DE1638555B2 - Anordnung und verfahren zur lastumschaltung bei stufentrans formatoren - Google Patents

Description

Die Hrf'indung bezieht sich auf eine Anordnung zur Lastumschaltung bei Stufcntransformatorcn mit Hilfe eines Wählers, eines Lastschalters, eines Über-¹1 luftwiderstandes und zweier lastlos schallender Hilfsumschalter wobei jeweils ein fester Kontakt der beiden I Iilfsumschallcr mit dem einen, den geradzahligen Wicklungsanzapfungen des .Stufcntransformators zugeordneten beweglichen Wählerkontakt und jeweils der zweite feste Kontakt der beiden Hilfsumschalter mit dem anderen, den ungeradzahligen Wicklun»sanzapfungen des Stufentransformator zugeordneten beweglichen Wählerkontakt verbunden ist und wobei der bewegliche Kontakt des eisten Hilfsumschalters über den Überschal'twiderstand an die Lastleitung und der bewegliche Kontakt des zweiten Hilfsumschalters über den in der Grundstellung offenen Lastschalter an die Lastleitung angeschlossen ist.

Eine solche Anordnung ist durch die Patentschrift 40 772 des Amtes für Erfindunes- und Patentwesen in Ost-Berlin bekannt. Bei dieser Anordnung ist für den Antrieb des Lastschalters und der Hilfs-

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lim-ehalicr ein aufwendiges Umlenkgetriebe eiloiilerlieh.

Der Liliiuhmg liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung "um Lastunischalien so auszubilden, daß tLr Antrieb der Schalter über einfaehe (ieiriehe er- '· folgen I- Ulli.

Hie Lösung dei gestellten Aufgabe gelingt bei einer Anordnung zum LaMumsehalten der eingangs beschriebenen An dadurch, daß ein dritter HiHsimischahcr vorgesehen is!, durch den die Lastieiumg i& vein dem einen auf den anderen Anschluß des Lastschalters unterbreehungslos umlegbar ist.

Ap. 1 land eines in dei Zeichnung dargestellten Atisl'ührungsbeispiels wird der Gegenstand der P.rlindung Uachl'olgcnd näher beschrieben. Ls zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild einer Anordnung zum Lastumschalten nach der Erfindung,

Fig. 2 ein Taktfolgediagramm der Schaltvorgänge beim Umschalten von der Stellung 11 nach der Stellung 11 ' 1 und zurück in die Stellung /1.

In Fig. 1 bezeichnet 1 einen Teil der Stufenwicklung eines Siuientransformators. 2 Lind 3 sind Wicklungsanzapfungen und 4 und 5 die beiden beweglichen Wählerkontakte, die an den Wickhingsaniiapfunger. entlang geschaltet werden. Mit //1 und /7 2 fcind ein erster und ein zweiter Hüfsumschalter bezeichnet, deren feste Kontakte mit den beiden beweglichen Wählerkontakten verbunden sind, und i war der feste Kontakt c des ersten Hilfsumschalters //1 und der feste Kontakt α des zweiten Flilfsumschalters H 2 mit dem Wählcrkontakt 4. Der feste Koniakt i/ des ersten Hilfsumschalters//1 und der feste Kontakt b des zweiten Hilfsumschalters H 2 ist jeweils mit dem Wählcrkontakt 5 verbunden. Mit V ist "in in seiner Grundstellung offener Vakuumschalter bezeichnet, der mit seinem einen Anschlußpol mit dem beweglichen Kontakt/12 des zweiten Hilfsumschalters /7 2 verbunden ist. Der andere Anschlußpol des Vakuumschalter V ist über einen Übcrschaltwidcrstand IC, der ein ohmscher oder bclicSiger anderer Widerstand, z. B. eine Drossel oder ein Transduktor sein kann, mit dem beweglichen Kontakt/11 des ersten Hilfsumschalters H 1 verbunden. Parallel zum Vakuumschalter liegt ein hochohmiger Poterwialwidcrstar.d P. H3 ist ein dritter HilfsUmschalter, dessen beweglicher Kontakt/13 mit der abgehenden LastLi.ung L verbunden ist und dessen fester Kontakt c mit dem bewegliehen Kontakt /r2 des zweiten I Iilfsumschalters//2 verbunden ist. Der aiiücre feste Kontakt / des dritten Hilfs-Umschalters//3 ist mit dem an den Überschaltwidcrstiind II' angeschlossenen Anschiußpol des Vakuumschalters verbunden. Im Falle, daß die Wicklungsanzapfuiig 3 gegenüber der Wicklungsanzapfung 2 das höhere Potential hat und eine Lastumschaltung in Richtung »Spannung höher« erfolgen soll, also von Wicklungsanzapfung 2 auf die Wicklungsanzapruiig 3 umgeschaltet werden soll, ist der Ablauf einer Lastumschaltung wie folgt:

