WO2020030445A1 - Laststufenschalter zur unterbrechungslosen umschaltung zwischen wicklungsanzapfungen eines stufentransformators sowie stufentransformator - Google Patents

Laststufenschalter zur unterbrechungslosen umschaltung zwischen wicklungsanzapfungen eines stufentransformators sowie stufentransformator Download PDF

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WO2020030445A1
WO2020030445A1 PCT/EP2019/070192 EP2019070192W WO2020030445A1 WO 2020030445 A1 WO2020030445 A1 WO 2020030445A1 EP 2019070192 W EP2019070192 W EP 2019070192W WO 2020030445 A1 WO2020030445 A1 WO 2020030445A1
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switch
changer
winding
main
auxiliary
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PCT/EP2019/070192
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Inventor
Christian Hammer
Original Assignee
Maschinenfabrik Reinhausen Gmbh
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/0005—Tap change devices
    • H01H9/0038—Tap change devices making use of vacuum switches
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F29/00—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00
    • H01F29/02—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with tappings on coil or winding; with provision for rearrangement or interconnection of windings
    • H01F29/04—Variable 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

Definitions

  • the invention relates to an on-load tap changer for uninterrupted switching between winding taps of a step transformer according to the center switching principle.
  • the invention further relates to a step transformer with an on-load tap changer.
  • a step transformer is known from EP 0 213 461 B1, in which each phase consists of two windings. These windings each have two coupled areas with taps.
  • a load selector a so-called integrated on-load tap changer, is connected to the taps in such a way that it first switches on the taps of one and then that of the other winding. This also applies to switching off the tapping. Switching from one tap to the next tap takes place in one step. The actual switchover is carried out via a contact system with three contacts and two contact resistors.
  • burn-off occurs at the discharge contacts and sliding contacts by commutating the load current.
  • the switching step when switching via the middle position does not change the voltage on the transformer.
  • the full control range voltage of the transformer sometimes occurs between step contacts and discharge contacts. This means that large distances are required at high voltages.
  • the object of the invention is therefore to provide an on-load tap changer for uninterrupted switching between winding taps of a step transformer according to the center switching principle, which avoids the disadvantages of the prior art and can thereby be constructed safely, cost-effectively and simply.
  • Another object of the invention is to provide a step transformer with a load step switch, which can also be constructed safely, inexpensively and simply.
  • the invention proposes an on-load tap changer for uninterrupted switching between winding taps of a step transformer according to the center switching principle, comprising: a load switch with a main branch and an auxiliary branch, a main switch in the main branch, an auxiliary switch and a current-limiting element in the auxiliary branch, which are connected in series; an auxiliary switch for closing and opening a circuit current, the auxiliary switch being connectable in the main branch parallel to the main switch and in the auxiliary branch parallel to the auxiliary switch.
  • the inventive idea is that when a switchover occurs, an auxiliary switch is connected in parallel to the main branch or auxiliary branch. As a result, it is not necessary for both the auxiliary branch and the main branch to have their own support switch. In other words, the support switch is borrowed from the main branch or from the auxiliary branch to open and close a circuit current. Due to the high demands placed on the auxiliary switches used to open and close a circuit current, they are very expensive. The fact that only one such switch is now used as an auxiliary switch makes the on-load tap-changer generally less expensive. The structure is also simplified by reducing the number of individual parts used.
  • the support switch In a static state, the support switch is either connected to the main branch or connected to the auxiliary branch, but never to the main branch and the auxiliary branch at the same time.
  • the assist switch, the auxiliary switch, the main switch and the sub-switches can be designed as vacuum interrupters, mechanical contacts or as semiconductor switching elements (IGBT, thyristor, GTO, etc.).
  • the current-limiting element can be designed as a constant resistor or variable resistor, for example resistor, varistor, temperature-dependent resistor, voltage-dependent resistor or coil.
  • the support switch can be activated via a first and a second auxiliary switch.
