of the current path 41 only opens later during the winding tapping n (see in particular the change in the switching sequence of FIG. 11 c according to FIG. 11 d).
  • circuits of FIGS. 3a and 11a are identical.
  • circuits of FIGS. 3e and 11e are identical.
  • circuits of Fig. 3b and Fig. 1 1 b are different.
  • circuits of FIG. 3c and FIG. different as well as those of Fig. 3d and Fig. 1 1 d. The differences are due to the different order of operation of the switches, as described above.
  • the paths 41 to 44 are switched in the event that the measured actual value f Rea i of the phase angle ⁇ is greater than the magnitude of the predetermined limit value c with the phase angle ⁇ (case 2).
  • the switching sequence is identical, since a minimal flicker results already in FIG. 4e-a, ie the output voltage U always lies within the voltage interval A between the winding taps n, n + 1 (see FIG Fig. 12f), no other switching sequence and no other arrangement of the switches 31 to 34 and the paths 41 to 44 are required in comparison to the prior art even in the load changeover switch 5 or on-load tap-changer 1.
  • the switching sequence is to be selected so that the first switch in the resistance-free current path on the aufnostiden side closes In the embodiment and the conditions of Fig. 12 so first closes the switch 31 of the current path 41 at the Wickiungsanzapfung n (see in particular 12c), and only then does the switch in the resistance path open at the switching-off resistor R on the switching-off side, ie, in the embodiment according to FIG. 12 and the conditions, the switch 33 of the resistance path 43 opens later at the winding tapping n + 1 (see in particular the change in the scarf tableau of Fig. 2c of Fig. 12b).
  • the paths 41 to 44 are switched in the event that the measured actual value cpReai of the phase angle ⁇ is greater than the magnitude of the predetermined limit value c with the phase angle ⁇ (case 2).
  • the switching sequence is identical, since, since already in FIG. 5a-e a minimal flicker results, ie the output voltage U always lies within the voltage interval A between the winding taps n, n + 1 (see FIG. 13f), is in Compared to the prior art, even in the case of the diverter switch 5 or on-load tap-changer 1 according to the invention, no other switching sequence is necessary.
  • the invention generally applies to FIG. 13 as well, if the phase position of the measured output step voltage U does not coincide with that of the measured current or the measured actual value cp Rea i of the phase angle ⁇ is greater than the predefined one Limit value ⁇ p Umit the phase angle ⁇ , then the switching sequence is to be selected so that the first switch closes in the resistance-free current path on the auftementden side.
  • the switch 34 of the current path 44 closes at the winding tap n + 1 (see in particular the change in the switching sequence of FIG. 13b according to FIG. 13c). Only then generally opens the switch in the resistance path with the resistance R on the disconnecting side.
  • the switch 32 of the resistance path 42 only opens later during the winding tapping n (see in particular the change in the switching sequence of FIG. 13c according to FIG. 13d).
  • the paths 41 to 44 are switched in the event that the measured actual value cp Rea i of the phase angle ⁇ is smaller than the magnitude of the predetermined limit value (p Umit of the phase angle ⁇ (Case 1).
  • the switching procedure is different, namely such that a minimal flicker results, ie the output voltage U always lies within the voltage interval A between the winding taps n, n + 1 (see FIG. 14f).
  • the switches are connected 31 to 34, that the output voltage shown in Figs. 14e-c U 0 + U in Fig. B is U 1 1 U 0 + L L * R in FIG. 1 1 A U 0.
  • 14f shows a diagram of the voltage levels of the output voltage U for the on-load tap-changer according to the invention according to FIG. 14e-a. Fully analogous to Fig.
  • 15a to 15c show circuits for another embodiment of the inventive on-load tap-changer 1, each with a combined diverter switch 5 and selector 7.
  • the selector 7 comprises the ends of the paths 411, 421 of the diverter switch 5 in the direction of the winding taps n, n + 1 .
  • the adjusting device 2 comprises in the embodiment shown here a double turner known from the prior art, as for example from DE102007023124B3.
  • this arrangement is exemplary and other arrangements are conceivable, so that the output voltage U gives the amount U 0 and in particular the output voltage U is always within the voltage interval A between the winding taps n, n + 1 to keep the flicker minimal.
  • the phase angle ⁇ between the load current I L and the voltage of the step transformer 9 is measured from the preselected winding tap to the drain 11.
  • either the end position according to FIG. 15a or FIG. 15c is to be used for a circuit. If the measured actual value f Rea i is smaller in magnitude than the limit value c umit, then a first end position of the adjusting device 2 according to FIG. 15a is used or switched over to it. Otherwise, it is switched to a second end position of the adjusting device 2 according to FIG. 15c.
  • Fig. 15b represents an intermediate position during the respective switching, in which all paths are short-circuited and the load current l L flows through the path 415 to the load dissipation 1 1.
  • the sensors 13, 151, 152 described in FIG. 8 can also be used as the measuring device.
  • the measuring device 131, 132, 15 is shown only in Fig. 15a, not in Fig. 15b-c.
  • the inventive actuation of the adjusting device 2 as a function of the comparison of measured actual value ⁇ p Rea i and limit ⁇ ⁇ ensures that analogously as in Figs. 7-14 and in the embodiment of the on-load tap changer 1 and the diverter switch 5 of FIG 15a-c the output voltage U is always within the voltage interval A between the taps n, n + 1, the flicker level is therefore minimal.
  • the output voltage U may be at the beginning of the circuit, as shown in FIGS. 1 to 14, both U 0 and U 0 + U st .
  • step S1 shows a schematic flow diagram of the method according to the invention for switching over a load changeover switch 5 of an on-load tap-changer 1 from a connected winding tapping n of a tapped transformer 9 to a preselected winding tapping n + 1 of the tapped transformer 9.
  • an actual value cp Rea i of the phase angle ⁇ is measured according to step S2.
  • step S3 If the measured actual value of the phase angle is smaller in absolute value than the predetermined limit value of the phase angle (step S3, adjusting device 2 in position 1), first the switch in the resistance path on the upstream side closes. Only then does the switch of the resistance-free current path open on the disconnecting side. If, on the other hand, the measured actual value of the phase angle is greater than the predetermined limit value of the phase angle (step S4, adjusting device 2 in position 2), the switch of the resistance-free current path on the upstream side first closes. Only then does the switch open in the resistance path on the disconnecting side. After performing adjustment, the load switching is carried out (step S5).
  • the invention has been described with reference to preferred embodiments.
  • the adjusting device 2 can be adjusted instead of by rotation or by pushing or by another form of movement, and the principle of the invention operates regardless of the number of voltage levels of the on-load tap-changer 1.
  • the above-discussed embodiments are merely for the description of the claimed teaching, but limit these not on the embodiments.

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Abstract

Ein Lastumschalter für einen Laststufenschalter zur Umschaltung von einer beschalteten Wicklungsanzapfung auf eine vorgewählte Wicklungsanzapfung eines Stufentransformators umfasst mindestens einen widerstandslosen Strompfad und mindestens einen Widerstandspfad. Eine Messeinrichtung misst einen Ist-Wert eines Phasenwinkels zwischen einem Laststrom und einer Spannung des Stufentransformators von der vorgewählten Wicklungsanzapfung zur Stromabführung. Durch eine Verstelleinrichtung sind die zeitliche Reihenfolge der Beschaltung der Pfade des Lastumschalters abhängig von dem gemessenen Ist-Wert und einem vorgegebenen Grenzwert des Phasenwinkels derart veränderlich einstellbar, dass während einer Lastumschaltung die Spannung stets innerhalb eines Spannungsintervalls zwischen der beschalteten Wicklungsanzapfung und der vorgewählten Wicklungsanzapfung liegt. Es ist auch ein Laststufenschalter mit solch einem Lastumschalter sowie ein Verfahren zum Umschalten eines Lastumschalters von einer beschalteten Wicklungsanzapfung auf eine vorgewählte Wicklungsanzapfung eines Stufentransformators offenbart.

Description

Lastumschalter, Laststufenschalter und Verfahren zum Umschalten eines Laststufenschalters
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lastumschalter, einen Laststufenschalter mit dem erfindungsgemäßen Lastumschalter sowie ein Verfahren zum Umschalten eines Lastumschalters eines Laststufenschalters von einer beschalteten Wicklungsanzapfung eines Stufentransformators auf eine vorgewählte Wicklungsanzapfung des Stufentransformators. Laststufenschalter (im Englischen„on-load tap-changers", abgekürzt OLTC) sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie dienen der unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen von Stufentransformatoren. Laststufenschalter umfassen einen Lastumschalter und einen Wähler, bestehend aus einem Feinwähler und eventuell einem Vorwähler. Der Wähler dient zur leistungslosen Anwahl der jeweiligen neuen Wicklungsanzapfung des Stufentransformators, auf die umgeschaltet werden soll. Der Lastumschalter dient zur nachfolgenden, schnellen und unterbrechungslosen Umschaltung von der bislang beschalteten Wicklungsanzapfung auf die neue, vorgewählte Wicklungsanzapfung, die zu beschälten ist. Während der Lastumschaltung führt der Lastumschalter eine spezifische Schaltsequenz (Schaltablauf) aus, bei der verschiedene Schalter in Widerstandsspfaden, sogenannte Widerstandsschalter, und Schalter in widerstandslosen Pfaden (Strompfade) in einer bestimmten zeitlichen Reihenfolge nacheinander bzw. überlappend betätigt werden. Die Schalter dienen dabei zur direkten Verbindung der jeweiligen Wicklungsanzapfung mit der Lastableitung bzw. Stromabführung in ein Energieversorgungsnetz, nachfolgend kurz Netz genannt. Die Widerstandskontakte dienen zur kurzzeitigen Beschaltung mittels eines oder mehrerer Überschaltwiderstände.
