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Die Erfindung bezieht sich auf eine Stufenschalteinrichtung für Regeltransformatoren,
bei der die Lastumschaltung von Stufe zu Stufe durch einen mittels eines bewegbaren.
Schleifkontaktes stufenlos verstellbaren induktiven Spannungsteiler erfolgt, der
einlagig um einen Eisenkern gewickelt ist, dessen Endanschlüsse mit zwei benachbarten,
durch einen Stufenwähler vorgewählten Transformatoranzapfungen verbunden sind und
dessen Schleifkontakte dieabgehende Lastleitung bildet.
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Derartige Stufenschalteinrichtungen sind bei der Zusammenschaltung
eines Ringkern-Regeltransformators mit einem Grobstufentransformator bekannt. Die
an den Stufenwähler der Grobstufe des Transformators angeschlossene Feinwicklung
besteht dabei aus einem Ringkem mit Kohlerolle. Dadurch kann der Transformator zwar
stufenlos geregelt werden, doch dient dabei die Feinwicklung selbst als Teil der
Regelwicklung des Transformators und nicht als Lastumschalter.
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Weiterhin ist es bekannt, für die Lastuinschaltung von Stufentransformatoren
Drosselspulen zu verwenden, die durch Gleichstrom vormagnetisiert sind.
Ab-
gesehen davon, daß dabei stets mindestens zwei Drosselspulen erforderlich
sind, müssen diese, da sie sich auf Hochspannungspotential befinden, gegen den für
Schalt- und Steuerdrossel gemeinsamen Kern vollisoliert angeordnet werden, oder
es muß eine auf Hochspannungspotential angeordnete Gleichstromquelle vorgesehen
werden, die dann über einen Isoliertransformator gespeist werden müßte. Diese Anordnung
bringt für derartige Lastumschalteinrichtungen wesentliche Nachteile mit sich, da
der Isolationsaufwand der Drosselwicklung bei einer Isolation gegen Erde von z.
B. 220 kV sehr aufwendig ist, auch wenn dabei die Drosselspulen nur für kurzzeitigen
Betrieb ausgelegt sind, was durch deren Einschalten nur während des kurzen Umschaltvorgangas
möglich ist.
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Wird jedoch nach einer weiteren bekannten Anordnung der zur Vormagnetisierung
nötige Gleichstrom über Gleichrichter von der momentan nicht vormagnetisierten Drossel
abgenommen, wobei für die Sicherheit der Vormagnetisierung die Stufenspannung maßgebend
ist, so ergibt sich zwangläufig, daß z. B. bei einem Spannungszusarnmenbruch oder
bei starkem Spannungsrückgang des geregelten Netzes die sichere Vormagnetisierung
nicht gewährleistet ist, weil für diese eine konstante Stufenspannung benötigt wird.
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Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die Nachteile bekannter Einrichtungen
zur Lastumschaltung mit überschaltwiderständen oder mit Gleichstrom vormagnetisierten
Drosselspulen oder unter Verwendung besonderer Ringkern-Regeltransformatoren zu
vermeiden, und erreicht dies erfindungsgemäß für eine Stufenschalteinrichtung der
oben beschriebenen Art dadurch, daß der induktive Spannungsteiler aus einer um ihre
eigene Achse drehbaren Zylinderspule besteht, daß der axiale Vorschub des Schlenontaktes
der Windungshöhe und der Umdrehungsgeschwindigkeit der Zylinderspule angepaßt ist,
daß die Zylinderspule an jedem Endanschluß einen geteilten Schleifring besitzt,
dessen gegenüberliegende Teile jeweils -über eine durch die Achse der Zylinderspule
gehende Querleitung elektrisch verbunden sind, und daß auf jedem Schleifring ein
Stromabnehmer gleitet. Dabei ist zweckmäßig den beiden Stromabnehmern
je ein durch den Schleifkontakt betätigter Schalter vorgeschaltet, derart,
daß in der obersten Stellung des Schleifkontaktes der Stromfluß des untersten Stromabnehmers
unterbrochen ist und umgekehrt.
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Bei einem Regeltransformator ist es bereits bekannt, die Regelwicklung
selbst als eine um den Eisenkern des Transformators drehbare Zylinderspule auszuführen,
auf welcher seitlich ein Schleifkontakt schleift, wobei die drehende Bewegung der
Spule der Auf- und Abwärtsbewegung des Schleifkontaktes angepaßt ist. Diese Anordnung
dient aber nicht der Lastumschaltung eines Stufenschalters für Stufentransformatoren.
