EP3050067B1 - Stufenschalter - Google Patents

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EP3050067B1
EP3050067B1 EP14776854.3A EP14776854A EP3050067B1 EP 3050067 B1 EP3050067 B1 EP 3050067B1 EP 14776854 A EP14776854 A EP 14776854A EP 3050067 B1 EP3050067 B1 EP 3050067B1
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EP
European Patent Office
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preselector
switching
switching element
fine selector
switch
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP14776854.3A
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English (en)
French (fr)
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EP3050067A1 (de
Inventor
Uwe Kaltenborn
Thomas Strof
Christian Hurm
Anatoli Saveliev
Gerhard BÄUML
Alfred Bieringer
Eduard ZERR
Wolfgang Albrecht
Martin Hausmann
Andreas Stocker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Scheubeck GmbH and Co
Original Assignee
Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Maschinenfabrik Reinhausen GmbH, Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG filed Critical Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Publication of EP3050067A1 publication Critical patent/EP3050067A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3050067B1 publication Critical patent/EP3050067B1/de
Not-in-force legal-status Critical Current
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/0005Tap change devices
    • H01H9/0027Operating mechanisms
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F29/00Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00
    • H01F29/02Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with tappings on coil or winding; with provision for rearrangement or interconnection of windings
    • H01F29/04Variable 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/0005Tap change devices
    • H01H9/0011Voltage selector switches
    • HELECTRICITY
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    • H01H9/00Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/0005Tap change devices
    • H01H9/0016Contact arrangements for tap changers
    • HELECTRICITY
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    • H01H9/00Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/0005Tap change devices
    • H01H9/0038Tap change devices making use of vacuum switches

Definitions

  • the present invention relates to a tap changer, as is commonly used in a control transformer having at least one main winding and a control winding.
  • the tap changer has at least one fine selector for connecting a plurality of taps of the control winding and at least one connected to the main winding selection, via which the control winding is connected in different polarity with the parent winding.
  • By means of the tap changer series connection of the main winding with the control winding can be tapped according to the tapping of the control winding desired different voltages. In this way, it is possible to freely select the input / output voltage of the variable transformer in a desired range. It is needed for each phase of the three-phase current such a tap changer.
  • the tap changer is usually designed as a rotary switch.
  • the preselector and fine selector may be integrated on the axis of the rotary switch.
  • the fine selector is usually formed either by Fein hereleressore, which are arranged on different levels of a rotary switch. Each second tap of the control winding is connected alternately at each level. Between the arranged on both levels fine-selector contacts is switched by a known diverter switch, which usually has switching resistors. Such an arrangement is for example in the in DE 10 2009 060 132 described.
  • the fine selector can also be formed by a Fein Wegler prominence, which switches all arranged on a plane contacts the control winding. This fine-selection contact can also have switching resistances.
  • the fine selector itself can be connected to the preselector, and the switching operation of the preselector from one end of the control winding to the other end can be carried out with the aid of the fine selector, by one end of the control winding. is switched to the other end via all taps of the control winding.
  • the advantage lies in the fact that the fine selector can switch at least largely gas-free and uninterrupted between the individual taps by a diverter switch or by an auxiliary switch.
  • the switching can not take place over the entire winding of the control winding, but always only from one tap to the next, so that the potential difference when switching from one tap to another is significantly lower.
  • a control winding has ten taps
  • a diverter switch is often provided with fine selectors, so that the switching between the taps of the control winding is not only gas-free but also uninterrupted feasible.
  • the switchover of the preselector to the other end of the control winding is potential-free, that is without an arc. The invention thus enables an arc-free and therefore gas-free switching of the preselector by means of the fine selector.
  • the electrical connection between the preselector and the fine selector is preferably a direct electrical connection, eg a line or a conductor track.
  • electrical components such as: electrical filters, coils, resistors, capacitors, etc. may also be arranged in addition to the coupling switch.
  • the preselector has at least one movable switching element and two switching contacts which can be contacted by the switching element, wherein the electrical connection permanently contacts the switching element.
  • the switching element is regularly connected to the main winding and the switch contacts with the two ends of the control winding. The electrical connection thus connects the switching element of the preselector with the main winding and the fine selector.
  • the preselector comprises at least one switching element which is mechanically or electrically coupled to at least one switching element of the coupling switch.
  • the coupling is designed such that the switching element of the preselector is placed after closing the switching element of the coupling switch in a neutral position in which the selection is connected to neither of the two ends of the control winding. This has the purpose to exclude the selection from the entire switching process, which is now realized by the fine selector itself.