Ausgehend von der in F i g. 1 dargestellten Grund- 6u stellung, in υ ^r der Vakuumschalter offen ist, der bewegliche Kontakt hi des eisten Hilfsumschalters Il 1 mit dessen festen Kontakt c und der bewegliche Kontakt hl des zweiten Hilfsumschalters H2 mit dessen Kontakt α verbunden ist und der bewegliche Kontakt /i3 des dritten Hilfsumschalters //3 auf dessen festen Kontakt e steht, wird zuerst der bewegliche Kontakt /ii des ersten Hilfsumschalters HX aut ilen fcMleii Konlukt ti Hingelegt (Vorgang I) und dadurch mit dem stromlosen Wählerkontakt 5 verbunden. Danaeli wird der Vakuumsehallci Γ geschlossen (Vorgang II). Jetzt Hießt zwischen den Wicklungs-.mzapl'uiiuen 2 und 3 ein Ausgleichsstrorii über ilen Obcn.chahwidersiand IC und den Vakuums-halter Γ. Anschließend wird der bewegliche Kontakt Ii 3 des -Innen I lilfsuniichaliers//3 auf den festen Kontakt j Uüiueleui (Vorgang III), wobei der bewegliehe Kontakt infolge seiner besonderen Konstruktion kurzzeitig die beiden Kontakt·.· e und / überbrückt. Durch diese ersK Umschaltung des dritten lülfsumsciuiiiers //3 wird der Lasistrom über den nunmehr geschlossenen Vakuumschalter V geleitet, der jet't jjröüenmäßigdie geometrische Differenz von Lasistrom und Ausgleichsstroni zu führen hat. Beim nachfolgenden Öftnen des Vakuumschalter (Vorgang IV) wird dieser resultierende Strain unterbrochen, so daß der Laststrom von der Wicklungsanzapfung 3, dem Wählerkontakt 5, dem beweglichen Kontakt /11 des ersten Hilfsumschalters /71, über den Oberschaltwiderstand W und den beweglichen Kontakt /i3 des dritten Hiifsumschaliers/73 zur Lastleitung L (ließt. Der bewegliche Kontakt/12 des zweiten Hilfsumschalters /72 wird anschließend von seinem festen Kontakt α auf den anderen festen Kontakt b stromlos umgeschaltet (Vorgang V). Anschließend wird der Vakuumschalter wieder geschlossen (Vorgang VI). wodurch der vorher vom Laststrom durchflossene Uberschaltwiderstand W kurzgeschlossen wird und der Laststrom nun von der Wicklungsanzapfung 3 über den Wählerkoniakt 5, den beweglichen Kontaki /i2 des zweiten Hilfsumschalters/72, den Vakuumschalter V und den beweglichen Kontakt /i3 des dritten Hilfsumschalters//3 zur Leistleitung L fließt. Anschließend wird der bewegliche Kontaki/i3 des dritten Hilfsumschalters H 3 auf den festen Kontakt £' unterbredumgs- und lichtbogenfrei umgelegt (Vorgang VII). Dadurch wird der Vakuumschalter stromlos und kann beim darauffolgenden nächsten Ölfncn (Vorgang VIII) lichtbogenfrci ausgeschaltet werden. Der bewegliche Kontakt /; 1 des ersten Hilfsumschalters // 1 bleibt mit dem festen Kontakt d verbunden. Hierbei ist die Lastumschaltung von der Wicklungsanzapfung 2 auf die Wicklungsanzapfung 3 in Richtung »Spannung höher« vollzogen.