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Durch die Stufenschalteinrichtung nach der Erfindung wird an Stelle
eines üblichen Lastumschalters mit überschaltwiderständen eine Drosselspule verwendet,
mit dem Vorteil, bei Verwendung -nur einer Drosselspule und damit geringerem Aufwand
für einen Lastumschalter die Stromstärke der zu schaltenden Lichtbögen auch
bei hohen Leistungen niedrig zu halten und nicht zu erhöhen und damit die störende
Wirkung des Lichtbogens herkömmlicher Stufenschalter weitgehendst auszuschalten.
Außerdem befindet sich im Gegensatz zu der bekannten Anordnung mit durch Gleichstrom
vormagnetisierten Drosselspulen der Kern der Drosselspule immer auf Stempunkt- oder
Ableitungspotential, so daß die drehbare Zylinderspule der Drosselspule gegenüber
dem Kern nur gegen die Stufenspannung isoliert sein muß. Dadurch erhöht sich die
Sicherheit und vereinfacht sich die Konstruktion des Stufenschalters wesentlich.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen an Hand eines
Ausführungsbeispieles aufge,-zeigt und erläutert werden.
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F ig. 1 zeigt schematisch den Aufbau und die Schaltung eines
Stufenschalters; F ig. 2 bis 5 zeigen Schaltschemen in den einzelnen Phasen
des Umschaltvorganges.
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Der Stufenschalter besteht aus dem Lastumschalter L und dem Stufenwähler
St. Der Stufenwähler besitzt die Stufenkontakte 1 bis 14, die mit den entsprechenden
Regelstufen 1 bis 14 der Regelwicklung des Transformators Tr in bekannter
Weise verbunden sind. In dem Ausführungsbeispiel sind die Stufenkontakte 2 und
3 über Schaltbrücken 16, 17 mit den Ringkontakten 18, 19 verbunden,
wobei die Regelstufe 3 die geschaltete und die Regelstufe 2 die vorgewählte
Regelstufe ist. Dabei schalten die Schaltbrücken 16 die geradzahligen und
die Schaltbrücken 17 die ungeradzahligen Stufenkontakte. Diese Schaltweise
des Stufenwählers St ist hinlänglich bekannt.
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Der Lastumschalter L besteht hauptsächlich aus einer Drosselspule
20, die einen nicht dargestellten feststehenden Eisenkern und eine um diesen Eisenkern
drehbar gelagerte einlagige Zylinderspule 21 besitzt. Am oberen und unteren Ende
ist die Zylinderspule 21 mit je einem geteilten Schleifring 22,
23 versehen, auf denen Stromabnehmer 24, 25 schleifen, die durch
je eine Feder 26 abgefedert sind. Die beiden Teile der Schleifringe
22, 23 sind durch je eine Querleitung 27 leitend miteinander
verbunden. Die Zylinderspule 21, die beispielsweise auf einem Isolierzylinder angeordnet
sein kann, wird über eine Welle 28 angetrieben und ist in beiden Richtungen
drehbar.
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Neben der Drosselspule 20 und parallel zu dieser ist eine Gewindespindel
30 drehbar gelagert, auf welcher ein Schleifkontakt 31 auf- und abwärts
bewegt wird. Dabei schleift der eine Kontakt 32 des
Schleifkontaktes
entlang den Windungen der Zylinderspule 21, während der zweite Kontakt
33 auf einer Schiene 34 schleift, die mit der Ableitung 35 verbunden
ist. Die Gewindespindel 30 ist mit der Antriebswelle 28 der Drosselspule
20 über ein Getriebe 36
verbunden, welches so ausgebildet ist, daß der Vorschub
des Schleifkontaktes 31 der Umdrehungsgeschwindigkeit der Zylinderspule 21
angepaßt ist. Dadurch läuft der Kontakt 32 des Schleifkontaktes
31
stets entlang den Windungen der sich drehenden Zylinderspule 21. Nach dem
ZD Ausführungsbeispiel -ge -
steht das Getriebe 36 aus einem Zahnrad
37 auf der Gewindespindel 30 und einem Zahnrad 38 auf der Welle
28 der Zylinderspule 21.