  • the coupling is designed such that the switching element of the coupling switch opens after closing the switching element of the preselector. If at the end of the switching, the switching element of the preselector is contacted with the other end of the control winding to which the fine selector has previously switched, the coupling switch is thus automatically opened.
  • the gas-free switching of the fine-vote can be done by a known diverter switch. It is also possible to use a fine selector without diverter switch, which switches in one plane. This usually has a Fein StrukturlerCount with Kochschaltwidermayn, to ensure in this way a gas-free switching from one tap to the next. However, instead of or in addition to the switching resistors, it can also be provided with one or more vacuum switches. In this context, it should be noted that the diverter switch is often located in its own oil and gas-tight vessel.
  • the diverter switch has at least one transient resistance to make the transition phase of switching from one tap to the next uninterruptible.
  • the control winding remains in contact with the main winding, so that no voltages can occur, for example due to the capacitive coupling of the control winding relative to the main winding.
  • the fine selectors may have a diverter switch, as in the DE 10 2009 060 132 is described. This allows gas-free switching operations of the fine selection.
  • the tap changer ie the preselector and / or the fine selector is designed as a rotary switch.
  • a rotary switch Such an arrangement has proven to be advantageous for power transformers, which are used in particular in the field of power supply. If several phases of a transformer to be switched simultaneously, the corresponding phases in different levels of the rotary switch can be arranged one behind the other. For example, all three phases of a three-phase current can be switched simultaneously.
  • the tap changer ie the preselector and / or the fine selector, is designed as a snap-action switch, which enables short switching operations and reduces the transitional time of the switching from one tap to the next.
  • the preselector is designed as a reverser whose switching element is designed for connection to the main winding and whose two switching contacts are designed for contacting the two ends of the control winding. Such a selection is circuitry very easy to implement and also reliable.
  • Wender the final position of the preselector
  • the coupling switch is switched to switch the preselector from its open normal position to a closed switching position. Since the coupling switch is closed only for switching the preselector or Wenders, the closed position is also called switching position.
  • the preselection is now switched to a non-contacting neutral position. Since the control winding is connected via the fine selector to the main winding and the switchover is to be performed by means of the fine selector, the preselector must be brought into the non-contacting neutral position, otherwise a potential difference between the inverter and the fine selector occurs, via the electrical connection and the coupling switch would be closed shortly. Now the fine selector is switched through all taps of the control winding to the other end of the control winding. This switching is done, as already mentioned, by means of the possibly existing auxiliary contacts or by means of a known diverter switch at least substantially free of gas. When the tap changer has reached the other end position on the control winding, the preselector is also switched to the new end position. Here, the preselector is due to the closed coupling contact at the same potential as the fine selector. Now the coupling switch is opened again to its normal position. This completes the arc and gas-free switching of the preselector.
  • the switching element of the preselector is coupled to the switching element of the coupling switch in order to automate the sequence of operation of the inverter and coupling switch and thus to make error-free.
  • the switching times for example, the times can be set, in which both switching elements are closed before one of the two switching elements opens again. By coupling thus dead times in the switching operations can be minimized.
  • an electrical or electronic control for the operation of the switching elements of the inverter and / or the coupling switch can be used.
  • the control transformer 10 includes a main winding 12 and a control winding 14 with a plurality of taps 16.
  • a tap changer 17 is arranged, which consists of a preselector 20 and a fine selector 18.
  • the fine selector 18 in turn consists of fine selector contacts 32, 34 and a diverter switch 24 which switches between the fine-selection contacts 32, 34.
  • the preselector 20 is designed as a turner. The preselector 20 connects the control winding 14 to the main winding 12 in the desired polarity, and the fine selector 18 selects via the fine selector contacts 32, 34 to be connected taps 16 of the control winding 14, wherein the switching between the Fein WeglerCounten 32, 34 in this embodiment via the diverter switch 24 takes place.
  • the main winding 12 is connected to the switching element 22 of the preselector 20, while the switching contacts 21, 23 are connected to the ends of the control winding 14.
  • the switching element 22 of the preselector 20 thus connects either one of the two ends of the control winding via the switch contacts 21, 23 with the main winding 12 or it remains in a non-contacting neutral position, as in Fig. 2c and 2d is shown.
  • the fine selector 18 is connected via a diverter switch 24 to a load discharge line 28.
  • the diverter switch 24 has a slide switch, which contacts the two fine-selection contact 32, 34 alternately under a short transition phase using transition resistances 30 of the diverter switch 24.
  • the diverter switch 24 thus contains two overshoot resistors 30, one of which is connected to a respective fine-selection contact 32, 34. In this way, the sliding switching element 26 moves over four contacts of the diverter switch 24, wherein with the interposition of the switching resistors 30 of a tap 16 to the next tap 16 of the control winding 14 is switched.