  • the first and second sub-switches can be designed as two-pole switches or bridge switches.
  • the bridge switch is designed either as a double bridge or a swing bridge.
  • the main branch is electrically conductively connected to a first and a second selector contact.
  • the selector contacts are arranged on a separate selector arm or in pairs on a selector arm. The selector contacts can either be operated in pairs or individually.
  • the auxiliary branch is electrically conductively connected to a third and a fourth selector contact.
  • the selector contacts are each arranged on a separate selector arm or in pairs on one selector arm. The selector contacts can either be operated in pairs or individually.
  • the on-load tap-changer has a selector for alternately powerless preselection of winding taps to be connected.
  • the voter contacts and voter arms are part of the voter.
  • the invention further proposes a step transformer with an on-load tap-changer which has at least one first main winding, at least one second main winding, at least one first regulating winding, at least one second regulating winding, the first and second regulating windings being connected via lines to a selector of the on-load tap-changer are connected and the main windings and the control windings are inductively coupled to one another.
  • the step transformer can be designed as a local network transformer and have three phases, each with two control windings and two main windings.
  • the drawings show in
  • FIG. 1 an on-load tap changer according to the invention in a step transformer
  • FIG. 2 an on-load tap changer according to the invention
  • FIG. 3a-m a switching sequence from one winding tap to an adjacent one
  • FIG. 4a-4i a switching sequence from one winding tap to an adjacent one
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of an on-load tap changer 10 for uninterrupted switching between winding taps N1-N5 of a step transformer 11 according to the center switching principle.
  • the on-load tap changer 10 is arranged in the interior of the step transformer 11.
  • the on-load tap changer 10 has a diverter switch 20 and a selector 30.
  • the step transformer 11 has a first main winding 70, a first control winding 71, a second main winding 80 and a second control winding 81.
  • the first and the second control winding 71, 81 are connected via lines 12 to the on-load tap-changer 10 and in particular the selector 30 of the on-load tap-changer 10.
  • the diverter switch 20 and the selector 30 are mechanically connected to one another here by way of example.
  • the on-load tap-changer 10 is actuated by means of a motor drive 13. This can be arranged on the outside of the step transformer 11 or in the interior thereof.
  • FIG. 2 shows an embodiment of the on-load tap changer 10 according to the invention with an embodiment of a diverter switch 20.
  • This has a main branch 40 and an auxiliary branch 50.
  • a first and a second selector contact 42, 43 are assigned to the main branch 40 of the diverter switch 20.
  • the main branch 40 also has a main switch 41.
  • the main branch 40 connects in the closed state, i.e. when the main switch 41 is closed, the second winding tap N2 of the second control winding 81 with the third winding tap N3 of the first control winding 71.
  • winding taps are numbered here by way of example with N1 to N5.
  • the odd-numbered taps N1, N3 and N5 are electrically conductively connected to the first regulating winding 71.
  • the even numbered taps N2 and N4 are included the second control winding 81 is electrically conductively connected.
  • the term “winding tapping” means that a line is routed from one of the control windings to a contact and is connected to it electrically and mechanically. This contact is contacted by the selector contacts 42, 43, 52, 53 when peeling, that is to say in the stationary or static state or during a switchover. For the sake of simplicity, however, only one winding tap is spoken of in the further description.
  • the electrically conductive connection takes place through the first main winding 70, a part of the first control winding 71, the third winding tap N3, the second selector contact 43, the main switch 41, the first selector contact 42, the second winding tap N2 and the second main winding 80.
  • the second control winding 81 has not yet been switched on. This is conductive when the fourth winding tap N4 is contacted by the voters 30.
  • the auxiliary branch 50 has a resistor 54 and an auxiliary switch 51, which are connected in series.
  • a third and a fourth selector contact 52, 53 are assigned to the auxiliary branch 50 of the diverter switch 20.
  • auxiliary branch 50 connects in the closed state, i.e. when the auxiliary switch 51 is closed, the second winding tap N2 of the second control winding 81 with the third winding tap N3 of the first control winding 71.