Der vorstehend geschilderte Schaltimgsabkuif ist in der ersten Hälfte des Taktfolgediagramms der F i g. 2 dargestellt. In diesem Taktfolucdiagramm sind die gleichen Bezugszeichen wie bei de Fig. I verwendet. Aus dem Taktfok'cdiagramm ist klar zu ersehen, daß der bewegliche Koniakt/13 des dritten Hilfsumschalters /73 immer nur während der Zeit umschaltet, in der der Vakuumschalter geschlossen ist. Dem Diagramm ist auch entnehmbar, daß infolge der besonderen Ausbildung des beweglichen Kontaktes /)3 des dritten Hilfs.imschalters //3 eine kurzzeitige Überbrückung der festen Kontakte e und / durch den bc'vealichen Kontakt Λ 3 stattfindet. Im Diagramm ist diese Überbriickungsdauer mit χ angedeutet.

Will man nach dem beschriebenen ersten Umschaltvorgang eine weitere höhere Spannungsstufc ansteuern, dann wird der bewegliche Kontakt/il des ersten Hilfsumschalters Hi auf den festen Kontakt c umgelegt. Im Verlauf des weiteren Umschakvorgangcs wird der bewegliche Kontakt /i3 des dritten Hilfsumschalters H3 in der gleichen Weise, •.vie bei dem vorbeschriebenen ersten Umschaltvor-

gang, bei geschlossenem Vakuumschalter V auf den festen Kontakt / und danach wieder auf den festen Kontakt e zurückgeschaltet. Der bewegliche Kon'.akt hl des zweiten Hilfsumschalters Hl wird im stromlosen Zustand von seinem Kontakt b auf den Kon- :> t;\kt ei umgeschaltet.

In der zweiten Hälfte des Taktfolgediagramms der F i g. 2 ist eine Umschaltung in umgekehrter Richtung, also in Richtung »Spannung tiefer« dargestellt. Da diese Schaltung in elektrischer Hinsicht aber anders als die bei der Aufwärtsschaltung verläuft, sollen die Schaltvorgänge während einer Abwärtsschaltung nachstehend ebenfalls näher besehrieben weiden. Die einzelnen Schaltschritte laufen dabei in umgekehrter Reihenfolge und mit umgekehrter Wirkung ab, so daß man mit einem einfachen (ietricbe (kein Umkehrgetriebe) auskommt.