  • the taps to be connected are pre-selected by the voltage selector contacts 32, 34 de-energized.
  • the sliding switching element 26 moves from the illustrated right end position in the diverter switch 24 to the left end position (dashed line) and vice versa.
  • the tap changer 17 can also be designed as a so-called load selector, in which the fine selector 18 consists of the diverter switch 24 and the fine selector contacts 32, 34.
  • the preselection of the tap to be connected 16 and the load switching is performed in one step.
  • the fine selector 18 is now connected via an electrical connection 36 to the preselector (inverter) 20, preferably to its switching element 22.
  • a coupling switch 38 is arranged, with which the connection between the load dissipation 28 of the diverter switch 24 and the main winding 12 can be interrupted.
  • the switching element 40 of the coupling switch 38 is preferably coupled via a mechanical or electrical coupling 42 with the switching element 22 of the inverter 20, whereby their activity can be synchronized.
  • the switching element may be formed as a vacuum interrupter or snap contact.
  • the diverter switch 24 is in the schematic drawing sequences of Fig. 2a-2f shown only very schematically.
  • Fig. 2a shows the normal operating position of the tap changer 17, in which the coupling switch 38 is open, so that the voltage at the Lastab effet 28 of the diverter switch 24 corresponds to the voltage corresponding to the tap 16 of the control winding 14 and the corresponding voltage component of the main winding 12.
  • the coupling switch 38 For switching over the preselector 20, that is, for switching the polarization of the control winding 14, the coupling switch 38 is closed ( Fig. 2b ), When the fine selector 18 is located on the contact position of the Wenders 20 corresponding winding tap 16 of the control winding 14. Now, the switching element 22 of the inverter 20 is switched to a non-contacting neutral position, as in Fig. 2c is shown.
  • the switching elements 40 of the coupling switch 38 and the switching element 22 of the inverter 20 may be coupled together, so that the opening and closing of the switching elements coupled, that is inevitably synchronized.
  • the actuation can in a preferred embodiment via a transmission (not shown here), which is arranged between the diverter switch and selector, take place.

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  • Housings And Mounting Of Transformers (AREA)
  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stufenschalter, wie er üblicherweise in einem Regeltransformator eingesetzt wird, der wenigstens eine Stammwicklung und eine Regelwicklung aufweist. Der Stufenschalter hat wenigstens einen Feinwähler zum Beschalten mehrerer Anzapfungen der Regelwicklung als auch wenigstens einen mit der Stammwicklung verbundenen Vorwähler, über welchen die Regelwicklung in unterschiedlicher Polung mit der Stammwicklung verbindbar ist. Durch die mittels des Stufenschalters erfolgte Serienschaltung der Stammwicklung mit der Regelwicklung lassen sich entsprechend der Anzapfung der Regelwicklung gewünschte unterschiedliche Spannungen abgreifen. Auf diese Weise ist es möglich, die Ein/Ausgangsspannung des Regeltransformators in einem gewünschten Bereich frei zu wählen. Es wird für jede Phase des Drehstroms eine derartiger Stufenschalter benötigt. Der Stufenschalter ist üblicherweise als Drehschalter ausgebildet. Der Vorwähler und Feinwähler können auf der Achse des Drehschalters integriert ausgebildet sein. Der Feinwähler ist üblicherweise entweder durch Feinwählerkontakte gebildet, die auf unterschiedlichen Ebenen eines Drehschalters angeordnet sind. Auf jeder Ebene ist jeweils alternierend jede zweite Anzapfung der Regelwicklung geschaltet. Zwischen den auf beiden Ebenen angeordneten Feinwählerkontakten wird durch einen an sich bekannten Lastumschalter umgeschaltet, der in der Regel Überschaltwiderstände aufweist. Eine derartige Anordnung ist z.B. in der in der DE 10 2009 060 132 beschrieben. Der Feinwähler kann jedoch auch durch einen Feinwählerkontakt gebildet sein, der alle auf einer Ebene angeordneten Kontakte der Regelwicklung schaltet. Auch dieser Feinwählerkontakt kann Überschaltwiderstände aufweisen.