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Die Stromabnehmer 24, 25 der Schleifringe 22, 23
der
Zylinderspule 21 sind über Leitungen 40, 41 mit den Ringkontakten 18, 19
des StufenwähIers St verbunden, wobei in diesen Leitungen Schalter 42, 43 liegen.
Diese Schalter werden am Anfang und Ende der Umschaltung durch die Bewegung des
Schleifkontaktes 31 ein- bzw. ausgeschaltet. Hierfür ist der Schleifkontakt
31 mit Armen 44, 45 versehen, die über Hebel 46, 47 die Schalter 42, 43 schalten.
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Die Umschaltung des Lastumschalters L geht folgendermaßen vor sich:
Durch Drehen der Zylinderspule 21 in der gewünschten Drehrichtung wird gleichzeitig
die Gewindespindel 30 über das Getriebe 36 angetrieben C
und
dabei der Schleifkontakt 31 entsprechend der Windun-shöhe der Wicklung der
Zylinderspule 21 nach unten bewegt. Gleichzeitig mit dem Beginn dieser Bewegung
schließt sich über den Arm 45 und den Hebel 47 der Schalter 43, wodurch die Zylinderspule
21 der Drosselspule 20 zwischen die geschaltete und die vorgewählte Regelstufe 2
geschaltet wird (F ig. 3). über die-Drosselspule fließt nun ein Strom, welcher
dem Magnetisierungsstrom J" der Drosselspule entspricht. Bei der Weiterbewegung
des Schleifkontaktes 31 entlang der Zylinderspule 21 teilt sich nun der Transformatorstrom
J über die Drosselspule entsprechend den momentan geschalteten Windungszahlen
auf die Teilströme J, und J, (F i g. 4) auf. Diese Ströme fließen
entgegengesetzt, so daß sich die Amperewindungszahlen J, - W, und
J., - W" gegen-C - 2 CD C
seitie auf-heben. Es ist also stets
fi " WI = i', - w-Dadurch kommt es beim Umschaltvorgang zu
keiner zusätzlichen Ma-netisierun- der Drosselspule 20 durch den Transformatorstrom
J. Hieraus ist auch ersichtlich, daß die Umschaltun,- in keiner Weise von
der Höhe des Transformatorstromes J beeinflußt wird.
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Nachdem der Schleifkontakt 31 das untere Ende der Zylinderspule
21 erreicht hat und der gesamte Transformatorstrom J von der Regelstufe 2
über die Zwischenleituna, 41 mit dem Schalter 43 und den nunmehr untenlie-enden
Schleifkontakt 31 zur Stromschiene 34 und Ableitung 35 fließt, wird
vom Schleifkontakt 31 über den Arm 44 und den Hebel 46 der Schalter 42 und
damit der Magnetisierungsstrom J" der Drosselspule 20 unterbrochen. Die Umschaltung
ist damit beendet. Beim folgenden Schaltschritt zur Umschaltung auf die nächste
Regelstufe, welche durch den Wähler vorgewählt wird, bewegt sich der Schleifkontakt
31 von unten nach oben, wobei zuerst der Schalter 42 geschlossen wird und
am Ende der Bewegung der Schalter 43 sich öffnet.
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Bei diesem Stufenschalter wird also nur der Magnetisierungsstrom J.
der Drosselspule über einen Lichtbogen unterbrochen. Dieser Magnetisierungsstrom
ist verhältnismäßig klein. Der Transformatorstrom J wird während der Umschaltung
mit diesem Stufenschalter nach der Erfindung nicht unterbrochen. Es entstehen demnach
auch keine vom Transformatorstrom herrührenden Lichtbögen. Der Lastumschalter kann
also ohne Mehraufwand während des Kurzschlusses eines Transformators schalten, wobei
die Stromstärken der zuschaltenden Lichtbögen sich auch bei hohen Leistungen nicht
erhöhen.
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Ein weiterer Vorteil des Stufenschalters nach der Erfindung liegt
noch darin, daß die Umschaltung des Lastumschalters gegenüber den bisher bekannten
Lastumschaltern nicht sprunghaft, sondern kontinuierlich erfolgt, so daß es keinerlei
Rückwirkung auf das zu regelnde Netz gibt. Die Drosselspule selbst ist nur während
der Umschaltung stromdurchflossen, so daß die Kupferquerschnitte der Spule klein
gehalten werden können.