  • the electrically conductive connection is made by the first main winding 70, part of the first control winding 71, the third winding tap N3 , the fourth selector contact 53, the auxiliary switch 51, the resistor 54, the third selector contact 52, the second winding tap N2 and the second main winding 80.
  • Both the first and second selector contacts 42, 43 and the third and fourth selector contacts 52, 53 always contact two adjacent winding taps in the stationary state or static state, such as the second and third winding taps N2, N3 in FIG. 2. An even-numbered and an adjacent odd-numbered winding tap are always contacted here.
  • the winding taps N1 to N5 are assigned to different control windings such that when the on-load tap-changer 10 is actuated, part of the first control winding 71 and the second control winding 81 are alternately switched on or off, that is to say they are added to the main windings 70, 80 or not.
  • the main windings 70, 80 and the control windings 71, 81 are inductively coupled to one another.
  • the main windings 70, 80 are each arranged on the outside and the regulating windings 71, 81 are arranged next to one another between the main windings 70, 80. This particular connection or arrangement of the windings, the so-called step transformer is implemented according to the center switching principle.
  • the voltage occurring on freely oscillating winding parts is reduced.
  • the magnetic flow is distributed symmetrically across the height of the winding in half of the positions. In the other positions, the asymmetry is only one step. As a result, the forces acting on the windings in the event of a short circuit are low. If a center circuit is used instead of a center circuit, the design effort for the control winding is significantly greater.
  • the diverter switch 20 has a support switch 90 for closing and opening a circuit current.
  • the support switch 90 is connected in the main branch 40 parallel to the main switch 41 or in the auxiliary branch 50 parallel to the auxiliary switch 51.
  • the auxiliary switch 90 is switched on by means of a first and a second sub-switch 91, 92.
  • the auxiliary switch in a static state or stationary state may either be switched on in the main branch 40 or be switched on in the auxiliary branch 50, but never at the same time in the main branch 40 and the auxiliary branch 50.
  • the selector contacts 42, 43 of the main branch 40 and the selector contacts 52, 53 of the auxiliary branch 50 always contact the same adjacent winding taps, in FIG. 1, for example, winding taps N2 and N3. Because a resistor 54 is arranged in the auxiliary branch 50, the current flows from the first main winding 70 and the first secondary winding 71 through the main branch 40 to the second regulating winding 81 and the second main winding 80.
  • FIG. 3a-3m a switching operation of the on-load tap changer 10 is shown, in particular the connection of a stage, that is to say a part of the second regulating winding 81, by contacting the winding taps N3 and N4.
  • the part of the control winding 81 that is not current-carrying is shown here in a shaded manner.
  • the winding taps N2 and N3 are electrically conductively connected via the main branch 40.
  • the auxiliary switch 51 in Fig. 3a is opened.
  • the support switch 90 is then opened in FIG. 3b.
  • the third selector arm 52 is moved from the second winding tap N2 to the third winding tap N3 and the fourth selector arm 53 is moved from the third winding tap N3 to the fourth winding tap N4, see FIG. 3c.
  • the selector arms 52, 53 can be moved individually or simultaneously, the order being irrelevant.
  • the support switch 90 is closed. A circular current Ic now arises, which flows through the on-load tap changer 10. The support switch 90 thus closes the circuit current or switches it on.
  • the auxiliary switch 51 is then closed, as shown in FIG. 3e.
  • the first and the second sub-switches 91, 92 are actuated in FIG. 3f, so that the support switch 90 is now connected in parallel to the main switch 41.
  • the main switch 41 is opened first.
  • the support switch 90 is then opened, see FIG. 3h.
  • the circuit current is opened, i.e. this no longer flows through the support switch 90.
  • the first selector arm 42 is moved from the second winding tap N2 to the third winding tap N3 and the second selector arm 43 is moved from the third winding tap N3 to the fourth winding tap N4.
