DE918461C - Lastschalteranordnung fuer Stufenregeleinrichtungen von Transformatoren, Drosseln oder Kondensatoren - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 27. SEPTEMBER 1954

(Ges. v. 15. 7. 51)

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lastschalteranordnung für Stufenregeleinrichtungen von Transformatoren, Drosseln oder Kondensatoren. Sie besteht in üblicher Weise aus einem oder mehreren zweckmäßig durch Kraftspeicher angetriebenen Leistungsschaltern, Schaltwiderständen bzw.-drosseln, Steuerrelais sowie Stufenwählern und gegebenenfalls Wendeschaltern. Mit ihrer Hilfe wird die an eine Regelstufe der Wicklung angeschlossene Lastleitung auf eine andere Stufe umgelegt und auch der Regelsinn umgekehrt. Derartige Schalter sind auch zum Ein-, Aus- und Umschalten der Erregerwicklungen von im Zuge der Netzleitung liegenden Zusatztransformatoren benutzbar. Der Antrieb der Schalteranordnung kann beliebig, z. B. motorisch, hydraulisch oder auch durch Preßluft oder von Hand, erfolgen. Die Umschaltung selbst geschieht dabei schleichend oder auch sprunghaft.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei solchen Lastschalteranordnungen, insbesondere wenn diese größere Ströme zu schalten haben, die Schalterausbildung so zu treffen, daß der Kontaktabbrand vermieden, zumindest aber stark herabgesetzt wird.

Gemäß der Erfindung ist mindestens der Abschaltmoment der größeren Schaltbeanspruchungen unterworfenen Schalter durch ein von den Augenblickswerten der Stufenspannung oder des Schaltstromes beeinflußtes Relais bestimmt. Ferner sind

die einzelnen Bauteile der Schalter, z. B. die Länge der Kontakthebel, die Übersetzung der Getriebe, die Federn und die Form der Kontakte, so abgeglichen und einstellbar gemacht, daß die von der Impulsgäbe durch das Relais bis zur Kontakttrennung verstreichende Zeit in einem gegebenen festen bzw. einstellbaren Verhältnis zur Schwingungsdauer des zu schaltenden Stromes steht. Vor allem wird man die Kontakttrennung am Schalter in einem bestimmten oder einstellbaren Augenblick vor dem Nulldurchgang des Schaltstromes erfolgen lassen. Man kann aber auch genau im Stromnulldurchgang schalten, wenn dafür gesorgt wird, daß der Stromnullbereich breit ausfällt. Dies trifft besonders für Stromkreise zu, die Apparate, z. B. Drosseln, enthalten, deren Eisenkerne eine stark gekrümmte Charakteristik haben. Bei Verwendung hochpermeabler Legierungen, z. B. Permalloy oder Hypernik und ähnlicher Stoffe, hat bekanntlich die Magnetisierungskurve eine oder mehrere scharfe Krümmungen. Zweckmäßig wählt man hier einen Arbeitspunkt, der auf der stärksten Krümmung der Magnetisierungskurve liegt.

Als Vorteile ergeben sich kleinere Schaltwege für die zu schaltenden Kontakte, Raumersparnis und Ersparnis teuerer lichtbogenfester Werkstoffe.

Die einen Bestandteil der Erfindung bildenden Relais sprechen in Abhängigkeit von Augenblickswerten der zu schaltenden Ströme oder der diese Ströme treibenden Spannungen an. Zwischen dem Ansprechen des Relais und dem vollendeten Kontaktabriß kann eine Zeitspanne liegen, die einer oder mehreren Halbwellen des zu schaltenden Wechselstromes entspricht. Diese Zeit ist durch die Eigenzeiten des Relais, der Auslöseteile für die Schaltkontaktbewegung, die Massenbeschleunigung der Getriebe- und bewegten Schalterteile gegeben. Da erfindungsgemäß die Massenkräfte so groß gewählt werden, daß sie die Reibungskräfte mehrfach überwiegen, handelt es sich hierbei um eine konstante Zeitspanne. Der richtige Zeitpunkt des Kontaktabrisses kann durch Ändern der Eigenzeiten der genannten Relais, Getriebe- und Schalterteile so eingestellt werden, daß der Kontaktabriß genau in dem gewünschten Zeitpunkt, also in einem ausgezeichneten Punkt der Halbwelle, erfolgt.