Lastumschalter erzeugen im Netz während der Umschaltung Spannungsschwankungen, auch„Flicker" genannt. Spannungsschwankungen im elektrischen Energieversorgungsnetz führen beispielsweise zu Veränderungen der ausgestrahlten Leuchtdichte von Leuchtmitteln, wie zum Beispiel Glühlampen. Solche Leuchtdichteänderungen empfindet der Mensch bei Überschreitung bestimmter Pegel als störend. Die Flickerwirkung nimmt mit der Häufigkeit und mit der Höhe der Spannungsänderungen zu. Zur Gewährleistung der Spannungsqualität im Netz existieren Grenzwerte für den maximalen Flicker
(Flickergrenzwerte).
Durch die Zunahme von dezentralen Energieeinspeisern, wie beispielsweise
Photovoltaikanlagen, ist es zukünftig erforderlich, auch Transformatoren im Orts-
Energieversorgungsnetz mit Laststufenschaltern auszustatten. Bei sonnigem Wetter ohne Wolken wird vergleichsweise viel Strom nahezu konstant in das Netz eingespeist. Bei Bewölkung ohne oder kaum Sonne wird vergleichsweise wenig Strom nahezu konstant in das Netz eingespeist. Dagegen wird bei sonnigem Wetter mit wechselnder Bewölkung in vergleichsweise kurzen Zeitabständen abwechselnd wenig und viel Strom eingespeist. Bei den Transformatoren solch eines Orts-Energieversorgungsnetzes kann der Laststrom (Lastfluss) daher häufig in Abhängigkeit der momentanen Einspeisesituation wechseln, so dass unerwünscht hohe Flickerpegel zu befürchten sind. Bei bisher bekannten Laststufenschaltern mit zwei Überschaltwiderständen, beispielsweise OILTAPOM, VACUTAP®VM und bei bekannten Laststufenschaltern mit einem Über- schaltwiderstand, beispielsweise VACUTAP®VR, ergeben sich während der Lastum- schaltung je nach Lastflussrichtung für den Transformator sowie abhängig von der Schaltrichtung unerwünscht hohe Flickerpegel (siehe nachfolgende Beschreibung zu den Fig. 1 bis 6).
Aufgabe der Erfindung ist daher, einen Lastumschalter zu schaffen, der unabhängig von der Richtung des Laststroms und der Schaltrichtung, also der Zu- bzw. Abschaltung von Spannungsstufen, stets einen minimalen Flickerpegel erzeugt. Diese Aufgabe wird durch einen Lastumschalter nach Anspruch 1 gelöst.
Aufgabe der Erfindung ist zudem, einen Laststufenschalter zu schaffen, der unabhängig von der Richtung des Laststroms und der Schaltrichtung stets einen minimalen
Flickerpegel erzeugt. Diese Aufgabe wird durch einen Laststufenschalter nach Anspruch 7 gelöst.
Aufgabe der Erfindung ist ferner, ein Verfahren zum Umschalten eines Lastumschalters eines Laststufenschalters von einer beschalteten Wicklungsanzapfung eines Stufentransformators auf eine vorgewählte Wicklungsanzapfung des Stufentransformators zu schaf- fen, wobei unabhängig von der Richtung des Laststroms und der Schaltrichtung stets ein minimaler Flickerpegel erzeugt wird. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Umschalten eines Lastumschalters eines Laststufenschalters nach Anspruch 8 gelöst. Der erfindungsgemäße Lastumschalter für einen Laststufenschalter zur Umschaltung von einer beschalteten Wickiungsanzapfung auf eine vorgewählte Wicklungsanzapfung eines Stufentransformators umfasst mindestens einen widerstandslosen Pfad (Strompfad), mindestens einen Pfad mit jeweils mindestens einem Überschaltwiderstand (Widerstandspfad) und eine Stromabführung zur Führung eines Laststroms, der zwischen dem Stufentransformator und der Stromabführung des Lastumschalters fließt. Üblicherweise liegt bei Betrieb des Transformators eine Stufenspannung zwischen den Wicklungsanzapfungen an, zwischen denen umgeschaltet werden soll. Erfindungsgemäß sind zudem eine Messeinrichtung zum Messen eines Ist-Wertes eines Phasenwinkels zwischen dem Laststrom und einer Spannung des Stufentransformators, jeweils bezüglich der Richtung von der vorgewählten Wicklungsanzapfung zur Stromabführung (Stromableitung), und eine Versteileinrichtung vorgesehen. Durch die VerStelleinrichtung ist die zeitliche Reihenfolge der Beschaitung der Pfade (Strom- und Widerstandspfade) bzw. der Schaltstrecken des Lastumschalters abhängig von dem gemessenen Ist-Wert des Phasenwinkels und einem vorgegebenen Grenzwert des Phasenwinkels derart veränderlich einstellbar, dass während einer Lastumschaltung die Ausgangsspannung des Stufentransformators stets innerhalb eines Spannungsintervalls zwischen der beschalteten und der vorgewählten Wicklungsanzapfung liegt. Der Flickerpegel ist proportional zu der Höhe einer Spannungsänderung. Durch Verwendung des erfindungsgemäßen Lastumschalters ergibt sich eine geringere Flickerwirkung als bei Stufenschaltern nach dem Stand der Technik, bei denen die Ausgangsspannung des Stufentransformators während einer Lastumschaltung nicht immer innerhalb des Spannungsintervalls zwischen beschalteter und vorgewählter Wicklungsanzapfung liegt, wodurch sich eine größere dynamische Spannungsänderung ergibt. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass durch geringere Flickerpegel im Netz höhere Schalthäufigkeiten bzw. höhere Schaltzahlen möglich sind, ohne einen vorgege- benen Flickergrenzwert zu überschreiten.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind durch die Versteileinrichtung mindestens ein Schalter der Strompfade und/oder der Widerstandspfade derart verstellbar, dass während einer Lastumschaltung die Ausgangsspannung des Stufentransformators stets in- nerhalb des Spannungsintervalls zwischen beschalteter und vorgewählter Wicklungsanzapfung liegt.
Die VerStelleinrichtung kann beispielsweise elektrisch oder elektromechanisch oder mag- netisch betrieben werden. Insbesondere kann die Versteileinrichtung eine Hubvorrichtung sein. Die Versteileinrichtung kann mehrere Verstellelemente umfassen, beispielsweise einen ersten Satz Nockenscheiben und einen zweiten Satz Nockenscheiben, durch die die Pfade bzw. Schaltstrecken im Sinne der Erfindung veränderlich beschaltbar sind. Für einen Fachmann ist offensichtlich, dass statt der ersten und/oder zweiten Nockenschei- ben auch andere und/oder weitere Mittel verwendet werden können. Insbesondere können die zweiten Nockenscheiben über eine Hubvorrichtung eingestellt werden.
Als vorgegebener Grenzwert des Phasenwinkels kann üblicherweise 90° gewählt werden. Um den Phasenwinkel nach den bekannten Berechnungsmethoden bestimmen zu können, umfasst die Messeinrichtung üblicherweise Messelemente zum Messen der Spannung und des Stroms im Laststufenschalter. In einer ersten Ausführungsform sind zwei Spannungssensoren und ein Stromsensor vorgesehen. Dabei ist durch einen ersten Spannungssensor die Spannung zwischen der beschalteten Wicklungsanzapfung und der Stromabführung messbar. Durch einen zweiten Spannungssensor ist die Spannung zwischen der vorgewählten Wicklungsanzapfung und der Stromabführung messbar. Durch den Stromsensor ist der Strom in der Stromabführung messbar. In einer zweiten Ausführungsform sind ein Spannungssensor und zwei Stromsensoren vorgesehen. Dabei ist durch den Spannungssensor die Spannung zwischen der beschalteten Wicklungsanzap- fung und der vorgewählten Wicklungsanzapfung messbar. Durch einen ersten Stromsensor ist der Strom von der beschalteten Wicklungsanzapfung zur Stromabführung messbar. Durch einen zweiten Stromsensor ist der Strom von der vorgewählten Wicklungsanzapfung zur Stromabführung messbar. Bei einer weiteren Ausführungsform des Lastumschalters umfassen die Widerstandspfade genau einen gemeinsamen Überschaltwiderstand, und/oder die Widerstandspfade umfassen in Richtung der Stromableitung jeweils einen Überschaltwiderstand vor der Zusammenführung der Widerstandspfade. Im zweiten Fall ist also jeweils ein Überschaltwiderstand auf unterschiedlichen Pfaden vorgesehen. Für einen Fachmann ist offensicht- lieh, dass in beiden Fällen je Pfad der jeweilige Widerstand auch aus mehreren in Reihe geschalteten Widerständen aufgebaut sein kann.