  • Ein Problem besteht nun insbesondere beim Umschalten des Vorwählers, d.h., wenn mittels des Vorwählers die Polung der Regelwicklung geändert werden soll. Hierbei wird die Verbindung des Vorwählers mit einem ersten Wicklungsende der Regelwicklung auf eine Verbindung mit dem zweiten Wicklungsende der Regelwicklung umgeschaltet. Dieser Umschaltvorgang wird zwar in der Regel stromlos durchgeführt, dennoch werden sowohl in der Stammwicklung als auch in der Regelwicklung Spannungen induziert, die zusammen mit der kapazitiven Kopplung der Wicklungen zueinander und zur Erde zu einem Lichtbogen und damit zu einer Gaserzeugung beim Umschalten des Vorwählers führen können.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Stufenschalter zu schaffen, der ein zumindest weitgehend gasfreies Umschalten des Vorwählers ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Stufenschalter gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der zugeordneten Unteransprüche. Die Erfindung wird weiterhin durch ein Verfahren gemäß Anspruch 4 gelöst.
  • Durch diesen Koppelschalter kann nun der Feinwähler selbst mit dem Vorwähler verbunden werden, und der Umschaltvorgang des Vorwählers von einem Ende der Regelwicklung zum anderen Ende kann unter Zuhilfenahme des Feinwählers durchgeführt werden, indem von einem Ende der Regelwicklung z.B. über alle Anzapfungen der Regelwicklung zum anderen Ende geschaltet wird. Der Vorteil liegt hierbei darin begründet, dass der Feinwähler durch einen Lastumschalter oder durch einen Hilfsschalter zumindest weitgehend gasfrei und unterbrechungslos zwischen den einzelnen Anzapfungen schalten kann. Zudem kann die Umschaltung nicht über die gesamte Wicklung der Regelwicklung, sondern jeweils immer nur von einer Anzapfung zur nächsten erfolgen, so dass die Potentialdifferenz beim Umschalten von einer Anzapfung zur anderen bedeutend geringer ist. Wenn beispielsweise eine Regelwicklung zehn Anzapfungen hat, so liegt beim Umschalten von einer Anzapfung zur nächsten jeweils nur ein Zehntel der Potentialdifferenz der gesamten Spannung der Regelwicklung an. Des Weiteren ist oft bei Feinwählern ein Lastumschalter vorgesehen, so dass die Umschaltung zwischen den Anzapfungen der Regelwicklung nicht nur gasfrei sondern auch unterbrechungsfrei durchführbar ist. Während des Umschaltens des Feinwählers über die Anzapfungen verbleibt der Vorwähler in Neutralstellung, in welcher er keines der beiden Enden der Regelwicklung kontaktiert. Da der Vorwähler über die Verbindung mit dem geschlossenen Koppelschalter auf dem gleichen Potential liegt wie die Ableitung des Feinwählers, erfolgt das Umstellen des Vorwählers auf das andere Ende der Regelwicklung potentialfrei, das heißt ohne Lichtbogen. Durch die Erfindung wird somit ein lichtbogenfreies und damit gasfreies Umschalten des Vorwählers mittels des Feinwählers ermöglicht.
  • Die elektrische Verbindung zwischen Vorwähler und Feinwähler ist vorzugsweise eine direkte elektrische Verbindung, z.B. eine Leitung oder eine Leiterbahn. In der elektrischen Verbindung können jedoch auch neben dem Koppelungsschalter elektrische Bauelemente wie z.B.: elektrische Filter, Spulen, Widerstände, Kondensatoren etc. angeordnet sein. Vorzugsweise hat der Vorwähler wenigstens ein bewegbares Schaltelement und zwei Schaltkontakte, die von dem Schaltelement kontaktierbar sind, wobei die elektrische Verbindung das Schaltelement dauerhaft kontaktiert. Das Schaltelement ist regelmäßig mit der Stammwicklung verbunden und die Schaltkontakte mit den beiden Enden der Regelwicklung. Die elektrische Verbindung verbindet somit das Schaltelement des Vorwählers mit der Stammwicklung und dem Feinwähler. Da der Feinwähler beim Umschalten des Vorwählers das gleiche Ende der Regelwicklung wie das Schaltelement des Vorwählers kontaktiert, führt dies dazu, dass die Trennung des Schaltelements des Vorwählers von dem Schaltkontakt in eine neutrale, nicht kontaktierende Stellung potentialfrei verläuft, und damit ohne die Erzeugung eines Lichtbogen und entsprechenden Gaseintrag in ein umgebendes Kühlmedium, z.B. Öl.
  • Vorzugsweise weist der Vorwähler wenigstens ein Schaltelement auf, das mechanisch oder elektrisch mit wenigstens einem Schaltelement des Koppelschalters gekoppelt ist. Auf diese Weise kann die korrelierte Tätigkeit der beiden Schaltelemente des Vorwählers und des Koppelschalters auf einfache Weise miteinander verknüpft werden, so dass Fehlbedienungen ausgeschlossen werden. So wird vorzugsweise die Kopplung derart konzipiert, dass das Schaltelement des Vorwählers nach dem Schließen des Schaltelements des Koppelschalters in eine Neutralstellung gestellt wird, in der der Vorwähler mit keiner der beiden Enden der Regelwicklung verbunden ist. Dies hat den Zweck, den Vorwähler aus dem gesamten Umschaltprozess auszuklammern, der nun durch den Feinwähler selbst realisiert wird.
