DE10028295C1

DE10028295C1 - Stufenschalter

Info

Publication number: DE10028295C1
Application number: DE10028295A
Authority: DE
Inventors: Hans-Henning Lessmann-Mieske
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Priority date: 2000-06-07
Filing date: 2000-06-07
Publication date: 2001-08-16
Anticipated expiration: 2020-06-08

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen eines Regeltransformators, bestehend aus einem Stufenwähler zur leistungslosen Vorwahl und einem Lastumschalter zur eigentlichen unterbrechungslosen Umschaltung unter Last. Nach der Erfindung weist der Lastumschalter als Schaltelement mindestens eine Diamantmembran auf, die mittels aktivierbarer Elektronenstrahlen gezielt partiell in einen leitfähigen Zustand versetzt werden kann.

Description

Stufenschalter dienen zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators und damit zur Spannungsregelung. Sie bestehen aus einem Stufenwähler zur leistungslosen Vorwahl der jeweiligen Wicklungsanzapfung, auf die umgeschaltet werden soll, und einem Lastumschalter zur eigentlichen unterbrechungslosen Umschaltung unter Last von der bisherigen auf die vorab angewählte neue Wicklungsanzapfung und sind seit vielen Jahren in den vielfältigsten Ausführungsformen bekannter Stand der Technik.

Bereits im Jahre 1929 wurde das bahnbrechende Prinzip der Widerstandsschnellschaltung in dem deutschen Reichspatent Nr. 474 613 beschrieben. Dieses Reichspatent ist als "Jansen-Patent" weltweit bekannt geworden und beinhaltet das bis heute unverändert gebliebene Funktionsprinzip, nach dem noch immer fast alle Stufenschalter dieser Welt arbeiten. Bei allen im Laufe der Jahre vorgenommenen Veränderungen und Verbesserungen an Stufenschaltern ist es, sieht man einmal von den in den USA und teilweise auf dem Gebiet der ehemaligen Sowjetunion gebräuchlichen sog. Reaktorschaltern ab, beim kurzzeitigen Einschalten von einem oder von mehreren Überschaltwiderständen während der eigentlichen Lastumschaltung zwischen zwei Wicklungsanzapfungen geblieben. Daran hat sich auch nichts dadurch geändert, dass in den letzten Jahren die mechanischen Schaltkontakte, d. h. Ölschaltstrecken, im Lastumschalter von Stufenschaltern zunehmend von Thyristoren oder auch Vakuumschaltzellen verdrängt werden.

Ein Stufenschalter mit einem antiparallel geschalteten Thyristorpaar als Schaftelement im Lastumschalter ist beispielsweise aus dem EP 375 687 bekannt. Bei der Verwendung von Thyristoren treten jedoch zusätzliche Probleme gegenüber der Verwendung mechanischer Schaltstrecken auf. Beispielsweise ist die Erzeugung der Zündspannung für die Thyristoren nicht unproblematisch; es muss sichergestellt werden, dass auch nach Spannungsausfällen der Stufenschalter einen definierten Betriebszustand einnimmt. Zudem sind auch bei solchen Lastumschaltern noch mechanische Kontakte, etwa als Dauerhauptkontakte zur Dauerstromführung im stationären Zustand und damit Entlastung der Thyristoren, erforderlich.

Ein Stufenschalter mit Vakuumschaltzellen als Schaltelementen ist beispielsweise aus der WO 95/24724 bekannt. Vakuumschaltzellen stellen jedoch besondere Anforderungen an den Betätigungsmechanismus, ferner sind in vielen Fällen Vorkehrungen erforderlich, um auch bei einem eventuellen Ausfall solcher Vakuumschaltzellen die Funktionssicherheit des Stufenschalters beizubehalten, etwa durch mechanische Notschaltstrecken.

Schließlich sind auch bereits vollstatische Stufenschalter bekannt geworden, die auf bewegliche Schaltelemente und auch auf Überschaltwiderstände ganz verzichten; ein solcher Stufenschalter ist beispielsweise in der WO 95/27931 beschrieben. Solche vollstatische Stufenschalter sind jedoch bislang zu teuer, groß und aufwendig und haben sich kommerziell nicht durchsetzen können.