  • the selector arms 42, 43 can be moved individually or simultaneously.
  • the support switch 90 is then closed, as shown in FIG. 3j. Due to the resistance 54 in the auxiliary branch 50, the current now flows via the main branch 40.
  • the main switch 41 is then closed, as shown in FIG. 3k.
  • the switchover is now complete and part of the second control winding 81 has been switched on.
  • the support switch 90 is closed.
  • a circulating current now arises, which flows through the on-load tap changer 10, so the support switch 90 closes the circulating current or this switches the circulating current on.
  • the main contact 41 is then closed.
  • the first and the second auxiliary switches 91, 92 are now actuated, so that the support switch 90 is now connected in parallel to the auxiliary switch 51.
  • the auxiliary switch 51 is then opened in FIG. 4f and the auxiliary switch 90 is subsequently opened.
  • the support switch 90 is opened, the circuit current is opened, ie it no longer flows through the support switch 90.
  • a part of the second regulating winding 81 has now been switched off, see FIG. 4g.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Housings And Mounting Of Transformers (AREA)

Abstract

Laststufenschalter (10) zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzap- fungen (N1-N5) eines Stufentransformators (11) nach dem Mittenschaltprinzip umfassend: einen Lastumschalter (20) mit einem Hauptzweig (40) und einem Hilfszweig (50), einen Hauptschalter (41) im Hauptzweig (40), einen Hilfsschalter (51) und ein strombegrenzendes Element (54) im Hilfszweig (50), die in Reihe geschaltet sind; einen Unterstützungsschalter (90) zum Schließen und Öffnen eines Kreisstroms, wobei der Unterstützungsschalter (90) in den Hauptzweig (40) parallel zum Hauptschalter (41) und in den Hilfszweig (50) parallel zum Hilfsschalter (51) zuschaltbar ist.

Description

LASTSTUFENSCHALTER ZUR UNTERBRECHUNGSLOSEN UMSCHALTUNG ZWISCHEN WICKLUNGSANZAPFUNGEN EINES STUFENTRANSFORMATORS SOWIE STUFENTRANSFORMATOR
Die Erfindung betrifft einen Laststufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwi- schen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators nach dem Mittenschaltprinzip. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Stufentransformator mit einem Laststufenschalter.
Aus der EP 0 213 461 B1 ist ein Stufentransformator bekannt, bei dem jede Phase aus zwei Wicklungen besteht. Diese Wicklungen weisen jeweils zwei miteinander gekoppelte Berei- che mit Anzapfungen auf. Ein Lastwähler, ein sog. integrierter Laststufenschalter, ist derart mit den Anzapfungen verbunden, dass dieser zunächst die Anzapfungen der einen und danach die der anderen Wicklung zuschaltet. Dies gilt ebenso für das Abschalten der An- zapfungen. Die Umschaltung von einer Anzapfung zu einer nächsten Anzapfung erfolgt in einem Schritt. Die eigentliche Umschaltung wird über ein Kontaktsystem mit drei Kontakten und zwei Überschaltwiderständen durchgeführt. Diese Ausführungsform weist folgende Nachteile auf:
Es werden zunächst alle Anzapfungen des einen Wicklungsteils ein- oder ausge- schaltet und danach die des anderen Wicklungsteils. Dies bewirkt ein unerwünschtes magnetisches Ungleichgewicht des Transformators.
Beim Bewegen über die Mittelstellung tritt an Ableitkontakten und Schleifkontakten Abbrand durch Kommutieren des Laststroms auf.
Der Schaltschritt beim Schalten über die Mittelstellung bewirkt keine Spannungsän- derung am Transformator.
Zwischen Stufenkontakten und Ableitkontakten tritt teilweise die volle Regelbereichs- Spannung des Transformators auf. Dies bedeutet, dass bei hohen Spannungen große Abstände erforderlich sind.