Ausgehend von der nach dem ersten Um-chaltvorgang erreichten Schallstellung, in der die WickluiiL'sanzapfung 3 stromführend ist. wird bei einem anschließenden Abwärtsschaltcn von der Wicklungsanzapfung 3 nach der Wicklungsanzapfung 2 zunächst der Vakuumschalter V geschlossen (Vorgang VIII). Anschließend wird der bewegliche Kontakt/13 des dritten Hilfsumschalters H 3 unterbrechungs- und lichtboaenfrei von dem Kontakte auf den Kontakt/ umgelegt (Vorgang VlI). Dadurch wird der Laststrom über den Vakuumschalter geleitet. Durch das nachfolgende Öffnen des Vakuumschalter (Vorgarn: Vl) wird der Laststrom auf den Oberschal:- widerstand Ii' umgeschaltet. Der Laststrom fließt sodann von der Wicklungsanzapfung 3 über den Wählerkontakt 5. den beweglichen Kontakt h 1 des ersten Hilfsumschalters /71, den Überschallwiderstand W und den beweglichen Kontakt/13 des dritten Hilfs-Umschalters H 3 zur Lastleitung L. Bemerkenswert ist hierbei, daß die Wiederkehrspannung am Vakuumschaller nur gleich dem durch den Laststrom am Lberschaltwiderstand U erzeugten Spannungsabfall ist. Die Wiederkehrspannung ist somit beim Abwärtsschaltcn bei der Anordnung nach der Erfindung gegenüber den bisher bekannten Lastumschaltern um die Stufenspannung kleiner. Anschließend wird der bewegliche Kontakt/12 des zweiten Hilfsumschalters 112 auf den festen Kontakt« stromlos umgeschaltet (VnrsiangV). danach sehließt der Vakuumschalter wieder (Vorgang IV). Der beim Schließen des Va- !■aiuimchalters einzuschallende Strom ist gleich der geometrischen Differenz zwischen Laststrom und Ar^gleiclT-strom. Nachdem anschließend der bewegliehe Kontakt.'? 3 des dritten Hilfsumschalters W 3 \om Kontakt.1 nach dem Kontakte unierbrechungsfrei umgeschaltet ist (Vorgang III). Hießt über den Vakuumschalter 1' mir noch der Ausgleichsstrom, da der Laststrom direkt über den beweglichen Kontakt/13 de; dritten Hilfsumschalters zur Lastleitung Hießt. In den beiden letzten Phasen der Lastumschaltung unterbricht zunächst der Vakuumschalter den Aiiseleielisstrom (Vorcans Ii). und danach wird der bewegliche Kontakt h 1 des ersten Hilfsumschalters wieder auf den festen Kontakt c zurückgeschaltet (Vorgang I).

An Hand der geschilderten Wirkungsweise ist erkennbar, daß bei der Aufwiirtsschaltung (Spannung holier) nur ein einziger Ausschaltlichtbogen auftritt (Vorsiang IV). und zwar durch Unterbrechuni; eines Stromes, der «rößenmäßig gleich der geometrischen Differenz zwischen Laststrom und Auseleichsstrom ist. während bei der Abwärlsschaltung (Spannung tiefer) zwei Stromunterbrechungen erfolgen (Vorgang VI und II). da der Laststrom und der Ausgleichsstrom getrennt bei der ersten und zweiten Ausschaltung des Vakuumschalters unterbrochen werden. Wie bereits erwähnt, ist die größte Wiederkehrspannung gleich dem durch den Laststrom am t'hersclialtwid'-rsland hervorgerufenen Spannungsabfall und damit um die Stufenspannung kleiner als bei den bekannten Lastumschaltern. Da der Vakuumschalter bei der Abwürtsschalumg auch nicht mehr wie bisher einen der Summe von Laststrom und Ausgleichsstrom entsprechenden Strom unterbrechen muß. ist die maximale Schaltleistung des Vakuumschalters wesentlich kleiner und damit die Kontaktlebensdaiier wegen der günstigeren Schallbedingungen größer als hei den bekannten Lastumschaltern. Da der Vakuumschalter feiner im Betrieb stets offen ist. können seine Kontakle ohne Rücksicht auf den Übergangswiderstand iir, geschlossenen Zustand aus besonders abbrandi'esten Werkstoffen, z. B. Wolfram—Kupfer, hergestellt werden. wodi'rch sich eine noch größere Kontakilebensdauer erzielen läßt. Nachdem die Kontakte des Vakuumschalters während des Betriebes keinen Strom führen, tritt keine besondere Lrwännung des Vakuumschalters auf. so daß auch jeelicho Kühlunusproblemc entfallen.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung kann daher auch der Nennstrom des Lastumschalters größer sein als der Nennstrom des Vakuumschalters. Lr ist nur abhängig von der Belastbarkeit der den Laststrom dauernd führenden Kontakte der zweiten und dritten Hilfsumschaller Hl und //3. Damit die beweglichen Kontakte /11 und /?2 des ersten und zweiten Hilfsumschalters nicht potential frei schalten, ist zum Vakuumschalter ein hochohmiger Potemialwiderstand P parallel geschaltet.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist es einfachenveise möglich, mehrere parallclgeschaltcte Vakuumschalter zu verwenden. Die in diesem Fall den Vakuumschaltcrn vorzuschaltenden Stromteilerdrosseln können in ihrer Leistung relativ klein dimensioniert werden, da die Vakuumschalter während dc> Betriebes stromlos sind. Außerdem genügt als Über schaltwiderstand ein einziger, den Vakuumschalten nachgeschalteter Widerstand. Ks besteht auch du Möglichkeit, z. B. bei sehr hohen Stufenspannunect oder zwecks F.rreichen hoher Kontaktieren^!..ucden Vakuumschalter I' nach Fig. 1 durch ein. Reihenschaltung, bestehend entweder avis zwei Va kuumsehaltern oder einem Vakuumschalter im. einem beliebigen anderen Schalter, dessen Ausseh.il; leistung /war gering sein kann, dessen Kontakte abc eine hohe Lebensdauer haben, zu ersetzen. Im letzte ren lall muß der .Antrieb so ausgeführt werden, d.i der Vakuumschalter später öffnet b/w. früher schüs.!. ais dieser andere Schaller, .leder der beiden Schalte muß durch einen gesonderten hochohmigen Potcr tialwiderstand überbrückt werden. Durch die an^ gebene Reihenschaltung kann ein an sich nicht kur. schlußfester Lastumsehalter kurzsehlußfest gemacl werden, wobei mit einer solchen Schalteranordnur hohe Sehaltspielzahlen erreichbar sind, da der V; kuumschalter meistens stromlos schaltet und nur d Ströme unterbricht, die der andere in Reihe liefen«. Schalter nicht bevältiüi.