Alle bisher hinsichtlich des lichtbogenfreien Schaltens, z. B. für ölschalter, bekanntgewordenen Vorschläge sehen den Kontaktabriß genau im Stromnulldurchgang vor, womit aber, besonders beim Schalten phasen verschobener Ströme, z. B. bei Verwenden von normalen Überschaltdrosseln bei Regelschaltern, die gewünschte Wirkung deshalb nicht erreicht werden kann, weil keine Isolierstrecke vorhanden ist, die den Durchbruch der wiederkehrenden Spannung aufhalten könnte. Ferner waren die zu der Steuerung der bekannten ölschalter vorgesehenen Mittel so wenig geeignet, daß sich bisher derartige Schaltverfahren nicht in die Praxis einführen ließen. Die Anwendung lichtbogenfreien Schaltens für Stufenregeleinrichtungen bietet aber gerade deshalb besonders große Vorteile, weil sich hier im Lattfe eines Arbeitstages viele Schaltvorgänge abspielen können und weil gerade die Abnutzung der Kontakte bei den Regelschaltern, insbesondere wenn diese mit ihren Transformatoren eine bauliche Einheit bilden, als besonders lästig empfunden wird.

Zur Steuerung des Abschaltvorganges wird bei einer gemäß der Erfindung ausgeführten Lastschalteranordnung das in Fig. 1 dargestellte Relais verwendet. Dieses besteht aus dem Steuerteil 1 und dem Auslöseteil 2. Der Steuerteil 1 hat einen mit der Erregerwicklung 3 versehenen Eisenkern 4, der bei Erregung den Steueranker 5 und den Auslöseanker 6- anzieht. Über die Leitungen 7 und den Schalter 8 und gegebenenfalls einen Vorwiderstand liegt die Wicklung 3 an der den zu schaltenden Strom liefernden Spannungsquelle, z. B. an der Netzspannung oder an einer Stufenspannung des Regeltransformators. Die Erregung kann aber auch von einem Stromwandler aus erfolgen, der in der Lastleitung oder im Ausgleichsstromkreis des Regeltransformators liegt. Wenn nun der Lastschalter geschaltet werden soll, kann durch das Antriebswerk des beweglichen Lastschalterkontaktes der Schalter 8 geschlossen werden, so daß das Steuerrelais in Bereitschaftsstellung gelangt. Beispielsweise kann der Kontakt 8 nach vollendeter Ladung vom Antrieb eines Federkraftspeichers oder von einem Fliehkraftschalter eingeschaltet werden, der anspricht, wenn die Schwungmasse die erforderliche Drehzahl hat. Der Steuerteil 1 zieht den Steueranker 5 und den Auslöseanker 6 an. Durch den Anker 5 wird dann der Schalter 11 geschlossen und die Gleichstromerregung 9 der Wicklung 10 des Auslöseteiles 2 eingeschaltet. Nunmehr steht der Auslöseanker 6 unter der Wirkung zweier Felder. In dem Augenblick, in dem der Strom in der Spule 3 durch Null geht oder sich Null nähert, überwiegt die Kraft des Gleichstrommagneten 2, so daß der Auslöseanker 6 vom Steuerteil 1 abgerissen wird. Er schaltet dabei den Schalter 12 ein, der den Auslösestromkreis des Kraftspeichers schließt. Dieser enthält bei Federkraftspeichern beispielsweise eine elektromagnetische Klinke, bei deren Ausrücken der Kraftspeicher freigegeben wird, so daß er sich auf den beweglichen Schalterkontakt entlädt. Bei Kraftspeichern, die aus einer rotierenden Schwungmasse bestehen, kann eine elektromagnetische Kupplung betätigt werden, die in dem gewünschten bzw. eingestellten Zeitpunkt die Schwungmasse oder den auf Betriebsdrehzahl oder auf Übertouren befindlichen Antriebsmotor mit dem zu schaltenden Kontakt kuppelt.

Die Ausbildung des Auslöseteiles 2 kann beliebig sein. Er muß nur bei einem bestimmten und gegebenenfalls einstellbaren Augenblickswert der Stromkurve vom Steuerteil 1 betätigt werden. Wesentlich ist, daß die Bewegung des Schaltkontaktes durch einen auf den Augenblickswert des zu schaltenden Stromes ansprechenden Steuerteil, z. B. ein Relais, so früh ausgelöst wird, daß der Kontaktabriß im gewünschten Zeitpunkt erfolgt.

Die Eigenzeit des Relais kann durch Vorschaltwiderstände, durch einstellbare Luftspalte des

Relaiseisenkernes, durch Kurzschluß wicklungen auf dem Relaiskern oder sonstige Mittel zum Ändern der Relaiszeitkontakte eingestellt werden.

Bei gleichstromerregten Auslösemagneten 2 kann als Stromquelle eine Batterie, ein Gleichrichter, z. B. eine Elektronenröhre oder ein Oxydkathodengleichrichter, oder eine andere Gleichstromquelle verwendet werden.