Der erfindungsgemäße Laststufenschalter umfasst mindestens einen erfindungsgemäßen Lastumschalter wie oben beschrieben sowie einen Wähler zur Anwahl einer jeweiligen Wicklungsanzapfung des Stufentransformators.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Umschalten eines Lastumschalters eines Laststufenschalters von einer beschalteten Wicklungsanzapfung eines Stufentransformators auf eine vorgewählte Wicklungsanzapfung des Stufentransformators umfasst mehrere Schrit- fe, die nachfolgend beschrieben werden.
Zunächst wird ein Grenzwert des Phasenwinkels zwischen dem Laststrom und der Spannung des Stufentransformators von der vorgewählten Wicklungsanzapfung zur Ableitung, jeweils bezüglich der Richtung von der Wicklungsanzapfung zur Stromabführung bzw. Ableitung, vorgegeben. Anschließend wird ein Ist-Wert des Phasenwinkels gemessen. Dann wird eine vorgegebene zeitliche Reihenfolge in der Beschaltung von Strompfaden und/oder Widerstandspfaden des Lastumschalters gewählt, abhängig davon, ob der Ist- Wert des Phasenwinkels größer oder kleiner als der Betrag des Grenzwertes des Phasenwinkels ist. Die Beschaltung bzw. Verstellung erfolgt erfindungsgemäß derart, dass während einer Lastumschaltung die Ausgangsspannung des Stufentransformators stets innerhalb des oben beschriebenen Spannungsintervalls zwischen beschalteter und vorgewählter Wicklungsanzapfung liegt. Dazu werden die Schalter jeweils passend geöffnet und/oder geschlossen. Ein enges Spannungsintervall sichert wieder vorteilhafterweise einen niedrigen Flickerpegel, wie oben bereits beschrieben.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden abhängig vom Betrag des gemessenen Ist-Wertes des Phasenwinkels die Schalter in einer unterschiedlichen zeitlichen Reihenfolge beschaltet, wie nachfolgend beschrieben wird. Falls der gemessene Ist-Wert des Phasenwinkels betragsmäßig kleiner als der vorgegebene Grenz- wert des Phasenwinkels ist (Fall 1 ), schließt zunächst der Schalter im Widerstandspfad auf der aufschaltenden Seite. Erst anschließend öffnet der Schalter des widerstandslosen Strompfades auf der abschaltenden Seite. Falls dagegen der gemessene Ist-Wert des Phasenwinkels betragsmäßig größer als der vorgegebene Grenzwert des Phasenwinkels ist (Fall 2), schließt zunächst der Schalter des widerstandslosen Strompfades auf der aufschaltenden Seite. Erst anschließend öffnet der Schalter im Widerstandspfad auf der abschaltenden Seite.
Die jeweiligen Pfade bzw. Schaltstrecken sind also situationsabhängig ansteuerbar, ab- hängig von der Richtung des Laststroms und ob Spannungsstufen zugeschaltet oder abgeschaltet werden. Eine entsprechende Steuerung zum Steuern der Versteileinrichtung ist daher ebenfalls vorgesehen. Die VerStelleinrichtung ist mit der Messeinrichtung gekoppelt. Abhängig von den Ergebnissen der Messeinrichtung ist durch die von der Steuerung angesteuerte VerStelleinrichtung der Schaltablauf des Lastumschalters, das heißt das Beschälten (Öffnen oder Schließen) der Schalter, aus zwei Schaltabläufen so wählbar, dass stets ein minimaler Flickerpegel erreichbar ist.
In den letzten Jahren werden bekanntlich bevorzugt Vakuumschaltröhren als Schaltelemente zur Lastumschaltung eingesetzt. Vorteilhafterweise verhindern Vakuumschaltröh- ren eine Lichtbogenbildung im Öl und damit die Ölverschmutzung des
Lastumschalteröles, wie beispielsweise in den deutschen Patentschriften DE 195 10 809 C1 und DE 40 1 1 019 C1 sowie den deutschen Offenlegungsschriften DE 42 31 353 A1 und DE 10 2007 004 530 A1 beschrieben. Das allgemeine erfindungsgemäße Prinzip, wie oben beschrieben, ist jedoch für unterschiedliche Arten von Laststufenschaltern geeignet, insbesondere sowohl für mechanische, beispielsweise Ölschalter, als auch für Laststufenschalter mit Vakuumschaltröhren.
Nachfolgend sind die Erfindung und ihre Vorteile unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 a bis 1 e einen Schaltablauf für einen Laststufenschalter gemäß dem Stand der Technik mit zwei Überschaltwiderständen, wobei Laststrom und Stufenspannung in der Transformator-Wicklung gegenphasig sind.
Fig. 1f ein Diagramm der Spannungsstufen der Ausgangsspannung des Stufentransfor- mators für den Laststufenschalter gemäß Fig. 1 a bis 1 e;
Fig. 2a bis 2e einen Schaltablauf für den Laststufenschalter nach Fig. 1 a bis 1 e, wobei Laststrom und Stufenspannung in der Transformator-Wicklung in Phase sind.
Fig. 2f ein Diagramm der Spannungsstufen der Ausgangsspannung des Stufentransformators für den Laststufenschalter gemäß Fig. 2a bis 2e; Fig. 3 bis 6 jeweils einen Schaltablauf bzw. jeweils ein Diagramm der Spannungsstufen der Ausgangsspannung des Stufentransformators für einen anderen Laststufenschalter gemäß dem Stand der Technik mit einem Überschaltwiderstand, wobei Laststrom und Spannung in der Transformator-Wicklung bei den Fig. 3 und 4 gegenphasig und bei den Fig. 5 und 6 in Phase sind.
Fig. 7 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laststufenschalters mit zwei Spannungssensoren und einem Stromsensor, wobei der Laststufenschalter einen getrennten Lastumschalter und einen Wähler umfasst;
Fig. 8 eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laststufenschalters mit einem Spannungssensor und zwei Stromsensoren;
Fig. 9 den erfindungsgemäßen Laststufenschalter nach Fig. 7, wobei jeweils die beiden Schalter des Strom pfads bzw. die beiden Widerstandsschalter durch einen Umschalter in Reihe mit einem Ausschalter ersetzt sind;
Fig. 10 den erfindungsgemäßen Laststufenschalter nach Fig. 8, wobei jeweils die beiden Schalter des Strompfads bzw. die beiden Widerstandsschalter durch einen Umschalter in Reihe mit einem Ausschalter ersetzt sind;
Fig. 1 1 bis 14 jeweils einen Schaltablauf bzw. jeweils ein Diagramm der Spannungsstufen der Ausgangsspannung des Stufentransformators für die Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Laststufenschalters nach Fig. 7 bis 10 mit einem Überschaltwiderstand; Fig. 15a bis 15c Schaltungen für eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laststufenschalters mit einem kombinierten Lastumschalter und Wähler; und
Fig. 16 ein schematisches Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In den Figuren sind für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung identische Bezugszeichen verwendet. Ferner sind der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind.
Fig. 1 a bis 1 e zeigt einen schematischen Schaltablauf für einen Laststufenschalter 1 ge- mäß dem Stand der Technik, wobei der Laststrom lL und die Stufenspannung USt in der Transformator-Wicklung gegenphasig sind. Die Abfolge 1 a bis 1 e stellt die Zuschaltung eines Wicklungsteils dar (von n auf n+1 ) und ist durch die untere Pfeilspitze des Pfeils 3 dargestellt. Die Abfolge 1 e bis 1 a stellt die Abschaltung eines Wicklungsteils dar (von n+1 auf n) und ist durch die obere Pfeilspitze des Pfeils 3 dargestellt. Der dargestellte Laststufenschalter 1 umfasst einen Wähler 7 und einen Lastumschalter 5, der auf fünf Stufen schaltbar ist. Der dargestellte Lastumschalter 5 umfasst zwei widerstandslose Schaltstrecken bzw. Strompfade 41 , 44 mit jeweils einem Schalter 31 , 34 so- wie zwei Schaltstrecken bzw. Widerstandspfade 42, 43 mit jeweils einem Überschaltwi- derstand R-, bzw. R2 und einem Schalter 32 bzw. 33.
Der Wähler 7 dient zur Anwahl einer jeweiligen Wicklungsanzapfung n, n+1 eines Stufentransformators 9, der ebenfalls nur sehr schematisch in Fig. 1 a dargestellt ist. Im darge- stellten Schaltablauf nach den Fig. 1 a bis 1 e bewirkt der Lastumschalter 5 die Umschal- tung von der zunächst beschalteten Wicklungsanzapfung n gemäß Fig. 1 a auf die vorgewählte Wicklungsanzapfung n+1 gemäß Fig. 1 e durch zeitlich aufeinander folgende Beschattung bzw. Betätigung der Schalter 31 , 32, 33, 34. Die Stufenspannung USi liegt bei Fig. 1 a-e zwischen den Wicklungsanzapfungen n und n+1 an.