Aufgabe der Erfindung ist daher, einen Laststufenschalter zur unterbrechungslosen Um schaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators nach dem Mitten- schaltprinzip bereitzustellen, der die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und da- bei sicher, kostengünstig und einfach aufgebaut werden kann.
Diese Aufgabe wird durch einen Laststufenschalter gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprü- chen 2 - 10 beschrieben.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es einen Stufentransformator mit einem Laststufen- schalter bereitzustellen, der ebenfalls sicher, kostengünstig und einfach aufgebaut werden kann.
Diese Aufgabe wird durch einem Stufentransformator gemäß Anspruch 11 gelöst.
Die Erfindung schlägt einen Laststufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwi- schen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators nach dem Mittenschaltprinzip vor, umfassend: einen Lastumschalter mit einem Hauptzweig und einem Hilfszweig, einen Hauptschalter im Hauptzweig, einen Hilfsschalter und ein strombegrenzendes Element im Hilfszweig, die in Reihe geschaltet sind; einen Unterstützungsschalter zum Schließen und Öffnen eines Kreisstroms, wobei der Unterstützungsschalter in den Hauptzweig parallel zum Hauptschalter und in den Hilfs- zweig parallel zum Hilfsschalter zuschaltbar ist.
Die erfinderische Idee besteht darin, dass bei einer Umschaltung ein Unterstützungsschal- ter parallel zum Hauptzweig oder Hilfszweig geschaltet wird. Dadurch ist es nicht notwen- dig, dass sowohl der Hilfszweig als auch der Hauptzweig einen eigenen Unterstützungs- schalter aufweisen. In anderen Worten wird der Unterstützungsschalter also vom Haupt- zweig oder vom Hilfszweig, zum Öffnen und Schließen eines Kreisstroms ausgeliehen. Durch die hohen Anforderungen an die Unterstützungsschalter, die zum Öffnen und Schlie- ßen eines Kreisstroms verwendet werden, sind diese sehr teuer. Durch die Tatsache, dass nun nur noch ein einzelner solcher Schalter als Unterstützungsschalter verwendet wird, wird der Laststufenschalter insgesamt kostengünstiger. Auch der Aufbau wird durch die Reduk- tion der verwendeten Einzelteile vereinfacht.
Der Unterstützungsschalter ist in einem statischen Zustand entweder in den Hauptzweig zugeschaltet oder in den Hilfszweig zugeschaltet, aber niemals dem Hauptzweig und Hilfs zweig gleichzeitig.
Der Unterstützungsschalter, der Hilfsschalter, der Hauptschalter und die Nebenschalter können als Vakuumschaltröhren, mechanische Kontakte oder als Halbleiterschaltelemente (IGBT, Thyristor, GTO, etc.) ausgestaltet sein.
Das strombegrenzende Element kann als konstanter Widerstand oder variabler Widerstand ausgebildet sein, bspw. Widerstand, Varistor, temperaturabhängiger Widerstand, span- nungsabhängiger Widerstand oder Spule.
Der Unterstützungsschalter ist über einen ersten und einen zweiten Nebenschalter zu- schaltbar. Der erste und der zweite Nebenschalter können als zweipolige Schalter oder Brückenschalter ausgebildet sein. Der Brückenschalter ist dabei entweder als eine Doppel- brücke oder Drehbrücke ausgebildet. Der Hauptzweig ist mit einem ersten und einem zweiten Wählerkontakt elektrisch leitend verbunden. Die Wählerkontakte sind dabei an jeweils einem separaten Wählerarm oder paarweise an einem Wählerarm angeordnet. Die Wählerkontakte sind entweder paarweise oder einzeln betätigbar.
Der Hilfszweig ist mit einem dritten und einem vierten Wählerkontakt elektrisch leitend ver- bunden. Die Wählerkontakte sind dabei an jeweils einem separaten Wählerarm oder paar- weise an einem Wählerarm angeordnet. Die Wählerkontakte sind entweder paarweise oder einzeln betätigbar.