Insgesamt ergibt sich aus dem bekannten Stand der Technik, dass die jeweiligen an der unterbrechungslosen Lastumschaltung zwischen den einzelnen Wicklungsanzapfungen beteiligten Schaltelemente der quasi "neuralgische Punkt" bei einem Lastumschalter eines Stufenschalters sind. Sie sollen einerseits schnell arbeiten, zudem möglichst verschleißfrei bleiben, insbesondere nicht durch Abbrand und Lichtbögen in Öl zu einer Verschmutzung des umgebenden Isoliermediums führen, sowie standfest sein, um die Inspektionskosten gering zu halten, dabei aber auch noch eine möglichst hohe Schaltleistung besitzen. In Verbindung mit der schnellen Umschaltung unter Last erfordern sie zudem, wie bereits erläutert, üblicherweise mindestens einen kurzzeitig einschaltbaren Überschaltwiderstand zur Begrenzung des jeweiligen Kreisstromes. Der entsprechende Überschaltwiderstand seinerseits benötigt zusätzlichen Platz, erwärmt sich im Betrieb und macht in vielen Fällen eine separate Kühleinrichtung erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist es demnach, einen neuartigen Stufenschalter mit einem Lastumschalter anzugeben, der diese Nachteile nicht aufweist, insbesondere ohne Überschaltwiderstände arbeitet, dabei einfach aufgebaut, verschleißfest und elektrisch, mechanisch und thermisch hoch belastbar ist.

Diese Aufgabe wird durch Stufenschalter gemäß den nebengeordneten Patentansprüchen 1 und 2 gelöst.

Die allgemeine erfinderische Idee liegt dabei in der Anwendung für einfache Ein- bzw. Ausschalter per se bekannter synthetischer Diamantmembranen oder -schichten als Schaltelemente, die mittels beschleunigter Elektronen, Photonen im UV-Bereich oder ionisierender Strahlung aktivierbar, d. h. in den leitenden Zustand versetzbar sind. Dieser leitende Zustand wird dabei dadurch erreicht, dass mittels der aufgeführten Strahlungsarten Elektronen-Loch-Paare generiert werden.

Ein solches Schaltelement auf der Basis einer Schaltmembran aus synthetischem Diamantwerkstoff ist aus der WO99/62122 bekannt. Dort ist ein Schaltelement beschrieben, das, sich gegenüberliegend, zwei Kontaktbereiche aufweist, zwischen denen eine künstliche Diamantschicht angeordnet ist. Durch freie Ladungsträger erfolgt wahlweise eine Aktivierung der Diamantschicht, worauf diese leitend wird und eine elektrische Verbindung zwischen den Kontaktbereichen hergestellt wird. Es ist also mit diesem Schaltelement eine Umschaltung zwischen einem leitenden und einem nicht leitenden Zustand der Diamantschicht möglich; die gesamte Anordnung stellt einen üblichen, eine elektrische Verbindung unterbrechenden, Schalter dar.

Ein weiteres Schaltelement dieser Art ist aus der WO99/67798 bekannt. Auch dort ist ein elektrischer Schalter mit einer synthetischen Diamantschicht beschrieben, die durch eine Vielzahl in dieser Veröffentlichung im Einzelnen genannter unterschiedlichster Partikel und Strahlungen aktivierbar sein soll. Dieser WO-Schrift ist außerdem auch noch ein möglicher konstruktiver Aufbau einer solchen Schaltvorrichtung zu entnehmen. Dabei befinden sich in einem Vakuumgefäß eine Kathode, ein Steuergitter und die erforderliche Fokussiereinrichtung. Die eigentliche Diamantmembran ist im unteren Teil des Schaltgehäuses angeordnet. Auch dabei handelt es sich um einen üblichen Schalter, der eine elektrische Verbindung unterbrechen oder, nach Aktivierung, wiederherstellen kann.