Gemäß der Abfolge nach Fig. 1 a bis 1 e fließt der Laststrom lL vom Stufentransformator 9 bis zur Stromabführung 1 1 , so dass Laststrom lL und Stufenspannung Ust in der Transformatorwicklung gegenphasig sind. Insbesondere fließt gemäß Fig. 1 a der Laststrom lL zunächst über den Pfad 41 mit dem geschlossenen Schalter 31 ab, dem die Spannung der Wicklungsanzapfung n zugeordnet ist, nämlich die Grundspannung U0. Somit liegt als Ausgangsspannung U des Stufentransformators 9 die Grundspannung U0 an. Die Pfade
43 und 44 sind unterbrochen, da deren Schalter 33 bzw. 34 geöffnet sind, so dass hier kein Strom fließt. Der Schalter 32 des Pfades 42 ist zwar geschlossen, es fließt jedoch auch hier kein bzw. vergleichsweise wenig Strom, da der Widerstand des Pfades 41 ohne Überschaltwiderstand geringer ist als der des Pfades 42 mit dem Überschaitwiderstand R-i und der elektrische Strom bevorzugt den Weg des geringsten elektrischen Widerstandes geht.
Bei Fig. 1 b fließt der Laststrom lL über den Pfad 42 ab, also über den Überschaltwider- stand R-, und den geschlossenen Schalter 32, da die Pfade bzw. Schaltstrecken 41 , 43,
44 durch die geöffneten Schalter 31 , 33, 34 unterbrochen sind. Der Spannungsabfall am Überschaltwiderstand Rt bewirkt ein Absinken der Ausgangsspannung U des Stufentransformators 9 unterhalb der Grundspannung U0 auf insgesamt U0 - lL * Ri.
Figure imgf000011_0001
hin auf insgesamt U0 + Ust - 1_ * F*2-
Zuletzt wird gemäß Fig. 1 e der Schalter 34 geschlossen, so dass der Laststrom lL nur über den Strompfad 44 und somit über den geschlossenen Schalter 34 abfließt. Der Schalter 33 des Widerstandspfades 43 kann weiterhin geschlossen bleiben wie bei der vorherigen Spannungsstufe nach Fig. 1 c, es fließt jedoch kein bzw. nur wenig Strom über den Widerstandspfad 43, da der Widerstand des Strompfades 44 ohne Überschaltwider- stand geringer ist als bei dem Widerstandspfad 43 mit dem Uberschaltwiderstand R2 und der elektrische Strom bevorzugt den Weg des geringsten elektrischen Widerstandes geht. Die Ausgangsspannung U des Stufentransformators 9 erhöht sich zuletzt weiterhin auf insgesamt U0 + Ust. Die Umschaltung von der Wicklungsanzapfung n des Stufentransformators 9 auf die Wicklungsanzapfung n+1 des Stufentransformators 9 ist nun abgeschlossen, da der Laststrom lL nun von der Wicklungsanzapfung n+1 über den Strom pf ad 44 zur Stromabführung 11 fließt. Fig. f zeigt ein Diagramm aller fünf zuvor beschriebenen Spannungsstufen der Ausgangsspannung U des Stufentransformators 9, die sich gemäß den Fig. 1a-e bei der Umschaltung von der Wicklungsanzapfung n des Stufentransformators 9 auf die Wicklungsanzapfung n+1 des Stufentransformators 9 einstellen, wenn der Laststrom lL vom Stufentransformator 9 bis zur Stromabführung 11 fließt. In diesem Fall bewirkt beim Zu- schalten einer Spannungsstufe der Spannungsabfall am Uberschaltwiderstand R, zunächst ein Absinken der Ausgangsspannung U (von Fig. 1 a nach Fig. 1 b), bevor die Ausgangsspannung U durch Spannungsabfälle an den Widerständen R1 bzw. R2 sukzessive erhöht wird (Fig. 1 b bis Fig. 1 e). Dadurch ergibt sich für die Spannungsschwankung der Ausgangsspannung U ein Spannungsintervall A, dessen Breite größer als die Stufen- Spannung Ust ist. Dies bedeutet, dass der hervorgerufene Flickerpegel bei dem Laststufenschalter 1 des Stands der Technik zu groß und daher nicht optimal ist.
Wie durch die obere Pfeilspitze des Pfeils 3 angedeutet, wird bei einer Lastumschaltung von der Wicklungsanzapfung n+1 nach n durch den Laststufenschalter 1 nach Stand der Technik die Schaltsequenz in umgekehrter Richtung durchlaufen. Zur Verdeutlichung sei zudem darauf hingewiesen, dass an der Lastumschaltung generell stets nur eine Spannungsstufe des Transformators 9 beteiligt ist, nämlich die zwischen U0 und U0+USt. Die anderen Spannungsniveaus der Ausgangsspannung U des Stufentransformators 9 erge- ben sich durch Spannungsabfälle an den Widerständen R-j und R2.
Fig. 2e bis 2a zeigen einen Schaltablauf für den Laststufenschalter 1 nach Fig. 1 a bis 1 e aus dem Stand der Technik, wobei der Laststrom IL nun in der umgekehrten Richtung von der Stromabführung 1 1 zur Wicklungsanzapfung n+1 fließt und damit der Laststrom lL und die Stufenspannung Ust in der Transformatorwicklung in Phase sind. Die Umkehrung der Fließrichtung des Laststroms lL in Bezug auf die Stromabführung 1 1 kann sowohl durch eine Umkehr des Laststroms lL als auch durch das Wenden der Regelwicklung durch einen Vorwähler (nicht dargestellt) erfolgen. Das Bezugszeichen 9 stellt einen Teil des Stufentransformators dar und zwar zwei Anzapfungen n, n+1 der Regelwicklung. Analog zu Fig. 1 stellt die Abfolge 2a bis 2e die Zuschaltung eines Wicklungsteils dar von n auf n+1 und die Abfolge 2e bis 2a die Abschaltung eines Wicklungsteils von n+1 auf n.
Im Vergleich zu Fig. 1 a-e ergibt sich für Fig. 2e-a durch nacheinander erfolgende Beschattung bzw. Betätigung der Schalter 31 , 32, 33, 34 ein bereichsweise anderer Verlauf der Ausgangsspannung (siehe Fig. 2f), wie kurz nachfolgend dargelegt wird. Dabei sind die Schalter 31 , 32, 33, 34 in Fig. 2a-e wie in den jeweils entsprechenden Fig. 1 a-e geschlossen oder geöffnet.
Bei Fig. 2e ist die Ausgangsspannung U des Stufentransformators 9 völlig analog zu Fig. 1 e U0 + Ust. Nach Schließen bzw. Öffnen der Schalter 31 , 32, 33, 34 beträgt die Ausgangsspannung U des Stufentransformators 9 bei Fig. 2d U0 + Ust + k * R2, bei Fig. 2c U0 + Vi lL * R, + Y2 Ust, bei Fig. 2b Uc, + lL * R1 und bei Fig. 2a völlig analog zu Fig. 1 a U0. Fig. 2f zeigt ein Diagramm aller fünf zuvor beschriebenen Spannungsstufen der Ausgangsspannung U, die sich gemäß den Fig. 2e-a einstellen, wenn der Laststrom lL von der Stromabführung 11 bis zum Stufentransformator 9 fließt. Das Öffnen des Schalters 34 bewirkt zunächst einen Spannungsabfall am Überschaltwiderstand R2 und somit zunächst ein Ansteigen der Ausgangsspannung U des Stufentransformators 9 (von Fig. 2e nach Fig. 2d). Danach wird die Ausgangsspannung U durch weiteres entsprechendes Beschälten bzw. Betätigen der Schalter 31 , 32, 33 sukzessive verringert (Fig. 2d bis Fig. 2a). Wie bei Fig. 1f ist auch bei Fig. 2f das Spannungsintervall A der Spannungsschwankung der Ausgangsspannung U breiter als die Stufenspannung USt zwischen den Wicklungsanzapfungen n, n+1 . Der hervorgerufene Flickerpegel ist bei dem Laststufenschalter 1 des Stands der Technik nach den Fig. 1 a bis Fig. 2f somit unabhängig von der Richtung des Laststroms lL nicht optimal.
Fig. 3a bis 6f zeigen einen Schaltablauf und die Verläufe der Ausgangsspannung U des Stufentransformators 9 für einen anderen Laststufenschalter 1 gemäß dem Stand der Technik mit nur einem Überschaltwiderstand R. Der Laststrom IL und die Stufenspannung Ust in der Transformator-Wicklung sind bei den Fig. 3 und 4 gegenphasig und bei den Fig. 5 und 6 in Phase. Fig. 3 und 5 stellen die Zuschaltung eines Wicklungsteils von n auf n+1 dar und Fig. 4 und 6 die Abschaltung eines Wicklungsteils von n+1 auf n.