Da bekanntlich Vakuumschalter üccen stei

Io

Wiederkelirspannungen weniger empfindlich sind als andere bekannte Schalter, deren Unterbrechungslichtbögen in Luft oder Öl oder in einem anderen Medium brennen, besteht die Möglichkeit, insbesondere wenn zwei Vakuumschalter hintereinandergeschaltet werden, an Stelle eines üblichen Über-Schaltwiderstandes mit Vorteil eine Drossel oder •inen Transduktor zu verwenden, zumal diese auch leichter für Dauerstrom bemessen werden können. Dies ist in manchen Fällen auch notwendig, da der Vakuumschalter bekanntlich längere Schaltzeiten hat als die bekannten Sprunglastumschalter und daher der Überschaltwiderstand, sofern er kurzschlußfest

sein soll, entsprechend groß bemessen werden muß und damit entsprechend viel Platz beansprucht.

Die wesentlichen Vorteile der Erfindung sind, daß man mit geringstem Materialaufwand einen umkehrgetriebelosen, kurzschlußfesten Lastumschalter bauen kann, der wartungsfrei ist, da das den Vakuumschalter umgebende Öl durch keine Schaltlichtbögen verschmutzt wird. Mit Vorteil läßt sich die Erfindung auch bei Verwendung von anderen Schaltern be-