Die Weiterbildung solcher gattungsgemäßer Diamant-Schaltelemente für ihre Anwendung in einem Lastumschalter eines Stufenschalters, bei dem es nicht um ein einfaches Ein- oder Ausschalten eines Stromkreises, sondern, wie oben dargelegt, um die unterbrechungslose Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen unter Last geht, einen komplexen Schaltvorgang also, ist durch diese bekannten Veröffentlichungen jedoch nicht nahegelegt.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Stufenschalters ist zunächst einmal das unproblematische Verhalten auch bei hohen Temperaturen, zudem besitzt er eine wesentlich höhere Sperrfähigkeit. Das bedeutet, dass die bei Stufenschaltern üblichen maximalen Stufenspannungen von etwa 5000 V ohne etwa erforderliche Reihenschaltung von Schaltelementen zuverlässig beherrschbar sind.

Die Erfindung soll nachfolgend an Hand von Zeichnungen beispielhaft noch näher erläutert werden. Die Figuren zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung mit einer einzigen Elektronenquelle in schematischer Darstellung gemäß Patentanspruch 1,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform mit zwei separaten Elektronenquellen ebenfalls in schematischer Darstellung gemäß Patentanspruch 2.

Zunächst soll die in Fig. 1 dargestellte erste Ausführungsform erläutert werden. In der Figur nur angedeutet ist ein bekannter Stufenwähler W des Stufenschalters zur leistungslosen Vorwahl der jeweiligen Wicklungsanzapfung einer Regelwicklung 1 eines Stufentransformators, auf die umgeschaltet werden soll. Der Stufenwähler W weist dabei auf bekannte Weise zwei bewegliche Wählerkontakte 2, 3 auf, die mit den beiden Seiten A und B des Lastumschalters LU elektrisch in Verbindung stehen. Der erfindungsgemäße Lastumschalter LU ist vollständig in einem vakuumfesten Gehäuse G angeordnet. Er weist im Inneren des Gehäuses G eine Diamantmembran 4 auf. An deren Unterseite sind, elektrisch voneinander isoliert, zwei Elektroden 5, 6 vorgesehen, die die Lastumschalterseiten A, B darstellen. Auf der gegenüberliegenden Seite der Diamantmembran 4 sind, dazu jeweils korrespondierend, zwei weitere Elektroden 7, 8 angeordnet, die beide mit einer räumlich zwischen ihnen angeordneten und nach außen führenden Lastableitung 9 elektrisch in Verbindung stehen. Diese weiteren Elektroden 7, 8 sind gitterförmig ausgebildet, so dass sie die Oberfläche der Diamantmembran 4 nur partiell bedecken. Der Sternpunkt ist mit Y bezeichnet. Die Diamantmembran 4 ist auf einer Isolierplatte 10 angeordnet; seitlich der Diamantmembran 4 erstrecken sich senkrecht zu dieser Isolierbarrieren 11, 12 nach oben. Oberhalb der Diamantmembran 4, räumlich in deren senkrechter Mittelachse angeordnet, ist eine Elektronenquelle 13 vorgesehen. Zwischen dieser Elektronenquelle 13 und der Diamantmembran 4 befinden sich ein Beschleunigungsgitter 14, eine Blende 15 mit einer korrespondierenden Leiteinrichtung 16 und zwei Ablenkspulen 17, 18. Schließlich ist noch eine aus Blech bestehende Fokussiereinrichtung 19 vorgesehen, die den von der Elektronenquelle 13 erzeugten Elektronenstrahl so einschließt, dass er nur auf bestimmte Bereiche der Oberfläche der Diamantmembran 4, nämlich gerade auf diejenigen Bereiche, in denen sich die beiden gitterförmigen Elektroden 7, 8 befinden, treffen kann.

Die Wirkungsweise dieses Stufenschalters, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, ist folgende: Der Stufenwähler W ist in bekannter Weise mit einem Wählerkontakt 2 auf einer der Anzapfungen der Regelwicklung 1 aufgeschaltet und hat mit dem Wählerkontakt 3 die Anzapfung für die nächste Lastumschaltung vorgewählt. Infolgedessen wird der Elektronenstrahl der Elektronenquelle 13 durch die gitterförmige Elektrode 7 auf die Diamantmembran 4 der Seite A gelenkt, um einen leitfähigen Zustand der Seite A und somit eine elektrische Verbindung zwischen dem Wählerkontakt 2 und dem Sternpunkt Y bzw. der Lastableitung 9 zu erreichen.