  • Weiter ist in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Kopplung derart konzipiert, dass das Schaltelement des Koppelschalters nach dem Schließen des Schaltelements des Vorwählers öffnet. Wenn am Ende der Umschaltung das Schaltelement des Vorwählers mit dem anderen Ende der Regelwicklung kontaktiert wird, auf welches der Feinwähler vorher umgeschaltet hat, wird somit automatisch der Koppelschalter geöffnet.
  • Wie bereits oben erwähnt, kann das gasfreie Schalten des Feinwählers durch einen an sich bekannten Lastumschalter erfolgen. Es ist auch möglich, einen Feinwähler ohne Lastumschalter zu verwenden, der in einer Ebene schaltet. Dieser hat üblicherweise einen Feinwählerkontakt mit Überschaltwiderständen, um auf diese Weise ein gasfreies Umschalten von einer Anzapfung zur nächsten zu gewährleisten. Er kann jedoch statt oder zusätzlich zu den Überschaltwiderständen auch mit einem oder mehreren Vakuumschaltern versehen sein. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass sich der Lastumschalter oft in einem eigenen öl- und gasdichten Gefäß befindet.
  • Vorzugsweise hat der Lastumschalter wenigstens einen Überschaltwiderstand, um die Übergangsphase des Umschaltens von einer Anzapfung zur nächsten unterbrechungsfrei zu machen. Hierdurch bleibt die Regelwicklung mit der Stammwicklung kontaktiert, so dass keine Spannungen z.B. durch die kapazitive Ankopplung der Regelwicklung relativ zu Stammwicklung auftreten können. Vorzugsweise kann der Feinwählern ein Lastumschalter haben, wie er in der DE 10 2009 060 132 beschrieben ist. Dies ermöglicht gasfreie Schaltvorgänge des Feinwählers.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Stufenschalter, d.h. der Vorwähler und/oder der Feinwähler als Drehschalter ausgebildet. Eine derartige Anordnung hat sich für Leistungstransformatoren, die insbesondere im Bereich der Stromversorgung Verwendung finden, als vorteilhaft herausgebildet. Wenn mehrere Phasen eines Transformators gleichzeitig geschaltet werden sollen, können die entsprechenden Phasen in unterschiedlichen Ebenen des Drehschalters hintereinander angeordnet werden. So lassen sich beispielsweise alle drei Phasen eines Drehstroms gleichzeitig schalten.
    Vorzugsweise ist der Stufenschalter, d.h. der Vorwähler und/oder der Feinwähler, als Schnappschalter ausgebildet, was kurze Schaltvorgänge ermöglicht und die Übergangszeit des Schaltens von einer Anzapfung zur nächsten reduziert.
    Vorzugsweise ist der Vorwähler als Wender ausgebildet, dessen Schaltelement zur Verbindung mit der Stammwicklung konzipiert ist und dessen beide Schaltkontakte zur Kontaktierung der beiden Enden der Regelwicklung konzipiert sind. Ein derartiger Vorwähler ist schaltungstechnisch sehr einfach zu realisieren und außerdem zuverlässig.
  • In einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Umschalten des Vorwählers eines Stufenschalters in einem Regeltransformator der vorstehend beschriebenen Art wird folgende Abfolge von Schritten durchgeführt: a) der Feinwähler wird, falls erforderlich, auf die Endposition des Vorwählers (nachfolgend kurz: Wender) an der Regelwicklung gefahren. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass sich der Feinwähler auf dem gleichen Potential befindet wie der Wender, wenn der Koppelschalter geschlossen wird. Ist dies nicht der Fall, so kann es zu einem Kurzschluss entsprechend der Potentialdifferenz zwischen dem Ende der Regelwicklung kommen, an welchem der Wender kontaktiert und der Anzapfung, in welcher sich der Stufenschalter gerade befindet.
  • Der Koppelschalter wird für das Umschalten des Vorwählers von seiner offenen Normalstellung in eine geschlossene Umschaltstellung geschaltet. Da der Koppelschalter nur für das Umschalten des Vorwählers bzw. Wenders geschlossen wird, wird die geschlossene Stellung auch Umschaltstellung genannt wird.