Der dargestellte Laststufenschalter 1 umfasst einen Wähler 7 und einen Lastumschalter 5, dessen Lastumschaltung in fünf Schritten abläuft. Der Lastumschalter 5 umfasst zwei widerstandslose Schaltstrecken bzw. Strompfade 41 , 44 mit jeweils einem Schalter 31 . 34 sowie zwei Schaltstrecken bzw. Widerstandspfade 42, 43 mit einem gemeinsamen Überschaltwiderstand R und jeweils einem getrennten Schalter 32 bzw. 33. Der Laststufenschalter 1 umfasst zudem eine Vorrichtung (nicht dargestellt), die sichergestellt, dass unabhängig von der Schaltrichtung, von der Wicklungsanzapfung n auf die Wicklungsanzapfung n+1 oder umgekehrt, immer der Schalter 31 bzw. 34 im widerstandslosen Pfad 41 bzw. 44 in Fig. 3 bis 6 vor dem Schalter 32 bzw. 32 im parallelen Widerstandspfad 42 bzw. 43 öffnet und schließt. Dadurch ergeben sich vier Fälle A bis D mit unterschiedlichen Verläufen der Ausgangsspannung U, wie nachfolgend beschrieben wird.
Fig. 3a bis 3e (Fall A) zeigen einen Schaltablauf für den anderen Laststufenschalter 1 , wobei der Laststrom lL in Richtung der Lastableitung 1 1 fließt, so dass der Laststrom lL und die Stufenspannung Ust in der Transformator-Wicklung gegenphasig sind. Es wird von der Wicklungsanzapfung n auf n+1 geschaltet. Durch das nacheinander erfolgende Beschälten bzw. Betätigen der Schalter 31 , 32, 33, 34 ergibt sich als Ausgangsspannung U des Stufentransformators 9 insgesamt U0 bei Fig. 3a, U0 - li_ * bei Fig. 3b, U0 + Ust bei Fig. 3c-e, dargestellt auch im Diagramm nach Fig. 3f. Beim Laststrom lL in Richtung der Lastableitung 1 1 tritt durch das Öffnen des Schalters 31 (Fig. 3a nach Fig. 3b) durch den Spannungsabfall des Laststroms lL am Überschaltwiderstand R ein vorübergehendes Absinken der Ausgangsspannung U auf U0 - li_ * R auf. Daraus resultiert ein Spannungsintervall A während der Lastumschaltung, dessen Breite größer als die Stufenspannung USt ist, so dass der hervorgerufene Flickerpegel nicht optimal ist.
Fig. 4e bis 4a (Fall B) zeigen einen Schaltablauf für den anderen Laststufenschalter 1 nach Fig. 3a-e, wobei der Laststrom lL ebenfalls in Richtung der Lastableitung 1 1 fließt, also der Laststrom lL und die Stufenspannung Ust in der Transformator-Wicklung gegen- phasig sind, jedoch von der Wicklungsanzapfung n+1 auf n abgeschaltet wird. Durch das nacheinander erfolgende Beschälten bzw. Betätigen der Schalter 31 , 32, 33, 34 ergibt sich als Ausgangsspannung U an der Stromabführung 1 1 insgesamt U0 + Ust bei Fig. 4e, U0 + Ust - k * R bei Fig. 4d, U0 bei Fig. 4c-a, auch dargestellt im Diagramm nach Fig. 4f. Das Spannungsintervall A der Spannungsschwankung der Ausgangsspannung U während der Lastumschaltung ist gleich der Stufenspannung USt, so dass der hervorgerufene Flickerpegel in diesem Fall optimal ist.
Fig. 5a bis 5e (Fall C) zeigen einen Schaltablauf für den anderen Laststufenschalter 1 nach Fig. 3a bis 3e, wobei der Laststrom lL in der umgekehrten Richtung entgegen der Lastableitung 1 1 fließt, so dass der Laststrom lL und die Stufenspannung USt in der Transformator-Wicklung in Phase sind. Es wird von der Wicklungsanzapfung n auf n+1 zugeschaltet. Durch das nacheinander erfolgende Betätigen der Schalter 31 , 32, 33, 34 ergibt sich als Ausgangsspannung U insgesamt U0 bei Fig. 5a, U0 + II * R bei Fig. 5b, U0 + Ust bei Fig. 5c-e, auch dargestellt im Diagramm nach Fig. 5f. In diesem Fall ist das Spannungsintervall A der Spannungsschwankung der Ausgangsspannung U während der Lastumschaltung ebenfalls gleich der Stufenspannung USt, so dass der hervorgerufene Flickerpegel wie bei Fig. 4e-a optimal ist. Fig. 6e bis 6a (Fall D) zeigen einen Schaltablauf für den anderen Laststufenschalter 1 nach Fig. 3a bis 3e, wobei der Laststrom lL in der umgekehrten Richtung entgegen der Lastableitung 1 1 fließt, also der Laststrom lL und die Stufenspannung Ust in der Transformator-Wicklung in Phase sind, und von der Wicklungsanzapfung n+1 auf n abgeschal- tet wird. Durch das nacheinander erfolgende Beschälten bzw. Betätigen der Schalter 31 , 32, 33, 34 ergibt sich als Ausgangsspannung U des Stufentransformators 9 insgesamt U0 + USt bei Fig. 6e, U0 + USt + lL * R bei Fig. 6d, U0 bei Fig. 6c-e, auch dargestellt im Diagramm nach Fig. 6f. Durch Betätigen (Schließen) des Schalters 31 bei Fig. 6d nach Fig. 6c kommt es zu einem Kreisstrom lc über den Überschaltwiderstand R und dadurch zu einem vorübergehenden starken Abfall der Ausgangsspannung U von U0 + USt + k * auf U0. Daraus resultiert während der Lastumschaltung für die Spannungsschwankung der Ausgangsspannung U ein Spannungsintervall A, dessen breite größer als die Stufenspannung Ust ist, so dass der hervorgerufene Flickerpegel nicht optimal ist. Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laststufenschalters 1 , der einen getrennten Lastumschalter 5 und einen Wähler 7 umfasst. Erfindungsgemäß um- fasst der Lastumschalter 5 über die bereits vorher ausführlich beschriebenen üblichen Elemente (Pfade 41 , 42, 43, 44, Stromabführung 1 1 , Schalter 31 , 32, 33, 34) hinaus zusätzlich eine Messeinrichtung zum Messen eines Ist-Wertes (pReai eines Phasenwinkels φ zwischen dem Laststrom IL und der Spannung des Stufentransformators 9 von der vorgewählten Wicklungsanzapfung zur Ableitung 1 1 des Stufentransformators 9. In der dargestellten Ausführungsform nach Fig. 7 umfasst die Messeinrichtung zwei Spannungssensoren 131 , 132 und einen Stromsensor 15. Durch den ersten Spannungssensor 131 ist die Spannung zwischen der Wicklungsanzapfung n und der Stromabführung 1 1 mess- bar. Durch den zweiten Spannungssensor 132 ist die Spannung zwischen der Wicklungsanzapfung n+1 und der Stromabführung 1 1 messbar. Durch den Stromsensor 15 ist der Strom in der Stromabführung 1 1 messbar.
Fließt der Laststrom lL beispielsweise über die Anzapfung n ab, so kann der Ist-Wert (pReai des Phasenwinkels φ zwischen dem Laststrom lL und der Spannung des Stufentransformators 9 von der vorgewählten Wicklungsanzapfung zur Ableitung 1 1 bekanntlich aus der von dem zweiten Spannungssensor 132 gemessenen Spannung und von dem Stromsensor 15 gemessenen Strom bestimmt werden. Fließt dagegen der Laststrom lL über die Anzapfung n+1 ab, so kann der Ist-Wert φΚβ3ι des Phasenwinkels φ bekanntlich aus der von dem ersten Spannungssensor 131 gemessenen Spannung und von dem Stromsensor 15 gemessenen Strom bestimmt werden.
Vor der Umschaltung von der Wicklungsanzapfung n auf die Wicklungsanzapfung n+1 misst der erste Spannungssensor 131 keine Spannung, da er durch den geschlossenen Schalter 31 kurzgeschlossen ist, und der zweite Spannungssensor 132 die Stufenspannung Ust.
Der erfindungsgemäße Lastumschalter 5 umfasst zusätzlich eine VerStelleinrichtung (nicht dargestellt), durch die die Pfade 41 , 42, 43, 44 bzw. deren Schalter 31 , 32, 33, 34 abhängig von dem gemessenen Ist-Wert φΚβ3ι des Phasenwinkels φ und einem vorgegebenen Grenzwert c umit des Phasenwinkels φ derart veränderlich einstellbar bzw.
beschaltbar sind, dass während aller Schritte einer Lastumschaltung die Ausgangsspannung U des Transformators 9 stets innerhalb eines Spannungsintervalls A liegt. Dabei ist das Spannungsintervall durch die Grundspannung UQ und die um die Stufenspannung Ust vermehrte Grundspannung U0 definiert.