Soll nun eine Umschaltung von Seite A nach Seite B bzw. von einer Anzapfung auf die andere, d. h. von Wählerkontakt 2 nach Wählerkontakt 3 erfolgen, wird der Elektronenstrahl mittels der Ablenkspulen 17, 18 so in Richtung der Seite B der Diamantmembran 4 abgelenkt, dass kurzzeitig Teilbereiche der beiden Seiten A und B der Diamantmembran 4 gleichzeitig überdeckt werden. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass während der Lastumschaltung immer ein niederohmiger Pfad für den Laststrom zur Verfügung steht. Nach einer Umschaltzeit < 1 ms hat der Elektronenstrahl die Seite A der Diamantmembran 4 vollständig verlassen und aktiviert durch die gitterförmige Elektrode 8 hindurch die Seite B der Diamantmembran 4. Damit ist eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der neuen Anzapfung und damit dem Wählerkontakt 3 und der Lastableitung 9 hergestellt; die Umschaltung A → B somit beendet.

Infolge der gleichzeitigen Aktivierung von Teilbereichen der Seiten A und B der Diamantmembran 4 beim Umschaltvorgang fließt - wie im Falle des konventionellen Stufenschalters nach dem Stand der Technik - ein Zirkulationsstrom zwischen den Wählerkontakten 2 und 3. Beim konventionellen Stufenschalter nach dem Stand der Technik kann der Zirkulationsstrom - abhängig von der zeitlichen Lage der Öffnung des Widerstandskontaktes zum Nulldurchgang des Stromes über die Widerstandskontaktstrecke - eine Zeitdauer von bis zu ca. 13 ms erreichen. Hinzu kommt, dass in diesem Fall der Laststrom in einem weiteren Schaltschritt auf den Widerstandszweig kommutiert werden muss, wobei wieder abhängig von der zeitlichen Lage der Kontaktöffnung des Schaltkontaktes zum Nulldurchgang des Laststromes eine zusätzliche Widerstandsbelastungszeit von ca. 13 ms (mit dem Laststrom) auftritt. Entsprechend groß müssen die Überschaltwiderstände nach dem Stand der Technik dimensioniert werden.

Dagegen kann im Falle des erfindungsgemäßen Schalters die Umlenkung des Elektronenstrahles sehr schnell (Bruchteile einer ms) und unabhängig von der Phasenlage des Stromes in kontinuierlicher Weise durchgeführt werden. Die Eigenzeiten der Diamantschalttechnik sind so gering (ns-Bereich), dass die größtmögliche Umschaltgeschwindigkeit nicht durch das Schaltelement, sondern die Induktivität des Kommutierungskreises (Stufenschalter, Regelwicklung) bestimmt wird. Diese Induktivität bestimmt zusammen mit der gerätespezifischen (Stufenschalter, Transformator) höchstzulässigen Kommutierungsspannung das maximal zulässige di/dt beim Umschaltvorgang. Die sehr kurze Zeitdauer des Zirkulationsstromes ermöglicht einen geringen Energieeintrag in das den Zirkulationsstrom begrenzende Widerstandselement, selbst bei hohen Momentanwerten des Zirkulationsstromes. Infolgedessen eignet sich als begrenzendes Element die zweigeteilte Diamantmembran 4 mit ihren beiden Lastumschalterseiten A und B, deren in Reihe geschalteten Durchlasswiderstände für die Limitierung des Zirkulationsstromes wirksam sind. Ein separater Überschaltwiderstand kann entfallen.

Da der Zirkulationsstrom im Hinblick auf die Belastbarkeit der Regelwicklung mit dynamischen Stromkräften bestimmte Grenzwerte nicht übersteigen darf, andererseits der Durchlasswiderstand der Diamantmembran 4 im Hinblick auf geringe Durchlassverluste des Laststromes möglichst klein sein soll, ergibt sich die Notwendigkeit, den Durchlasswiderstand der Seiten A und B der Diamantmembran 4 während des kurzen Umschaltvorganges in Richtung höherer Werte zu verändern. Zur Realisierung bieten sich folgende drei Möglichkeiten an, die auch in beliebiger Kombination angewendet werden können:

1. Fokussierung des Elektronenstrahles in der Weise, dass der beim Umschaltvorgang gleichzeitig vom Elektronenstrahl erfasste Bereich der Seiten A und B der Diamantmembran 4 klein ist.
2. Geometrische Gestaltung des abgedeckten und vom Elektronenstrahl nicht aktivierbaren Bereiches zwischen den Seiten A und B der Diamantmembran 4 in der Weise, dass der gleichzeitig vom Elektronenstrahl erfassbare Bereich der Seiten A und B der Diamantmembran 4 klein ist.
3. Reduzierung der Intensität des Elektronenstrahles durch Herunterfahren der Beschleunigungsspannung.