o nutzen, wobei das Ausschaltvermögen dieser Schalter durch Reihen-, Parallel- bzw. Reihen-Parallelschaltung ihrer Kontakte in einfacher Weise vergrößert werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Lastumschaltung bei Slul'eniransformaioien mit Hilfe eines Wählers, eines Lastschalters, eines Überschaltwidevslandes und zweier lasilos schaltender I lillsumschalter, wobei jeweils ein lesler Kontakt der beiden Hilfsunischallei" mit dem einen, den geradzahligen WicklunusLinzapfungeii des Stufeniransformators zuiieordneien beweglichen Wälilerkontakl und jeweiK der /.weile feste Kontakt der beiden Hilfsunischalier mit dem alitieren, den ungerad/ahli-'jcii Wiekluniisaii/.apfungen des Stufentransformators zugeordneten beweglichen Wählerkontakt Verbunden : t und wobei der bewegliche Koiilakt ties ersten Hilfsumschalters über den Überschaltividersland an die LastleiUing und der bewegliche Kontakt des zweiten Hilfsumschaltcrs über den in der Grundstellung offenen Lastschalter an die l.astleitung angeschlossen ist, dadurch gele e η η ζ e i c Ii net, daß ein dritter Hilfsumschaliter (//3j vorgesehen ist, durch den die Lastleitung (/-) von dem einen auf den anderen Anschluß des Lastschalters (V) unterbrechungslos umlegbar ist.

2. Verfahren zur Lastumschaltung mit der Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch nachstehende Schaltfo'ge der einzelnen Schaltelemente bei der Aufwärtss.· laltung (Spannung höher):

I. Der erste Hilfsumsclialter wird auf den spannungshöheren Wählerkontakt umgelegt.

II. Der Lastschalter schließt (erste Einschal- '¹⁵ lung).

III. Der dritte Hillsumschalter legt die LaM-leilung von dem beweglichen Kontakt des /weiten Hilfsumschalters auf den dem Lastschalter zugewandten Anschluß des Übersehaltwiderslandes um.

IV. Der Lastschalter öllnet (erste Ausschaltung).

V. Der zweite Hilfsumsclialter wird auf den spannuimshölieren Wählerkontakt iimi'elegt.

Vl. Der Lastschalter schließt (zweite Einschaltung). -₍,

VII. Der dritte Hilfsumsclialter geht in seine CinmdMcllung zurück.

VIII. Der Lastschalter ölTiet (/weite Ausschaltung).

3. Verfahren zur Lastumschaltung mit der Anordnung iKich Anspruch 1, gekennzeichnet durch nachstehende Schaltfolgc der einzelnen Schaltclcmcn■■:< : bei der Abwärtsschaltung (Spannung tiefer): " 6n

VIII Der Lastschalter schließt (erste Einschaltung).

VIl. Der dritte Hilfsumsclialter legt die Lastleitung von dem beweglichen Kontakt des zweiten Hilfsumschaltcrs auf den dem Lastschalter zugewandten Anschluß des Übcrschaltwiderstandcs um.

Vl. Der Lastschalter öllnet (erste· Ausschaltung).

V. Der zweite Hilfsunisclialier wird auf di:n spantiuiigsiiicdereii Wählerkontakt umgelegt.

¹V. Der Lastschalter schließt (zweite Einsclialiung).

III. Der dritte Hillsumschalter gehl in seine Ci rundste!¹ im g zurück.

II. Der Lastschalter öffnet (/weile Ausschaltung).

I. Der erste Hilfsumsclialter wird auf den spannungsniederen Wählerkontakt umgelegt.

4. Anordnung nach Anspruch 1, daduich gekennzeichnet, daß als Überschaltvviderstand (W) ein ohmscher Widerstand oder eine Drossel oder ein Transduktor dient.

5. Anordnung nach Anspruch 1 oder 4. dadurch gekennzeichnet, daß paiallel zum Lastschalter (V) ein hochohmiger Potentialwiderstand (P) liegt.

6. Anordnung nach Anspruch 1, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Lastschalter in Reihe geschaltet sind, wobei zu jedem ein Potentialwiderstand parallel liegt.

7. Anordnung nach Anspruch 1, 4, 5 oder 6. dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Lastschalter über Stromteilerdrosseln parallel geschähet sind.

S. Anordnung nach Ansnruch 1, 4, 5, fi oder 7. dadurch gekennzeichnet, daß als Lastschalter Vakuumschalter dienen.

9. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß einer der in Reihe geschalteten Lastschalter ein Vakuumschalter ist, der später öfTnct und früher schließt als die anderen Lastschalter.