Der Auslöseanker 6 läßt sich aber auch in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise mit Hilfe eines Dauermagneten 13 steuern. Dieser wird über ein Triebwerk, z. B. ein Gestänge 14, vom Steueranker 5 des Steuerteiles 1 an den Auslöseanker 6 so weit herangeführt, daß der Auslöseanker 6 in den Wirkungsbereich des Dauermagneten gelangt. Dieser befindet sich dann etwa in der gestrichelten Stellung 15.

Um die zu bewegenden Massen zu verringern, empfiehlt es sich, den Dauermagneten 13 fest anzuordnen, so daß der Anker 6 im Wirkungsbereich

ao des Dauermagneten liegt, und den Auslöseanker 6 durch eine magnetische Blende gegen den Dauermagneten abzuschirmen, die vom Anker 5 gesteuert wird. Diese besteht z. B. aus einem leicht magnetisierbaren Eisen, das beim Ansprechen des Ankers 5

a5 zwischen dem Dauermagneten und dem Anker 6 herausgeklappt oder herausgeschwenkt wird, so daß der Dauermagnet auf den Auslöseanker 6 einwirken kann. Natürlich kann man auch durch den Anker 5 eine Druckkraft, z. B. einen Federkraftspeicher, so steuern, daß er den Auslöseteil 6 unter eine mechanische Gegenkraft setzt, die den Anker 6 entgegen der Wirkung des Wechselfeldes vom Eisenkern 4 abzureißen strebt.

Wesentlich ist für die Wirkungsweise des Steuerrelais lediglich eine Anordnung, bei der der Anker 5 auf den Auslöseanker 6 eine Kraft zur Einwirkung bringt, die diesen vom Kern 4 abzureißen bestrebt ist, so daß er beim Stromnulldurchgang oder bei einem in dessen Nähe liegenden Stromwert abfällt und die Kontaktbewegung auslöst.

Eine derartige Einrichtung würde natürlich bei einem durch den Laststrom (beim Speisen des Relais durch Stromwandler) oder durch die Konstanten des Magnetsystems (beim Speisen des Relais mitSpannungswandler) gegebenen Leistungsfaktor schalten und damit in den seltensten Fällen, im Idealfall bei einem Leistungsfaktor des Laststromes gleich ι und ohmschenüberschaltwiderständen oder bei einem Leistungsfaktor des Laststromes gleich ο und induktiven Überschaltwiderständen den gestellten Anforderungen entsprechen. Hierbei kann die o,o°-Phasenverschiebung des Laststromes auchidadurch Zustandekommen,.daß beim Leistungsfaktor gleich ι im Netz die zu regelnde Spannung senkrecht auf der Phasenspannung steht (Querregelung). In den meisten Fällen ist aber die Phasenlage des Lastenstromes veränderlich und weicht von der Phasenlage des Ausgleichsstromes ab. Die während eines Umschaltvorganges nacheinander zu schaltenden Last- und Ausgleichsströme stimmen also meistens in ihren Phasenlagen nicht miteinander überein. Die Phasenlage verschiebt sich auch mit der Größe des Laststromes.

Die Phasenlage des Summenstromes aus Ausgleichsstrom und Laststrom weicht auch wieder von den beiden genannten Komponenten ab.

Bei gegebenem, praktisch unveränderlichem Leistungsfaktor des Laststromes können durch Einstellen der Eigenzeiten des Steuerrelais und der bewegten Getriebe- und Schalterteile die günstigsten Schaltverhältnisse näherungsweise erzielt werden, indem der Schaltzeitpunkt und die Aufeinanderfolge der Schaltvorgänge so verlegt werden, daß die Abschaltvorgänge bei dem zu erwartenden Leistungsfaktor und einer mittleren Leistung kurz vor dem Stromnulldurchgang erfolgen. Damit wird bei geringerer Last eine längere Lichtbogendauer in Kauf genommen, während bei Vollast möglichst nahe dem Stromnulldurchgang geschaltet wird. Es lassen sich wohl die genannten Eigenzeiten in Abhängigkeit von der jeweils auftretenden, sich mit der Belastung ändernden Phasenverschiebung oder in Abhängigkeit von der Belastung des Regeltransformators selbsttätig steuern, das macht aber einen weiteren Zusatzapparat erforderlich.

Eine weitere Möglichkeit, die Schwierigkeiten, die durch die Aufeinanderfolge zweier Schaltvorgänge mit gegeneinander phasenverschobenen und in ihrer Phasenlage in Abhängigkeit von der Belastung wechselnden Strömen entstehen, mindestens näherungsweise zu beseitigen, besteht darin, daß man den Ausgleichsstrom im Verhältnis zum Laststrom und damit den Einfluß wechselnder Phasenlage klein macht. Man nimmt dann unter Umständen bei geringer Belastung oder bei Leerlauf einen etwas längeren Lichtbogen in Kauf, der jedoch wegen seiner geringeren Leistung (bei Leerlauf wird ja nur der Ausgleichsstrom geschaltet) einen geringeren Kontaktabbrand zur Folge hat.