Während die Methoden 1 und 2 die gewünschte Widerstandserhöhung durch Reduzierung der Querschnittsflächen der leitfähigen Bereiche auf den Seiten A und B der Diamantmembran 4 erreichen, wird im Falle der Methode 3 die Elektronen-Loch-Paar-Bildung und damit die spezifische Leitfähigkeit der Diamantmembranen 4 entsprechend herabgesetzt.

In der Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen gezeigt. Abweichend sind hierbei jedoch zwei getrennte Elektronenquellen 20, 21 vorhanden, wobei die erste Elektronenquelle 20 nur auf die erste gitterförmige Elektrode 7 bzw. den entsprechenden darunterliegenden Bereich der Diamantmembran 4, der die elektrische Verbindung zwischen der Seite A des Lastumschalters LU und der Lastableitung 9 herstellen kann, wirkt, und die zweite Elektronenquelle 21 ganz analog nur zur möglichen elektrischen Verbindung der Seite B des Lastumschalters LU mit der Lastableitung 9 dient. Entsprechend sind hier zwei getrennte Blenden 22, 23 sowie darunter zwei Fokussierspulen 24, 25 vorgesehen. Ablenkspulen sind bei dieser Ausführungsform nicht erforderlich, vielmehr werden hierbei, wie erläutert, zwei separate Elektronenstrahlen erzeugt. Bei der Umschaltung von A nach B erzeugt also zunächst die erste Elektronenquelle 20 einen ersten Elektronenstrahl, der auf die gitterförmige Elektrode 7 und den darunterliegenden Bereich der Diamantmembran 4 trifft, mit der Folge, dass eine elektrische Verbindung zwischen der Seite A und der Lastableitung 9 besteht.

Die Umschaltung von Seite A nach Seite B wird so durchgeführt, dass analog zu einem Überblendvorgang die Beschleunigungsspannung der Elektronenquelle zu der Seite A kontinuierlich bis auf Null heruntergefahren wird, während gleichzeitig die Beschleunigungsspannung der Elektronenquelle zu der Seite B auf den vollen Wert hochgefahren wird. Die Umschaltung ist beendet, wenn der Elektronenstrahl auf der Seite B der Diamantmembran 4 seine volle Intensität erreicht hat und die Anzapfung, an der der Wählerkontakt 3 anliegt, über die Seite B der Diamantmembran 4 mit der Lastableitung 9 verbindet.

Während der Umschaltung sind die Intensitäten der Elektronenstrahlen der Seiten A und B so zu steuern, dass einerseits die für die Höhe des Kreisstromes maßgebliche Summe der Durchlasswiderstände der Seiten A und B der Diamantmembran 4 einen definierten Wert nicht unterschreitet und andererseits die für die Durchlassverluste des Laststromes maßgebende Summe der Leitwerte der Seiten A und B der Diamantmembranen 4 ebenfalls einen festgelegten Grenzwert nicht unterschreitet. Die Geschwindigkeit der Intensitätsänderung der Elektronenstrahlen entspricht der Umschaltgeschwindigkeit und bewegt sich ebenso wie im Falle des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispieles im Bereich < 1 ms.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 hat gegenüber der Anordnung in Fig. 1 den Nachteil, dass ein zweiter unabhängiger Elektronenstrahl zur Verfügung gestellt werden muss, was höhere Kosten zur Folge hat. Auf der anderen Seite entfällt die Ablenkeinheit für die Elektronenstrahlen. Weiterhin kann die Steuerung der Elektronenstrahlen vereinfacht werden, weil die gleichzeitige Strahlablenkung und Intensitätsvariation hier vermieden wird. Schließlich steht bei der in Fig. 2 gezeigten Anordnung immer das gesamte Volumen der Seiten A und B der Diamantmembranen 4 zur Verfügung, um die Durchlassverluste von Laststrom und Zirkulationsstrom aufzunehmen. Die Gefahr der thermischen Überlastung von Teilbereichen der Diamantmembran ist infolgedessen im Falle der Anordnung gemäß Fig. 2 deutlich weniger gegeben als bei der in Fig. 1 gezeigten.