Fig. 8 zeigt eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lastumschalters 5 des erfindungsgemäßen Laststufenschalters 1 , bei der eine andere Messeinrichtung mit ei- nem Spannungssensor 13 und zwei Stromsensoren 151 , 152 vorgesehen ist. Durch den Spannungssensor 13 ist die Stufenspannung Ust zwischen der beschalteten Wicklungsanzapfung n und der vorgewählten Wicklungsanzapfung n+1 messbar. Durch den ersten Stromsensor 151 ist der Strom von der beschalteten Wicklungsanzapfung n zur Stromabführung 1 1 messbar. Durch den zweiten Stromsensor 152 ist der Strom von der vorge- wählten Wicklungsanzapfung n+1 zur Stromabführung 1 1 messbar.
Fließt der Laststrom lL über die Anzapfung n ab, so kann der Ist-Wert φΚβ3ι des Phasenwinkels φ zwischen dem Laststrom lL und der Spannung U des Stufentransformators 9 von der vorgewählten Wicklungsanzapfung zur Stromableitung 1 1 bekanntlich aus der von dem Spannungssensor 13 gemessenen Spannung und von dem ersten Stromsensor
151 gemessenen Strom bestimmt werden. Fließt dagegen der Laststrom lL über die Anzapfung n+1 ab, so kann der Ist-Wert cpReai des Phasenwinkels φ bekanntlich aus der von dem Spannungssensor 13 gemessenen Spannung und von dem zweiten Stromsensor
152 gemessenen Strom bestimmt werden. Vor der Umschaltung von der Wicklungsanzapfung n auf die Wicklungsanzapfung n+1 misst der erste Stromsensor 151 den Laststrom lL und der zweite Stromsensor 152 keinen Strom. Nach der Umschaltung misst der erste Stromsensor 151 keinen Strom und der zweite Stromsensor 152 den Laststrom lL.
Bis auf die Sensoren 13, 151 , 152 sind der Aufbau und die Funktionsweise des Lastumschalters 5 wie bei Fig. 7. Fig. 9 zeigt den erfindungsgemäßen Laststufenschalter 1 mit dem erfindungsgemäßen Lastumschalter 5 nach Fig. 7, wobei die beiden Schalter 31 bzw. 34 im Strompfad 41 bzw. 44 sowie sowie die beiden Schalter 32, 33 im Widerstandspfad 42 bzw. 43 durch jeweils einen Umschalter 35 bzw. 36 in Reihe mit einem Ausschalter 37 bzw. 38 ersetzt sind. Der Umschalter 35 schaltet zwischen den Pfaden 41 und 44 um. Der Umschalter 36 schaltet zwischen den Pfaden 42 und 43 um. Die Widerstandspfade 42, 43 umfassen einen gemeinsamen Überschaltwiderstand R. Dabei sind die Schalter 35-38 der Pfade 41 bis 44 derart beschaltet, also geöffnet oder geschlossen, dass die Ausgangsspannung U des Stufentransformators 9 die Grundspannung U0 beträgt. Fig. 10 zeigt den erfindungsgemäßen Laststufenschalter 1 mit dem erfindungsgemäßen Lastumschalter 5 nach Fig. 8 mit der anderen Messeinrichtung. Ansonsten sind die Umschalter 35, 36 und die Ausschalter 37, 38 wie bei Fig. 9 angeordnet. Fig. 10 zeigt, wie bei dieser anderen Schaltweise mit Um- und Ausschaltern die Messeinrichtung 13, 151 , 152 angeordnet ist.
Über den gesamten Umschaltungsprozess von der beschalteten Wicklungsanzapfung n auf die vorgewählte Wicklungsanzapfung n+1 (bzw. umgekehrt) ergeben sich gemäß den Fig. 1 1 -14 andere, und zwar flickerreduzierte Schaltabläufe im Vergleich zu den Fig. 3-6, wie an späterer Stelle ausführlich beschrieben wird.
Fig. 1 1 bis 14 zeigen jeweils einen Schaltablauf bzw. jeweils ein Diagramm der Spannungsstufen der Ausgangsspannung U für die Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Laststufenschalters 1 nach Fig. 7 bis 10 mit einem Überschaltwiderstand R, wie nachfolgend beschrieben wird. Bei Fig. 1 1 und 12 sind der Laststrom lL und die Stufen- Spannung Ust in der Transformator-Wicklung gegenphasig und bei Fig. 13 und 14 in Phase. Fig. 1 1 und 13 stellen die Zuschaltung eines Wicklungsteils dar (von n auf n+1 ) und Fig. 12 und 14 die Abschaltung eines Wicklungsteils (von n+1 auf n). In Fig. 1 1 a bis 1 1 e sind die Pfade 41 bis 44 für den Fall geschaltet, dass der gemessene Ist-Wert (pReai des Phasenwinkels φ kleiner als der Betrag des vorgegebenen Grenzwertes cpumit des Phasenwinkels φ ist (Fall 1 ).
Im Vergleich zu Fig. 3a-e ist der Schaltablauf anders, nämlich so dass sich ein minimaler Flicker ergibt, also die Ausgangsspannung U das Spannungsintervall A zwischen den Wicklungsanzapfungen n, n+1 nicht verlässt (siehe Fig. 1 1 f). Dazu sind die Schalter 31 bis 34 so beschaltet, dass die Ausgangsspannung U in den Fig. 1 1 a-c U0, in Fig. 1 d U0 + Ust- II* R und in Fig. 1 1 e U0 + Ust ist. Fig. 1 1f zeigt ein Diagramm der Spannungsstufen der Ausgangsspannung U für den erfindungsgemäßen Laststufenschalter 1 gemäß Fig. 1 1 a-e.
Generell gilt für die Erfindung, dass wenn die Phasenlage der gemessenen Spannung des Stufentransformators 9 von der vorgewählten Wicklungsanzapfung zur Stromableitung 1 1 mit der des gemessenen Stroms (La st ström lL) übereinstimmt bzw. der gemes- sene Ist-Wert <pReal des Phasenwinkels φ betragsmäßig kleiner als der vorgegebene Grenzwert <pLimit des Phasenwinkels φ ist, dann der Schaltablauf so zu wählen ist, dass zunächst der Schalter im Widerstandspfad mit dem Überschaltwiderstand R auf der aufschaltenden Seite schließt. Bei der Ausführungsform und den Bedingungen nach Fig. 1 1 schließt also zuerst der Schalter 33 des Widerstandspfads 43 bei der Wicklungsanzap- fung n+1 (siehe insbesondere die Veränderung im Schaltablauf von Fig. 1 1 b nach Fig. 1 1 c). Erst anschließend öffnet generell der Schalter des widerstandslosen Strompfads auf der abschaltenden Seite. Bei der Ausführungsform und den Bedingungen nach Fig. 1 1 öffnet also erst später der Schalter 31 des Strompfads 41 bei der Wicklungsanzapfung n (siehe insbesondere die Veränderung im Schaltablauf von Fig. 1 1 c nach Fig. 1 1 d).
Insbesondere sind die Schaltungen der Fig. 3a und Fig. 1 1 a identisch. Ebenfalls sind die Schaltungen der Fig. 3e und Fig. 1 1 e identisch. Die Schaltungen der Fig. 3b und Fig. 1 1 b sind jedoch unterschiedlich. Ebenso sind die Schaltungen der Fig. 3c und Fig. 1 1 c unter- schiedlich sowie die der Fig. 3d und Fig. 1 1 d. Die Unterschiede beruhen auf der unterschiedlichen Reihenfolge bei der Betätigung der Schalter, wie oben bereits beschrieben.
In Fig. 2e bis 12a sind die Pfade 41 bis 44 für den Fall geschaltet, dass der gemessene Ist-Wert fReai des Phasenwinkels φ größer als der Betrag des vorgegebenen Grenzwertes c umit des Phasenwinkels φ ist (Fall 2).
Im Vergleich zu Fig. 4e-a ist der Schaltablauf identisch, denn da sich bereits bei Fig. 4e-a ein minimaler Flicker ergibt, also die Ausgangsspannung U stets innerhalb des Span- nungsintervalls A zwischen den Wicklungsanzapfungen n, n+1 liegt (siehe Fig. 12f), sind im Vergleich zum Stand der Technik auch bei dem erfindungsgemäßen Lastumschalter 5 bzw. Laststufenschalter 1 kein anderer Schaltablauf und keine andere Anordnung der Schalter 31 -34 und der Pfade 41 -44 notwendig. Generell gilt für die Erfindung weiter, dass wenn die Phasenlage der gemessenen Ausgangsstufenspannung U mit der des gemessenen Stroms nicht übereinstimmt bzw. der gemessene Ist-Wert cpReai des Phasenwinkels φ betragsmäßig größer als der vorgegebene Grenzwert (pLjmit des Phasenwinkels φ ist, dann der Schaltablauf so zu wählen ist, dass zunächst der Schalter im widerstandslosen Strompfad auf der aufschaltenden Seite schließt. Bei der Ausführungsform und den Bedingungen nach Fig. 12 schließt also zuerst der Schalter 31 des Strom pfads 41 bei der Wickiungsanzapfung n (siehe insbesondere die Veränderung im Schaltablauf von Fig. 12d nach Fig. 12c). Erst anschließend öffnet generell der Schalter im Widerstandspfad mit dem Überschaltwiderstand R auf der abschaltenden Seite. Bei der Ausführungsform nach Fig. 12 und den Bedingungen öffnet also erst später der Schalter 33 des Widerstandspfads 43 bei der Wicklungsanzapfung n+1 (siehe insbesondere die Veränderung im Schaltablauf von Fig. 2c nach Fig. 12b).