Weitere Mittel, um das Arbeiten der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung von der Größe des Leistungsfaktors unabhängig zu machen, bestehen beispielsweise in der Aufteilung des Schaltsystems in zwei Umschalter, deren Kraftspeicher zusammengespannt, aber nacheinander durch zwei Steuerteile und zwei Auslöseteile gesteuert werden; gegebenenfalls kann man von den bewegten Schalterteilen einen Umschalter steuern, der die Erregung des Steuerteiles unter Abtrennen von dem gerade geschalteten Stromkreis umlegt auf den Stromkreis, der nunmehr gemäß der Reihenfolge zu schalten ist. So lassen sich von einem einzigen Steuerrelais beliebig viele Stromkreise nacheinander schalten.

In den Fig. 3 a und 3 b ist ein Schaltsystem mit zwei Umschaltern und zwei Steuerrelais dargestellt, bei denen die Schaltung die erforderliche Unabhängigkeit vom Leistungsfaktor erhält. Es sind zwei Stufenwähler 20 und 21 vorgesehen, die entweder auf zwei parallelen Kontaktbahnen durchgeschaltet werden oder schleifen können, wobei jede Wicklungsanzapfung auf jeder Kontaktbahn an einen festen Kontakt angeschlossen ist. Auch läßt sich das Schaltsystem bei Stufenwählern vefwenden, deren eine Kontaktbahn mit den geradzahligen und deren andere Kontaktbahn mit den ungeradzahligen Anzapfungen der Regelwicklung verbun-

den sind. Die Umschalter sind mit 22 und 23 bezeichnet. In der Schaltung gemäß Fig. 3 a ist die Lastleitung 24 mit dem Stufenwähler 20 verbunden. Wenn von einer Stufe auf die folgende umgeschaltet werden soll, wird zuerst der Lastschalter 22 umgelegt, und zwar in Abhängigkeit vom Laststrom. Das diese Schaltbewegung auslösende Steuerrelais liegt an derStromwandlerwicklung2> Diese Überschaltstellung ist in Fig. 3 b dargestellt. Der Schalter 22 hat hierbei den Laststrom von der Stufe 20 auf die Stufe 21 umgelegt. Hierbei schließt sich der Stufenausgleichsstrom über den linken Widerstand 26, den Umschalter 23 und Umschalter 22. Dieser Ausgleichsstrom steuert das zweite an den Stromwandler 27 angeschlossene Relais, so daß auch die Umschaltung des Schalters 23 erfolgt. Es empfiehlt sich, sämtliche zu schaltenden Kontakte für die volle Schaltleistung zu bemessen und den mechanischen Antrieb so vorzusehen, das) jederzeit die Steuerrelais ausfallen können und dennoch der ordnungsgemäße Ablauf des Schaltvorganges gewährleistet ist.

In den Fig. 4 a und 4 b ist eine andere Schaltmöglich'keit dargestellt. Die beiden Umschalter 22 und 23 sind einerseits an die Lastleitung 24 angeschlossen, andererseits sind ihre Umschaltkontakte mit je einem Stufenwähler unmittelbar und mit dem zweiten Stufenwähler über Überschaltwiderstände verbunden. Wenn aus der in Fig. 4 a dargestellten Grundstellung, in der die Stufe 20 an die Lastleitung 24 angeschlossen ist, auf die Stufe 21 übergeschaltet werden muß, wird zunächst der Schalter 22 langsam oder sprunghaft auf den über den Widerstand 26 mit dem anderen Stufenwähler verbundenen Kontakt geschaltet, so daß sich die Schaltstellung Fig. 4b ergibt. Der Kontakt 22 wurde hierbei durch das an den Stromwandler 25 angeschlossene Steuerrelais gesteuert. Es wurde durch ihn bei der Umschaltung der Laststrom abgeschaltet. Dieser wird vom Schalter 23 über einen Widerstand übernommen. Ferner wird in der in Fig. 4b gezeigten Stellung durch den Umschalter 22 der Ausgleichsstrom eingeschaltet. Nachdem der Schalter 23 durch das an den Stromwandler 27 angeschlossene Steuerrelais auf die Stufe 21 kurz darauf umgelegt wurde, kann der nunmehr stromlose und an der Stufe 20 liegende Stufenwähler auf die folgende Stufe 21 umgeschaltet werden.