  • Der Vorwähler wird nun in eine nicht kontaktierende Neutralstellung geschaltet. Da die Regelwicklung über den Feinwähler mit der Stammwicklung verbunden ist und die Umschaltung mittels des Feinwählers durchgeführt werden soll, muss der Vorwähler in die nicht kontaktierende Neutralstellung gebracht werden, da andernfalls eine Potentialdifferenz zwischen dem Wender und dem Feinwähler auftritt, die über die elektrische Verbindung und den Koppelschalter kurz geschlossen würde. Nun wird der Feinwähler über alle Anzapfungen der Regelwicklung auf das andere Ende der Regelwicklung durchgeschaltet. Dieses Durchschalten erfolgt, wie bereits erwähnt, mittels der eventuell vorhandenen Hilfskontakte oder mittels eines an sich bekannten Lastumschalters zumindest weitgehend gasfrei. Wenn der Stufenschalter die andere Endposition an der Regelwicklung erreicht hat, wird auch der Vorwähler auf die neue Endposition geschaltet. Hierbei liegt der Vorwähler aufgrund des geschlossenen Koppelkontakts auf dem gleichen Potential wie der Feinwähler. Nun wird der Koppelschalter wieder in seine Normalstellung geöffnet. Hiermit ist die lichtbogen- und gasfreie Umschaltung des Vorwählers abgeschlossen.
  • Um das Verfahren zu vereinfachen, kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass das Schaltelement des Vorwählers mit dem Schaltelement des Koppelschalters gekoppelt ist, um damit die Abfolge der Betätigung von Wender und Koppelschalter zu automatisieren und damit fehlerfrei zu machen. Auf diese Weise können sich auch die Schaltzeiten, zum Beispiel die Zeiten einstellen lassen, in denen beide Schaltelemente geschlossen sind, bevor eines der beiden Schaltelemente wieder öffnet. Durch die Kopplung können somit auch Totzeiten bei den Schaltvorgängen minimiert werden. Selbstverständlich kann auch eine elektrische oder elektronische Steuerung für die Betätigung der Schaltelemente des Wenders und/oder des Koppelschalters verwendet werden.
  • Die obigen Ausführungsformen der Erfindung sind in beliebiger Weise kombinierbar.
  • Die Erfindung wird nun beispielsweise anhand der schematischen Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen:
  • Fig. 1
    ein Schaltbild eines Stufenschalters eines Regeltransformators mit Stammwicklung und Regelwicklung, welcher Stufenschalter einen Vorwähler, Feinwähler, Lastumschalter und Koppelschalter aufweist,
    Fig. 2a-f
    eine Serie von Schaltbildern zur Verdeutlichung des Umschaltens des Vorwählers mit Hilfe des Feinwählers, z.B. in einem Regeltransformators aus Fig. 1.
  • Der Regeltransformator 10 enthält eine Stammwicklung 12 und eine Regelwicklung14 mit mehreren Anzapfungen 16. In dem Regeltransformator 10 ist ein Stufenschalter 17 angeordnet, der aus einem Vorwähler 20 und einem Feinwähler 18 besteht. Der Feinwähler 18 wiederum besteht aus Feinwählerkontakten 32, 34 und einem Lastumschalter 24, der zwischen den Feinwählerkontakten 32, 34 umschaltet. Der Vorwähler 20 ist als Wender ausgeführt. Der Vorwähler 20 verbindet die Regelwicklung 14 mit der Stammwicklung 12 in gewünschter Polarität, und der Feinwähler18 wählt über die Feinwählerkontakte 32, 34 die zu beschaltenden Anzapfungen 16 der Regelwicklung 14 vor, wobei das Umschalten zwischen den Feinwählerkontakten 32, 34 in diesem Ausführungsbeispiel über den Lastumschalter 24 erfolgt. Die Stammwicklung 12 ist mit dem Schaltelement 22 des Vorwählers 20 verbunden, während dessen Schaltkontakte 21, 23 mit den Enden der Regelwicklung 14 verbunden sind. Das Schaltelement 22 des Vorwählers 20 verbindet somit wahlweise eines der beiden Enden der Regelwicklung über die Schaltkontakte 21, 23 mit der Stammwicklung 12 oder es verbleibt in einer nicht kontaktierenden Neutralstellung, wie dies in Fig. 2c und 2d gezeigt ist.