In Fig. 13a bis 13e sind die Pfade 41 bis 44 für den Fall geschaltet, dass der gemessene Ist-Wert cpReai des Phasenwinkels φ größer als der Betrag des vorgegebenen Grenzwer- tes c umit des Phasenwinkels φ ist (Fall 2).
Im Vergleich zu Fig. 5a-e ist der Schaltablauf identisch, denn da sich bereits bei Fig. 5a-e ein minimaler Flicker ergibt, also die Ausgangsspannung U stets innerhalb des Spannungsintervalls A zwischen den Wicklungsanzapfungen n, n+1 liegt (siehe Fig. 13f), ist im Vergleich zum Stand der Technik auch bei dem erfindungsgemäßen Lastumschalter 5 bzw. Laststufenschalter 1 kein anderer Schaltablauf notwendig.
Völlig analog zu Fig. 12 gilt generell für die Erfindung auch bei Fig. 13, dass wenn die Phasenlage der gemessenen Ausgangsstufenspannung U mit der des gemessenen Stroms nicht übereinstimmt bzw. der gemessene Ist-Wert cpReai des Phasenwinkels φ betragsmäßig größer als der vorgegebene Grenzwert <pUmit des Phasenwinkels φ ist, dann der Schaltablauf so zu wählen ist, dass zunächst der Schalter im widerstandslosen Strompfad auf der aufschaltenden Seite schließt. Bei der Ausführungsform und den Be- dingungen nach Fig. 13 schließt also zuerst der Schalter 34 des Strom pfads 44 bei der Wicklungsanzapfung n+1 (siehe insbesondere die Veränderung im Schaltablauf von Fig. 13b nach Fig. 13c). Erst anschließend öffnet generell der Schalter im Widerstandspfad mit dem Überschaltwiderstand R auf der abschaltenden Seite. Bei der Ausführungsform und den Bedingungen nach Fig. 13 öffnet also erst später der Schalter 32 des Wider- standspfads 42 bei der Wicklungsanzapfung n (siehe insbesondere die Veränderung im Schaltablauf von Fig. 13c nach Fig. 13d).
In Fig. 14e bis 14a sind die Pfade 41 bis 44 sind für den Fall geschaltet, dass der gemessene Ist-Wert cpReai des Phasenwinkels φ kleiner als der Betrag des vorgegebenen Grenzwertes (pUmit des Phasenwinkels φ ist (Fall 1 ).
Im Vergleich zu Fig. 6a-e ist der Schaltablauf anders, nämlich so, dass sich ein minimaler Flicker ergibt, also die Ausgangsspannung U stets innerhalb des Spannungsintervalls A zwischen den Wicklungsanzapfungen n, n+1 liegt (siehe Fig. 14f). Dazu sind die Schalter 31 bis 34 so geschaltet, dass die Ausgangsspannung U in den Fig. 14e-c U0 + U in Fig. 1 1 b U0 + lL* R und in Fig. 1 1 a U0 beträgt. Fig. 14f zeigt ein Diagramm der Spannungsstufen der Ausgangsspannung U für den erfindungsgemäßen Laststufenschalter gemäß Fig. 14e-a. Völlig analog zu Fig. 1 1 gilt generell für die Erfindung auch bei Fig. 14, dass wenn die Phasenlage der gemessenen Stufenspannung Ust mit der des gemessenen Stroms übereinstimmt bzw. der gemessene Ist-Wert <pReai des Phasenwinkels φ betragsmäßig kleiner als der vorgegebene Grenzwert cpLimit des Phasenwinkels φ ist, dann der Schaltablauf so zu wählen ist, dass zunächst der Schalter im Widerstandspfad auf der aufschaltenden Seite schließt. Bei der Ausführungsform und den Bedingungen nach Fig. 14 schließt also zuerst der Schalter 32 im Widerstandspfad 42 bei der Wicklungsanzapfung n (siehe insbesondere die Veränderung im Schaltablauf von Fig. 14d nach Fig. 14c). Erst anschließend öffnet generell der Schalter des widerstandslosen Strompfads auf der abschalten- den Seite. Bei der Ausführungsform und den Bedingungen nach Fig. 14 öffnet also erst später der Schalter 34 des Strompfads 44 bei der Wicklungsanzapfung n+1 (siehe insbesondere die Veränderung im Schaltablauf von Fig. 14c nach Fig. 14b).
Fig. 15a bis 15c zeigen Schaltungen für eine andere Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Laststufenschalters 1 mit jeweils kombiniertem Lastumschalter 5 und Wähler 7. Dabei umfasst der Wähler 7 die Enden der Pfade 411 , 421 des Lastumschalters 5 in Richtung der Wicklungsanzapfungen n, n+1. Die Versteileinrichtung 2 umfasst in der hier dargestellten Ausführungsform einen Doppelwender nach Stand der Technik bekannt, wie beispielsweise aus DE102007023124B3. Diese Anordnung ist jedoch beispielhaft und es sind auch andere Anordnungen denkbar, so dass die Ausgangsspannung U den Betrag U0 ergibt und insbesondere die Ausgangsspannung U stets innerhalb des Spannungsintervalls A zwischen den Wicklungsanzapfungen n, n+1 liegt, um den Flicker minimal zu halten. Mit der Messeinrichtung 131 , 132, 15 wird, wie bei Fig. 7 bereits beschrieben, der Phasenwinkel φ zwischen dem Laststrom lL und der Spannung des Stufentransformators 9 von der vorgewählten Wicklungsanzapfung zur Ableitung 1 1 gemessen. In Abhängigkeit des gemessenen Phasenwinkels ist für eine Schaltung erfindungsgemäß entweder die Endstellung nach Fig. 15a oder Fig. 15c zu verwenden. Falls der gemessene Ist-Wert fReai betragsmäßig kleiner als der Grenzwert c umit ist, dann wird eine erste Endstellung der Versteileinrichtung 2 gemäß Fig. 15a verwendet bzw. darauf umgeschaltet. Ansonsten wird auf eine zweite Endstellung der VerStelleinrichtung 2 gemäß Fig. 15c umgeschaltet. Dabei stellt Fig. 15b eine Zwischenstellung während der jeweiligen Umschaltung dar, bei der alle Pfade kurzgeschlossen sind und der Laststrom lL über den Pfad 415 zur Lastableitung 1 1 abfließt.
Bei der Endstellung nach Fig. 15a schließt bei der Schaltung der Wicklungsanzapfung n nach n+1 zunächst der Schalter 38 im Widerstandspfad 424, 425 auf der aufschaltenden Seite. Erst anschließend öffnet der Schalter 37 des widerstandslosen Strompfades 414, 415 auf der abschaltenden Seite (Fall 1 ). Bei der Schaltung der Wicklungsanzapfung n+1 auf n ist es umgekehrt (Fall 2).
Bei der Endstellung nach Fig. 15c verhält es sich genau umgekehrt zu Fig. 15a.
Alternativ können als Messeinrichtung auch die in Fig. 8 beschriebenen Sensoren 13, 151 , 152 verwendet werden. Es sei noch angemerkt, dass lediglich aus Gründen der Anschaulichkeit die Messeinrichtung 131 , 132, 15 nur in Fig. 15a dargestellt ist, nicht in Fig. 15b-c. Die erfindungsgemäße Betätigung der Versteileinrichtung 2 in Abhängigkeit des Vergleichs von gemessenem Ist-Wert <pReai und Grenzwert φίΜι sorgt dafür, dass analog wie bei den Fig. 7-14 auch bei der Ausführungsform des Laststufenschalters 1 bzw. des Lastumschalters 5 nach Fig. 15a-c die Ausgangsspannung U stets innerhalb des Spannungsintervalls A zwischen den Anzapfungen n, n+1 liegt, der Flickerpegel also minimal ist. Die Ausgangsspannung U kann zu Beginn der Schaltung, wie in den Fig. 1 bis 14, sowohl U0 als auch U0 + Ust betragen.