Ein weiteres Schaltsystem, bei dem das Verfahren gemäß der Erfindung mit Vorteil Verwendung findet, ist in den Figuren 5 a bis 5 g dargestellt.

• Die beiden Stufenschalter 30 und 31 stehen auf verschiedenen Anzapfungen. Der Umschalter 32 schließt zunächst die Lastleitung 33 an den Stufenwähler 30 an. Der zweite Umschalter 34 ist an den gleichen Stufenwähler angeschlossen. Der das Steuerrelais speisende Stromwandler 35 ist in den Zug der Lastleitung an eine Stelle gelegt, die während der Überschaltung auch vom Stufenausgleichsstrom durchflossen wird.

An Stelle eines Stromwandlers läßt sich für den vorliegenden Zweck natürlich auch ein niedrigohmscher Widerstand verwenden, zu dem die Steuerrelaiswicklung im Nebenschluß liegt.

Zur Umschaltung der Lastleitung 33 vom Stufenwähler 30 auf den Stufenwähler 31 wird zuerst der Umschalter 34 an den Stufenwähler 31 gelegt. Nunmehr überlagert sich dem durch ausgezogenen Pfeil angedeuteten Laststrom ein mit gestricheltem Pfeil bezeichneter Ausgleichsstrom. Dieser wird durch den im Stromkreis des Umschalters 34 liegenden Überschaltwiderstand 36 oder durch eine Uberschaltdrossel begrenzt. Die Schalter stehen nunmehr in der Stellung Fig. S b. Das von der Summe des Ausgleichsstromes und des Laststromes gespeiste Steuerrelais spricht an und löst den Umschalter 32 aus, so daß dieser gemäß Fig. 5 c einen Teil des Laststromes und den Ausgleichsstrom abschaltet. Wenn der Umschalter 32 die in Fig. 5 d gezeigte Stellung erreicht hat, übernimmt der Stufenwähler 31 die Last. Der Stufenwähler 30 ist somit wieder stromlos und kann weitergeschaltet werden. Soll von der Stufe 31 auf die Stufe 30 zurückgeschaltet werden, wird, wie in Fig. 5e angedeutet ist, zuerst der Umschalter 34 zurückgeschaltet. Nunmehr überlagert sich im Stromkreis des Schalters 32 dem Laststrom ein entgegengesetzt gerichteter Ausgleichsstrom. In Fig. 5 f ist der Zeitpunkt des Überschaltens des Umschalters 32 dargestellt. Der Laststrom fließt kurzzeitig allein über den Widerstand 36, bis die in Fig. 5 g dargestellte Stellung des Umschalters 32 erreicht ist. Bei diesem Schaltsystem besteht noch der Nachteil, daß erst der Ausgleichsstrom eingeschaltet werden muß, damit das Steuerrelais die durch die Summe aus Ausgleichsstrom und Laststrom gegebene Ansprechgrenze überschreitet. Der Umschaltvorgang kann also wieder nicht unmittelbar in einem Zuge ablaufen. Um nun diese Verzögerung zu vermeiden und um eine unaufhaltsame Durchschaltung der Schalter 32 und 34 zu erzielen, gibt man dem Steuerrelais vorteilhaft zwei Wicklungen, wie in Fig. 6 dargestellt ist.

Die zusätzliche Wicklung 42 wird von einem Strom gespeist, der aus der Stufenspannung oder aus einem Bruchteil der Stufenspannung und Hilfswiderständen (Wirk- und Blindwiderständen) 44 gewonnen wird. Seine Größe wird hierbei so eingestellt, daß dieser Hilfsstrom in der Wirkung auf das Relaissystem dem Ausgleichsstrom hinsichtlich Größe und Phasenlage entspricht. Ein Schalter 47 schaltet gleichzeitig die vom Laststrom bzw. von einem Teil des Laststromes durchflossene Wicklung 43 und die Hilfswicklung 42 ein, wenn die Schalter 34 und 32 in zwangläufiger Folge geschaltet werden sollen. Dabei kann- der Schalter 47 beispielsweise von dem Auslösenocken des Kraftspeicherantriebes betätigt werden. Durch Aniprechen des Ankers 45 wird die zusätzlich auf den Auslöseanker 46 einwirkende Kraft betätigt, so daß der Auslöseteil 46 im Stromnulldurchgang der geometrischen Summe aus Laststrom und Ausgleichsstrom in den Wicklungen 42 und 43 abfällt. Da für die richtige Wirkungsweise nur das Amperewindungsverhältnis der beiden Wicklungen