Bei den beschriebenen Ausführungsformen liegt jedoch das selbe Funktionsprinzip zugrunde: Dadurch, dass partielle, im Normalfall nichtleitende Bereiche der Diamantmembran 4 unter der Einwirkung eines Elektronenstrahles gezielt in den leitenden Zustand versetzt werden, erfolgt eine Lastumschaltung zwischen den beiden Seiten A und B, indem diese - abhängig vom elektrischen Zustand des korrespondierenden Bereiches der Diamantmembran 4 - gezielt mit der Lastableitung 9 elektrisch verbindbar sind. Durch die geometrische Gestaltung der gesamten Anordnung, Dicke und Geometrie der verwendeten Diamantmembran 4, Art und Intensität der Elektronenstrahlung und den Modus der Erregung der Elektronenquelle bzw. -quellen ist die Schaltsequenz der Lastumschaltung in weiten Grenzen variierbar. Überschaltwiderstände sind nicht erforderlich. Der gesamte Lastumschalter, der keinerlei mechanische Schaltmittel aufweist, arbeitet völlig verschleißfrei. Dabei ist die Schaltdynamik der verwendeten Diamantmembran 4 extrem hoch; die Eigenzeit verwendeter Elektronenquellen liegt bei ca. 100 ns. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass, bedingt dadurch, dass die thermische Eigenleitfähigkeit erst bei sehr hohen Temperaturen einsetzt, Betriebstemperaturen von bis zu etwa 750 Grad C möglich sind - wesentlich höhere zulässige Temperaturen als bei bekannten Stufenschaltern. Ferner ist Diamant im ungetriggerten, d. h. nicht durch Elektronenstrahlung angeregten, Zustand ein hervorragender Isolator. Die nichtleitende Diamantmembran 4 erreicht Widerstände größer 102 Ohm und ermöglicht somit außerordentlich geringe Leckströme. Insgesamt gestattet der erfindungsgemäße Stufenschalter einen Kommutationsvorgang an einer Stufenwicklung ohne Überschaltwiderstände und ohne auf den Stromnulldurchgang angewiesen zu sein. Natürlich ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, bekannte mechanische Dauerstromkontakte vorzusehen.

Unter dem Begriff "Elektronenstrahlung" soll im Rahmen der Erfindung jede Strahlung verstanden werden, durch die die Diamantmembran partiell in einen leitenden Zustand versetzt werden kann. Darunter fallen beispielsweise auch alle in den WO99/62122 und WO99/67798 beschriebenen Strahlungen. Der Begriff "Elektronenquelle" soll im Rahmen der Erfindung alle Vorrichtungen zur Erzeugung dieser Strahlungen umfassen. Der Begriff "Diamantmembran" umfasst alle Elemente aus Diamant, insbesondere mit einer im Vergleich zur Dicke größeren flächigen oder Längsausdehnung, etwa als ebene Platte, Scheibe o. dgl., wobei auf einer Oberfläche die beiden Elektroden 5, 6, und auf der anderen Oberfläche, im Abstand der Dicke, die beiden weiteren, gitterförmigen Elektroden 7, 8 angeordnet sind. Der Begriff "gitterförmig" soll dabei jede Art einer durchbrochenen Struktur beschreiben, die partiell die darunterliegende Oberfläche der Diamantmembran 4 von außen für einen Elektronenstrahl zugänglich hält. Es ist im Rahmen der Erfindung natürlich auch möglich, statt der beschriebenen einzigen Diamantmembran 4 zwei getrennte solche Diamantmembranen vorzusehen, wobei mittels einer davon die Seite A des Lastumschalters LU und mittels der anderen die Seite B des Lastumschalters LU mit der Lastableitung 9 elektrisch verbindbar sind.