Fig. 16 zeigt ein schematisches Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Umschalten eines Lastumschalters 5 eines Laststufenschalters 1 von einer beschalteten Wicklungsanzapfung n eines Stufentransformators 9 auf eine vorgewählte Wicklungsanzapfung n+1 des Stufentransformators 9. Es wird ein Grenzwert cpLimit eines Phasenwinkels φ zwischen dem Laststrom lL und der Spannung U von der vorgewählten Wicklungsanzapfung zur Stromableitung 1 1 vorgegeben. In üblicherweise regelmäßigen Zeitabständen, insbesondere vor jeder Umschaltung des Lastumschalters 5 (Schritt S1 ), wird gemäß Schritt S2 ein Ist-Wert cpReai des Phasenwinkels φ gemessen. Falls der gemessene Ist-Wert des Phasenwinkels betragsmäßig kleiner als der vorgegebene Grenzwert des Phasenwinkels ist (Schritt S3, Versteileinrichtung 2 in Position 1 ), schließt zunächst der Schalter im Widerstandspfad auf der aufschaltenden Seite. Erst anschließend öffnet der Schalter des widerstandslosen Strompfades auf der abschaltenden Seite. Falls dagegen der gemessene Ist-Wert des Phasenwinkels betragsmäßig größer als der vorgegebene Grenzwert des Phasenwinkels ist (Schritt S4, Versteileinrichtung 2 in Position 2), schließt zunächst der Schalter des widerstandslosen Strompfades auf der aufschaltenden Seite. Erst anschließend öffnet der Schalter im Widerstandspfad auf der abschaltenden Seite. Nach durchgeführter Verstellung wird die Lastumschaltung ausgeführt (Schritt S5). Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben. Es ist jedoch für jeden Fachmann selbstverständlich, dass Abwandlungen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen. So kann beispielsweise die Versteileinrichtung 2 statt durch Drehen auch durch Schieben oder durch eine andere Bewegungsform verstellt werden, und das Erfindungsprinzip funktioniert unabhängig von der Anzahl der Spannungsstufen des Laststufenschalters 1. Die voran stehend erörterten Ausführungsbeispiele dienen lediglich zur Beschreibung der beanspruchten Lehre, schränken diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele ein.
Bezugszeichenliste
1 Laststufenschalter
2 Versteileinrichtung
3, 4 Schaltreihenfolge
5 Lastumschalter
7 (Fein)Wähler
9 Stufentransformator
1 1 Stromabführung bzw. Lastableitung
13, 131 , 132 Spannungssensor
15, 151 , 152 Stromsensor
21 erstes Verstellelement (Nockenscheibe)
22 zweites Verstellelement (Nockenscheibe) 31 - 38 Schalter
41 - 44, 41 1 - 425 Pfad
ω Drehbewegung
n, n+1 Wicklungsanzapfung
A Spannungsintervall
R, R-i, R2 Überschaltwiderstand
lc Kreisstrom
IL Laststrom
Ust Stufenspannung
U Ausgangsspannung des Stufentransformators

Claims

Patentansprüche
1 . Lastumschalter (5) für einen Laststufenschalter (1 ) zur Umschaltung von einer beschalteten Wicklungsanzapfung (n) auf eine vorgewählte Wicklungsanzapfung (n+1 ) ei- nes Stufentransformators (9), umfassend
mindestens einen widerstandslosen Strompfad (41 , 44, 41 1 , 412, 413, 414, 415), mindestens einen Widerstandspfad (42, 43, 421 , 422, 423, 424, 425) mit jeweils mindestens einem Überschaltwiderstand (R, P , R2) und
eine Stromabführung (1 1) zur Führung eines Laststroms (lL), der zwischen dem Stufen- transformator (9) und der Stromabführung (1 1 ) fließt, wobei
eine Stufenspannung (Ust) zwischen den Wicklungsanzapfungen (n, n+1 ) anliegt, gekennzeichnet durch
eine Messeinrichtung (13, 131 , 132, 15, 151 , 152) zum Messen eines Ist-Wertes (φΚβ3ι) eines Phasenwinkels (φ) zwischen dem Laststrom (lL) und einer Spannung (U) des Stu- fentransformators (9) von der vorgewählten Wicklungsanzapfung (n+1 ) zur Stromabführung (1 1 ), und
eine VerStelleinrichtung (2), durch die die zeitliche Reihenfolge der Beschattung der Pfade (41 , 42, 43, 44, 41 1 , 412, 413, 414, 415, 421 , 422, 423, 424, 425) des Lastumschalters (5) abhängig von dem gemessenen Ist-Wert ((pReai) des Phasenwinkels (φ) und ei- nem vorgegebenen Grenzwert (cpumit) des Phasenwinkels (cp) derart veränderlich einstellbar sind, dass während einer Lastumschaltung die Spannung (U) stets innerhalb eines Spannungsintervalls (A) zwischen der beschalteten Wicklungsanzapfung (n) und der vorgewählten Wicklungsanzapfung (n+1 ) liegt.
2. Lastumschalter (5) nach Anspruch 1 , wobei durch die VerStelleinrichtung (2) mindestens ein Schalter (31 , 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38) der Pfade (41 , 42, 43, 44, 41 1 , 412, 413, 414, 415, 421 , 422, 423, 424, 425) beschaltbar ist.
3. Lastumschalter (5) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der vorge- gebene Grenzwert (cpumit) des Phasenwinkels (φ) 90° beträgt.
4. Lastumschalter (5) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Messeinrichtung zwei Spannungssensoren (131 , 132) und einen Stromsensor (15) umfasst, wobei durch einen ersten Spannungssensor (131 ) die Spannung zwischen der beschalteten Wicklungsanzapfung (n) und der Stromabführung (11) messbar ist, durch einen zweiten Spannungssensor (132) die Spannung zwischen der vorgewählten
Wicklungsanzapfung (n+1 ) und der Stromabführung (1 1) messbar ist, und
durch den Stromsensor (15) der Strom in der Stromabführung (1 1) messbar ist.
5. Lastumschalter (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Messeinrichtung einen Spannungssensor (13) und zwei Stromsensoren (151 , 152) umfasst, wobei durch den Spannungssensor (13) die Spannung zwischen der beschalteten Wicklungsanzapfung (n) und der vorgewählten Wicklungsanzapfung (n+1 ) messbar ist,
durch einen ersten Stromsensor (151 ) der Strom von der beschalteten Wicklungsanzapfung (n) zur Stromabführung (11) messbar ist, und
durch einen zweiten Stromsensor (152) der Strom von der vorgewählten Wicklungsanzapfung (n+1 ) zur Stromabführung (11) messbar ist.
6. Lastumschalter (5) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Widerstandspfade (42, 43) genau einen gemeinsamen Überschaltwiderstand (R) umfassen, und/oder die Widerstandspfade (42, 43) umfassen in Richtung der Stromabführung (1 1 ) jeweils einen Überschaltwiderstand vor der Zusammenführung der Widerstandspfade (42, 43).
7. Laststufenschalter (1 ) mit
mindestens einem Lastumschalter (5) nach einem der voranstehenden Ansprüche und einem Wähler (7) zur Anwahl einer jeweiligen Wicklungsanzapfung (n, n+1 ) des Stufentransformators (9).
8. Verfahren zum Umschalten eines Lastumschalters (5) eines Laststufenschalters (1 ) von einer beschalteten Wicklungsanzapfung (n) eines Stufentransformators (9) auf eine vorgewählte Wicklungsanzapfung (n+1 ) des Stufentransformators (9),
gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Vorgeben (S1 ) eines Grenzwertes (<pLimit) eines Phasenwinkels (φ) zwischen einem Last- ström (lL), der zwischen dem Stufentransformator (9) und einer Stromabführung (1 1 ) des Lastumschalters (5) fließt, und einer Spannung (U) von der vorgewählten Wicklungsanzapfung (n+1 ) zur Stromabführung (11 );
Messen (S2) eines Ist-Wertes (cpReai) des Phasenwinkels (cp); und
Beschälten (S3) von mindestens zwei Schaltern (31 , 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38) von Pfa- den (41 , 42, 43, 44, 41 1 , 412, 413, 414, 415, 421 , 422, 423, 424, 425) in einer vorgegebenen zeitlichen Reihenfolge abhängig davon, ob der Ist-Wert (φΚβ3ι) des Phasenwinkels (φ) größer oder kleiner als der Betrag des Grenzwertes (c umiO des Phasenwinkels (cp) ist, derart, dass während einer Lastumschaltung die Spannung (U) des Stufentransformators (9) stets innerhalb eines Spannungsintervalls (A) zwischen der beschalteten Wicklungsanzapfung (n) und der vorgewählten Wicklungsanzapfung (n+1 ) liegt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, mit den folgenden Schritten:
falls der gemessene Ist-Wert (φΚβ3ι) des Phasenwinkels (cp) betragsmäßig kleiner als der vorgegebene Grenzwert (cpumit) des Phasenwinkels (φ) ist,
zunächst der Schalter (33, 32, 38) eines Widerstandspfades (43, 42, 424, 425) auf der aufschaltenden Seite schließt, und
anschließend der Schalter (31 , 34, 37) eines widerstandslosen Strompfades (41 , 44, 414, 415) auf der abschaltenden Seite öffnet; und
falls der gemessene Ist-Wert ((pReai) des Phasenwinkels (φ) betragsmäßig größer als der vorgegebene Grenzwert ((pumit) des Phasenwinkels (φ) ist,
zunächst der Schalter (31 , 34, 37) des widerstandslosen Strompfades (41 , 44, 414, 415) auf der aufschaltenden Seite schließt, und
anschließend der Schalter (33, 32, 38) des Widerstandspfades (43, 42, 424, 425) auf der abschaltenden Seite öffnet.
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