42 und 43 des Steuerrelais maßgebend ist, kann der Widerstand 44 natürlich sehr viel kleiner ausgeführt werden alsderüberschaltwiderstand selbst. Bei dem Schaltverfahren gemäß Fig. 7 a bis 7 k sind keine Lastumschalter erforderlich. Es wird nur ein einpoliger Leistungsschalter zum Ein- und Ausschalten benötigt. Ein derartiges Schaltverfahren läßt sich besonders gut durch elektromagnetisch betätigte Schalter verwirklichen, bei denen der Schaltmagnet vorteilhaft von der Stufenspannung oder vom Ausgleichsstrom selbst betätigt wird. Die beiden Stufenwähler 51 und 52 stehen in der Schaltung nach Fig. 7 a auf der gleichen Stufe. Der Laststrom verteilt sich auf die beiden Schalter 53 und 54 und fließt über den Ausschalter 55 in die Lastleitung 56. Es wird als Stromrichtung die Richtung des ausgezogenen Pfeiles angenommen. Für die Überschaltung auf die nächste Stufe werden die Kontakte 57 und 58 der Schalter 53 und 54 geöffnet, so daß sich nunmehr die Schaltung gemäß Fig. 7 b ergibt. Der Stufenwähler 52 ist stromlos und kann durch die Überschaltstellung Fig. 7 c auf die nächste Stufe Fig. 7 d geschaltet werden. Wenn der Stufenwähler 52 auf die nächste Stufe auftrifft, schaltet er den Ausgleichsstrom ein. Dieser soll die durch den gestrichelten Pfeil angedeutete Richtung haben. Er ist also mit dem Laststrom gleichsinnig und fließt über den Überschaltwiderstand 59 zur Regelwicklung zurück. Nunmehr wird, wie in Fig. 7e angedeutet ist, der Ausschalter 55 geöffnet, und zwar wird er von dem erfindungsgemäßen Steuerrelais ausgelöst. Dann fließt der Laststrom von Stufe 52 über den Schalter 54 und den Überschaltwiderstand 59 in die Lastleitung 56. Der Stufenwähler 51 ist damit stromlos, so daß er auf die benachbarte Stufe nachgestellt werden kann, wie Fig. 7 f andeutet. Die Schalter 53 und 54 werden wieder in die in Fig. 7 a dargestellte Ausgangsstellung zurückgeführt. Der Ausschalter 55 wird wieder geschlossen, so daß sich nunmehr die Schaltstellung 7 g ergibt. In gleicher Weise können die übrigen Stufen durchgeschaltet werden. Beim Zurückschalten in umgekehrter Richtung werden zunächst die Schalter 53 und 54 in die in Fig. 7h dargestellte Stellung gebracht. Der Stufenwähler 51 kann stromlos auf die vorhergehende Stufe umgelegt werden. Er schaltet den Stufenausgleichsstrom ein, der sich im Schalter 55 dem Laststrom in entgegengesetzter Richtung überlagert (vgl. Fig. 71). Der Ausgleichsstrom wird durch öffnen des Schalters 55 (Fig. 7 k) abgeschaltet, so daß auch der Stufenwähler 52 stromlos wird und dem Stufenwähler 51 nachgeschaltet werden kann, worauf man wieder die Schalter 53 und 54 und den Ausschalter 55 schließt, so daß sich die Grundstellung (Fig. 7 a) ergibt. Das Steuerrelais wird an den Laststromkreis ebenfalls über einen Stromwandler 60 angekoppelt, der in der Leitung des Ausschalters 55 liegt.

Um Uberschaltwiderstände zu sparen, läßt sich die Umschaltung von einer Stufe auf die andere auch mit einem Schalter erzielen, dessen schematische Darstellung in Fig. 8 enthalten ist. Die mit Anzapfungen versehene Regelwicklung 70 ist mit der festen Stufenkontaktbahn 71 verbunden. Die beweglichen Stufenwählerkontakte 72 und 73 können beispielsweise über Schleifschienen 74 mit den Umschalterkontakten 75 und 76 verbunden sein. An den Umschalter ist außerdem die Lastleitung JJ angeschlossen, die die Auslösung 78 für das Steuerrelais enthält, das der Umschalter 79, dessen bewegliche Kontakte mit einer Stange oder einem Gelenk 80 miteinander fest gekuppelt sind, von Kontakt 75 auf Kontakt 76 und umgekehrt in Abhängigkeit vom Augenblickswert des Laststromes umschaltet.