Claims

1. Stufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen einer Regelwicklung eines Stufentransformators,
mit einem Stufenwähler mit zwei beweglichen Wählerkontakten zur leistungslosen Vorwahl der jeweiligen Wicklungsanzapfung, auf die nachfolgend umgeschaltet werden soll, und einem Lastumschalter zur eigentlichen unterbrechungslosen Umschaltung unter Last,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Lastumschalter (LU) in einem vakuumfesten Gehäuse (G) angeordnet ist,
dass im Gehäuse (G) eine Diamantmembran (4) vorgesehen ist, auf deren einer Seite, voneinander elektrisch isoliert, zwei feste Elektroden (5, 6) angeordnet sind, die jeweils mit einem der beweglichen Wählerkontakte (2, 3) elektrisch in Verbindung stehen,
dass auf der anderen Seite der Diamantmembran (4), den beiden Elektroden (5, 6) räumlich gegenüberliegend, zwei weitere, gitterförmig ausgebildete Elektroden (7, 8) angeordnet sind, die beide mit einer Lastableitung (9) elektrisch in Verbindung stehen,
dass oberhalb der mit den gitterförmigen Elektroden (7, 8) versehenen Seite der Diamantmembran (4) eine steuerbare Elektronenquelle (13) angeordnet ist
und dass im Bereich der Elektronenquelle (13) Ablenkspulen (17, 18) vorgesehen sind, derart, dass ein durch die Elektronenquelle (13) erzeugbarer Elektronenstrahl so ablenkbar ist, dass er im stationären Zustand wahlweise nur auf denjenigen Bereich der Oberfläche der Diamantmembran (4) trifft, auf dem sich eine der beiden gitterförmigen Elektroden (7 oder 8) befinden, und nur in diesem Bereich die Diamantmembran (4) in ihrer gesamten Dicke in einen leitenden Zustand versetzbar ist.

2. Stufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen einer Regelwicklung eines Stufentransformators,
mit einem Stufenwähler mit zwei beweglichen Wählerkontakten zur leistungslosen Vorwahl der jeweiligen Wicklungsanzapfung, auf die nachfolgend umgeschaltet werden soll, und einem Lastumschalter zur eigentlichen unterbrechungslosen Umschaltung unter Last,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Lastumschalter (LU) in einem vakuumfesten Gehäuse (G) angeordnet ist,
dass im Gehäuse (G) eine Diamantmembran (4) vorgesehen ist, auf deren einer Seite, voneinander elektrisch isoliert, zwei feste Elektroden (5, 6) angeordnet sind, die jeweils mit einem der beweglichen Wählerkontakte (2, 3) elektrisch in Verbindung stehen,
dass auf der anderen Seite der Diamantmembran (4), den beiden Elektroden (5, 6) räumlich gegenüberliegend, zwei weitere, gitterförmig ausgebildete Elektroden (7, 8) angeordnet sind, die beide mit einer Lastableitung (9) elektrisch in Verbindung stehen,
dass oberhalb der mit den gitterförmigen Elektroden (7, 8) versehenen Seite der Diamantmembran (4) zwei getrennt und unabhängig voneinander steuerbare Elektronenquellen (20, 21) angeordnet sind, derart, dass ein durch die erste Elektronenquelle (20) erzeugbarer Elektronenstrahl nur auf denjenigen Bereich der Oberfläche der Diamantmembran (4) trifft, auf dem sich die erste gitterförmige Elektrode (7) befindet, und in diesem Bereich die Diamantmembran (4) in ihrer gesamten Dicke in einen leitenden Zustand versetzbar ist, und ein von der zweiten Elektronenquelle (21) erzeugbarer Elektronenstrahl nur auf denjenigen Bereich der Oberfläche der Diamantmembran (4) trifft, auf dem sich die zweite gitterförmige Elektrode (8) befindet, und in diesem Bereich die Diamantmembran (4) in ihrer gesamten Dicke in einen leitenden Zustand versetzbar ist.

3. Stufenschalter nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an Stelle der einzigen Diamantmembran (4) zwei separate Diamantmembranen vorgesehen sind, wobei auf der ersten davon die feste Elektrode (5) und räumlich gegenüberliegend die gitterförmig ausgebildete Elektrode (7) angeordnet ist und auf der zweiten davon die weitere feste Elektrode (6) und räumlich gegenüberliegend die weitere gitterförmig ausgebildete Elektrode (8) angeordnet ist.