  • Der Feinwähler18 ist über einen Lastumschalter 24 mit einer Lastableitung 28 verbunden. Der Lastumschalter 24 verfügt über einen Gleitschalter, der die beiden Feinwählerkontakt 32, 34 unter einer kurzen Übergangsphase unter Nutzung von Überschaltwiderständen 30 des Lastumschalters 24 alternierend kontaktiert. Der Lastumschalter 24 enthält somit zwei Überschaltwiderstände 30, von denen jeweils einer mit jeweils einem Feinwählerkontakt 32, 34 verbunden ist. Auf diese Weise fährt das Gleitschaltelement 26 über vier Kontakte des Lastumschalters 24, wobei unter Zwischenschaltung der Überschaltwiderstände 30 von einer Anzapfung 16 zur nächsten Anzapfung 16 der Regelwicklung 14 umgeschaltet wird. Vor der eigentlichen Umschaltung im Lastumschalter 24 werden die zu beschaltenden Anzapfungen spannungslos von den Feinwählerkontakten 32, 34 vorgewählt. Mit jedem Umschalten fährt somit das Gleitschaltelement 26 von der dargestellten rechten Endposition im Lastumschalter 24 auf die linke Endposition (gestrichelte Darstellung) und vice versa. Im Lastumschalter 24 können auch andere Bauteile und Schaltfolgen verwendet werden, z.B. Vakuumschaltröhren mit Hilfsschaltern. Weiterhin kann der Stufenschalter 17 auch als sog. Lastwähler ausgebildet sein, bei dem der Feinwähler 18 aus dem Lastumschalter 24 und den Feinwählerkontakten 32, 34 besteht. Hier wird die Vorwahl der zu beschaltenden Anzapfung 16 und die Lastumschaltung in einem Schritt durchgeführt.
  • Erfindungsgemäß sind nun der Feinwähler 18 über eine elektrische Verbindung 36 mit dem Vorwähler (Wender) 20, vorzugsweise mit dessen Schaltelement 22 verbunden. In dieser Verbindung 36 ist ein Koppelschalter 38 angeordnet, mit welchem sich die Verbindung zwischen der Lastableitung 28 des Lastumschalters 24 und der Stammwicklung 12 unterbrechen lässt. Das Schaltelement 40 des Koppelschalters 38 ist vorzugsweise über eine mechanische oder elektrische Kopplung 42 mit dem Schaltelement 22 des Wenders 20 gekoppelt, womit deren Tätigkeit synchronisiert werden kann. Das Schaltelement kann als Vakuumschaltröhre oder Schnappkontakt ausgebildet sein. Das Umschalten des Wenders in einem oben beschriebenen Stufenschalter 17 wird in den nachfolgenden Fig. 2a-2f erläutert.
  • In den Figuren sind identische oder funktionsgleiche Teile mit den identischen Bezugszeichen versehen. Der Lastumschalter 24 ist in den schematischen Zeichnungsabfolgen der Fig. 2a-2f nur sehr schematisch dargestellt.
  • Fig. 2a zeigt die normale Betriebsstellung des Stufenschalters 17, in welchem der Koppelschalter 38 geöffnet ist, so dass die Spannung an der Lastableitung 28 des Lastumschalters 24 der Spannung entsprechend der Anzapfung 16 der Regelwicklung 14 und dem entsprechenden Spannungsanteil der Stammwicklung 12 entspricht.
  • Zum Umschalten des Vorwählers 20, das heißt zum Umschalten der Polarisierung der Regelwicklung 14, wird der Koppelschalter 38 geschlossen (Fig. 2b), wenn der Feinwähler 18 auf der der Kontaktposition des Wenders 20 entsprechenden Wicklungsanzapfung 16 der Regelwicklung 14 liegt. Nun wird das Schaltelement 22 des Wenders 20 in eine nicht kontaktierende neutrale Position geschaltet, wie es in Fig. 2c gezeigt ist. Die Schaltelemente 40 des Koppelschalters 38 und das Schaltelement 22 des Wenders 20 können miteinander gekoppelt sein, so dass das Öffnen und Schließen der Schaltelemente gekoppelt, das heißt zwangsläufig synchronisiert erfolgt. Die Betätigung kann in einer bevorzugten Ausführungsform über ein Getriebe (hier nicht dargestellt), das zwischen Lastumschalter und Wähler angeordnet ist, erfolgen. Weiterhin ist es möglich, dass die Betätigung direkt vom Vorwähler 20 abgegriffen wird. Auf diese Weise ist eine Fehlbedienung der entsprechenden Schaltelemente ausgeschlossen. In der in Fig. 2c dargestellten Umschaltphase ist nun die Regelwicklung 14 allein über den Feinwähler 18 und Lastumschalter 24 mit der Stammwicklung 12 verbunden. Nun fährt der Feinwähler 18 mittels der Feinwählerkontakt 32, 34 in Verbindung mit der Betätigung des Lastumschalters 24 an die andere Endposition der Regelwicklung 14, wie es in Fig. 2d dargestellt ist. Der Lastumschalter 24 schaltet dabei immer zwischen den beiden Feinwählerkontakten 32, 34 hin und her, nach dem der Feinwähler die "nächste" Anzapfung vorgewählt hat. Wenn der Feinwähler die Schaltung zum anderen Ende der Regelwicklung 14 durchgeschaltet hat, wird wiederum das Schaltelement 22 des Wenders 20 in Kontaktstellung zu dem unteren Ende der Regelwicklung 14 geschaltet, an dem der Feinwähler 18 und der Lastumschalter 24 anliegen. Da der Wender 20, die Stammwicklung 12 und den Feinwähler 18 mit dem Lastumschalter 24 über den geschlossenen Koppelkontakt 38 auf dem gleichen Spannungsniveau liegen, erfolgt auch dieser Umschaltvorgang des Wenders 20 potentialfrei, das heißt ohne Erzeugung eines Lichtbogens und damit gasfrei. Nach dem Umschalten des Wenders gemäß Fig. 2e wird nun wieder der Koppelschalter 38 geöffnet, wie es in Fig. 2f dargestellt ist. Der Regeltransformator 10 hat nun wieder seine normale Betriebsposition erreicht Feinwähler.
  • Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann innerhalb des Schutzbereichs der nachfolgenden Ansprüche variiert werden. Hierbei können anstatt mechanischer Schaltkontakte wie z.B. Vakuumschaltröhren auch Halbleiterschaltelementen wie z.B. IGBT's verwendet werden. Diese Halbleiterschaltelemente könne im Feinwähler 18, Lastumschalter 24, Vorwähler 20 und den Feinwählerkontakten 32, 34 zum Schalten eingesetzt werden.

Claims (4)

  1. Stufenschalter (17), aufweisend
    - einen Vorwähler (20), der wenigstens ein bewegbares Schaltelement (22) und zwei Schaltkontakte (21, 23) aufweist, die von dem Schaltelement (22) kontaktierbar sind;
    - einen Feinwähler (18), der zwei Feinwählerkontakte (32, 34) und eine Lastableitung (28) aufweist, die wahlweise mit jedem Feinwählerkontakt (32, 34) verbunden werden kann;
    - eine elektrische Verbindung (36) zwischen dem Vorwähler (20) und dem Feinwähler (18), in welcher mindestens ein Koppelschalter (38) angeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, dass
    - die elektrische Verbindung (36) das Schaltelement (22) mit der Lastableitung (28) verbindet;
    - das Schaltelement (22) mechanisch oder elektrisch mit wenigstens einem Schaltelement (40) des Koppelschalters (38) gekoppelt ist;
    - die Koppelung derart konzipiert ist, dass das Schaltelement (22) des Vorwählers (20) nach dem Schließen des Schaltelements (40) des Koppelschalters (38) in eine nicht verbundene Neutralstellung gestellt werden kann und
    - die Koppelung derart konzipiert ist, dass das Schaltelement (40) des Koppelschalters (38) nach dem Schließen des Schaltelements (22) des Vorwählers (20) geöffnet werden kann.
  2. Stufenschalter (17) nach dem vorigen Anspruch, wobei
    - der Koppelschalter (38) über ein Getriebe, das zwischen Lastumschalter (24) und Feinwähler (18) angeordnet ist, betätigbar ist.
  3. Regeltransformator (10) mit wenigstens einer Stammwicklung (12), einer Regelwicklung (14) und einem Stufenschalter (17), der gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist, wobei
    - die Regelwicklung (14) mehrere Anzapfungen (16) aufweist, die von dem Feinwähler (18) beschaltbar sind;
    - der Vorwähler (20) die Regelwicklung (14) in gewünschter Polung mit der Stammwicklung (12) verbindet.
  4. Verfahren zum Umschalten eines Vorwählers (20) eines Stufenschalters (17), der gemäß einem der vorigen Ansprüche ausgebildet ist, aufweisend folgende Abfolge von Schritten:
    (a)der Feinwähler (18) wird, falls erforderlich, auf die Endposition des Vorwählers (20) an der Regelwicklung (14) gefahren;
    (b)der Koppelschalter (38) wird von einer offenen Normalstellung in eine geschlossene Umschaltstellung geschaltet;
    (c) der Vorwähler (20) wird in eine nicht kontaktierende Neutralstellung geschaltet;
    (d)der Feinwähler (18) wird über die Anzapfungen (16) der Regelwicklung (14) auf die entgegengesetzte Endposition an der Regelwicklung (14) durchgeschaltet;
    (e)der Vorwähler (20) wird auf die Endposition an der Regelwicklung (14) geschaltet, an welcher der Feinwähler (18) kontaktiert;
    (f) der Koppelkontakt (40)wird in seine Normalstellung geöffnet.
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