In der in Fig. 8 dargestellten Schaltstellung wurde der Stufenwähler 73 stromlos auf der Stufenkontaktbahn 71 fortgeschaltet. Wenn nun die Lastleitung Jj von dem Stufenwähler 72 auf den Stufenwähler 73 umgelegt werden soll, schaltet man das Steuerrelais, das über den Nebenschlußwiderstand oder Wandler 78 vom Laststrom gespeist wird, ein. Im Stromnulldurchgang bzw. kurz vor dem Stromnulldurchgang schaltet dann der Umschalter 79 von Kontakt 75 auf Kontakt 76 praktisch stromlos um. Seine Schaltgeschwindigkeit ist dabei so bemessen bzw. der Kontaktabriß erfolgt bei einem solchen Augenblickswert der Stromkurve, daß kein nennenswerter Lichtbogen auftritt und daß der bewegliche Kontakt bei auftretendem Spannungsmaximum schon einen so breiten Abstand vom feststehenden Gegenkontakt hat, daß die Netzspannung diese Strecke nicht mehr durchschlagen kann. Noch ehe der zu schaltende Laststrom eine nennenswerte Größe erreicht hat bzw. solange sich die Größe des Laststromes noch im Bereich des Stromnulldurchganges hält, schaltet der Umschalter 79 bereits die nächste Stufe ein. Bei dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel trifft der Umschalter 79 also bereits den Umschaltergegenkontakt 76, noch ehe der Laststrom eine nennenswerte Größe erreicht hat.

Es hat sich herausgestellt, daß sich die vorteilhafteste Lösung grundsätzlich ergibt, wenn man Schaltverfahren verwendet, bei denen nur ein Abschaltvorgang vorkommt. Dabei ist stets der Laststrom mit dem überlagerten Ausgleichsstrom zu schalten. Da der Ausgleichsstrom erst im Laufe des Umschaltvorganges auftritt, empfiehlt es sich, die beiden Ströme, Laststrom und Ausgleichsstrom, bereits vor der Überschaltung im Steuerrelais zu überlagern, d. h. es muß ein Hilfsstrom derart gebildet werden, daß die Überlagerungsspule des Steuerrelais bereits, ehe der Umschaltvorgang abläuft, mit einem dem Ausgleichsstrom in der Wirkung, d. h. in der Größe und in der Phase entsprechenden Strom erregt wird.

Der die gemäß der Erfindung gesteuerten Schalter enthaltende Kessel kann mit Druckgas oder mit öl gefüllt sein. Wenn im ersten Falle ein Lichtbogen auftritt, d. h. wenn das Steuerrelais versagt, tritt ein Überdruck auf, der Signal- oder Überwachungsvorrichtungen betätigt. Bei in ölkesseln eingesetzten Schaltern (Lastschaltern oder unter

Last zu schaltenden Stufenwählern) kann das in Störungsfällen durch die Schaltlichtbögen entwickelte Gas ein bekanntes Schwimmerrelais zum Ansprechen bringen, das Signaleinrichtungen betätigt oder den Schalterantrieb so steuert, daß der Schalter seine Umschaltung ohne Steuerrelais durchführt. Auch auf Ölströmung ansprechende bekannte Stauklappen können derartige Steueroder Signalstromkreise betätigen. Wenn sich der

ίο Schalterkessel auf Betriebspotential befindet, empfiehlt es sich, von den genannten Ansprechorganen (Auspuffklappe, Stauklappe oder Schwimmer) Fallgewichte oder federbelastete oder durch andere Kraftspeicher angetriebene Körper auszulosen, die erst ihrerseits Kontaktorgane für Niederspannung führende Steuerstromkreise betätigen, die von den Hochspannung führenden Teilen einen derartigen Isolierabstand haben, daß der Übertritt von Hochspannung in die Signal- und Steuerstromkreise ausgeschlossen ist.

Claims (19)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Lastschalteranordnung für Stufenregeleinrichtungen von Transformatoren, Drosseln oder Kondensatoren, bestehend aus einem oder mehreren zweckmäßig durch Kraftspeicher angetriebenen Leistungsschaltern, Schaltwiderständen bzw. -drosseln und Steuerrelais, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der Abschaltmoment der größeren Schaltbeanspruchungen unterworfenen Schalter durch ein von den Augenblickswerten der Stufenspannung oder des Schaltstromes beeinflußtes Relais bestimmt wird und daß die einzelnen Bauteile dieser Schalter, z. B. die Länge der Kontakthebel, die Übersetzung der Getriebe, die Federn und die Form der Kontakte, derart abgeglichen und gegebenenfalls einstellbar sind, daß die von der Impulsgabe durch das Relais bis zur Kontakttrennung verstreichende Zeit in einem gegebenen festen bzw. einstellbaren Verhältnis zur Schwingungsdauer des zu schaltenden Stromes steht.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakttrennung am Schalter in einem bestimmten oder einstellbaren Augenblick vor dem Nulldurchgang des Schaltstromes erfolgt.

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais bei einem gegebenen und vorteilhaft einstellbaren Augenblickswert, z. B. beim Nulldurchgang des Relaisstromes, einen Auslöseteil betätigt, der seinerseits erst den Antrieb des Schalters steuert oder auslöst.

4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Relais ein polarisiertes Relais verwendet wird, dessen Anker ein gleichstromerregter oder ein Dauermagnet ist, der beim Ansprechen die Schaltbewegung auslöst.

5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerrelais zwei Anker hat, von denen der erste Anker die gerichtete Vormagnetisierung des zweiten Ankers steuert, durch dessen Ansprechen die Kontaktbewegung ausgelöst wird.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Anker beim Ansprechen die Gleichstromerregung einer den zweiten Anker zusätzlich mit dem gerichteten Feld magnetisierenden Wicklung einschaltet.

7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Anker beim Ansprechen einen Dauermagneten an den zweiten Anker heranführt.

8. Anordnung nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Anker beim Ansprechen eine magnetische Blende betätigt, die das gerichtete Magnetfeld eines Dauermagneten oder einer gleichstromerregten Spule gegen den zweiten Anker ganz oder teilweise abschirmt.

9. Anordnung nach Anspruch 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung des ersten Ankers von der gleichen Spannungsquelle erregt wird, die auch den abzuschaltenden Strom treibt, und daß die Erregung während des Einschaltens des Schalterantriebes eingeschaltet wird bzw. bei Kraftspeicherantrieb eingeschaltet wird, wenn der Kraftspeicher aufgeladen ist.

10. Anordnung nach Anspruch 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Anker die Kontaktbewegung unmittelbar auf magnetischem oder elektrischem Wege steuert.

11. Anordnung nach Anspruch 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Anker den die Regelschalterkontakte sprunghaft schaltenden Kraftspeicher auf mechanischem oder elekrtischem Wege auslöst.

12. Anordnung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß vom Kraftspeicheraufzug ein das Steuerrelais einschaltender Kontakt, dessen Antrieb mit dem des Kraftspeicheraufzugs gekuppelt ist, nach vollendeter Aufladung geschlossen wird.

13. Anordnung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Konstanthaltung der Eigenzeit des Schalter trieb werkes und der Kontakte große Schwungmassen bzw. Federkräfte im Triebwerk wirksam sind, so daß die Reibung der Getriebeteile und die Reibung der Kontakte vernachlässigbar klein ist.

14. Anordnung nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zum Umschalten zwei Lastschalter und zwei Steuerrelais vorgesehen sind, von denen der eine nur den Laststrom nach Auslösung durch das eine Steuerrelais von einer Stufe auf die benachbarte Stufe umlegt, während der andere, dessen Auslösung durch das zweite Relais etwas später erfolgt, nur den durch Widerstand gedämpften Ausgleichsstrom und einen Teil des Laststromes schaltet.

15. Anordnung nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß außer den beiden

Stufenschaltern zwei Umschalter vorgesehen sind, von denen der erste die Lastleitung über einen Überschal twiderstand von einer Stufe auf die andere umschaltet und dabei nur den Ausgleichsstrom einschaltet, während der zweite beim Umlegen der Lastleitung von einer Stufe auf die nächste den Laststrom und den Ausgleichsstrom schaltet, und daß von der Summe der beiden Ströme nur ein Steuerrelais erregt ίο wird, das den zweiten Umschalter steuert.

16. Anordnung nach Anspruch ι bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerrelais zwei Wicklungen hat, von denen die eine vom Laststrom und die zweite von einem dem Ausgleichsstrom der Phasenlage entsprechenden proportionalen Strom erregt wird und den Ablauf des gesamten Schaltvorganges veranlaßt.

17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromrichtung in einer

ao der beiden Erregerwicklungen des Steuerrelais in Abhängigkeit vom Regelsinn (Bewegungsrichtung des Stufenwählers) umkehrbar ist.

18. Anordnung nach Anspruch 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltvorgänge dem Stufenwähler übertragen werden, jedoch die Abschaltvorgänge von besonderen Aus- oder Umschaltern vorgenommen werden, wobei das Steuerrelais im Stromkreis des Ausoder Umschalters liegt.

19. Anordnung nach Anspruch 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß im Schalterkessel bzw. in die Zuleitung zum Ausdehnungsgefäß eine an sich bekannte, auf Gasentwicklung oder ölströmung ansprechende Schwimmeranordnung oder Stauklappe oder eine durch den Gasdruck betätigte Auspuffklappe vorgesehen ist, die Signaleinrichtungen oder Steuerstromkreise zum Abschalten des Schalterantriebes oder zum Durchschalten des gestörten Schalterantriebes betätigt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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