Der Laststufenschalter weist einen Wähler zum abwechselnd leistungslosen Vorwählen von zu beschaltenden Wicklungsanzapfungen auf. Die Wählerkontakte und auch Wählerarme sind Bestandteile des Wählers.
Die Erfindung schlägt weiterhin einen Stufentransformator mit einem Laststufenschalter vor, der mindestens eine erste Hauptwicklung, mindestens eine zweite Hauptwicklung, min- destens eine erste Regelwicklung, mindestens eine zweite Regelwicklung aufweist, wobei die erste und zweite Regelwicklung über Leitungen mit einem Wähler des Laststufenschal- ters verbunden sind und die Hauptwicklungen und die Regelwicklungen miteinander induk- tiv gekoppelt sind.
Der Stufentransformator kann dabei als Ortsnetztransformator ausgebildet sein und drei Phasen mit jeweils zwei Regelwicklungen und zwei Hauptwicklungen aufweisen. Die Zeichnungen zeigen in
FIG. 1 einen erfindungsgemäßen Laststufenschalter in einem Stufentransfor- mator
FIG. 2 einen erfindungsgemäßen Laststufenschalter
FIG. 3a - m einen Schaltablauf von einer Wicklungsanzapfung zu einer benachbarten
Wicklungsanzapfung
FIG. 4a - 4i einen Schaltablauf von einer Wicklungsanzapfung zu einer benachbarten
Wicklungsanzapfung
In FIG. 1 ist eine schematische Darstellung eines Laststufenschalters 10 zur unterbre- chungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen N1-N5 eines Stufentransfor- mators 1 1 nach dem Mittenschaltprinzip gezeigt. Der Laststufenschalter 10 ist im Inneren des Stufentransformators 1 1 angeordnet. Der Laststufenschalter 10 weist einen Lastum- schalter 20 und einen Wähler 30 auf. Weiterhin weist der Stufentransformator 1 1 eine erste Hauptwicklung 70, eine erste Regelwicklung 71 , eine zweite Hauptwicklung 80 und eine zweite Regelwicklung 81 auf. Die erste und die zweite Regelwicklung 71 , 81 sind über Lei- tungen 12 mit dem Laststufenschalter 10 und insbesondere dem Wähler 30 des Laststu- fenschalters 10 verbunden. Der Lastumschalter 20 und der Wähler 30 sind hier beispielhaft mechanisch miteinander verbunden. Die Betätigung des Laststufenschalters 10 erfolgt mit- tels eines Motorantriebs 13. Dieser kann außen am Stufentransformator 1 1 oder auch in dessen Inneren angeordnet sein.
In FIG. 2 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laststufenschalters 10 mit ei- ner Ausführungsform eines Lastumschalters 20 abgebildet. Dieser weist einen Hauptzweig 40 und einen Hilfszweig 50 auf. Dem Hauptzweig 40 des Lastumschalters 20 ist ein erster und ein zweiter Wählerkontakt 42, 43 zugeordnet. Weiterhin weist der Hauptzweig 40 einen Hauptschalter 41 auf. Der Hauptzweig 40 verbindet im geschlossenen Zustand, d.h. wenn der Hauptschalter 41 geschlossen ist, die zweite Wicklungsanzapfung N2 der zweiten Re- gelwicklung 81 mit der dritten Wicklungsanzapfung N3 der ersten Regelwicklung 71.
Die Wicklungsanzapfungen sind hier beispielhaft mit N1 bis N5 nummeriert. Dabei sind die ungeradzahligen Wicklungsanzapfungen N1 , N3 und N5 mit der ersten Regelwicklung 71 elektrisch leitend verbunden. Die geradzahligen Wicklungsanzapfung N2 und N4 sind mit der zweiten Regelwicklung 81 elektrisch leitend verbunden. Die Bezeichnung„Wicklungs- anzapfung“ beinhaltet, dass eine Leitung von einer der Regelwicklungen zu einem Kontakt geführt ist und mit diesem elektrisch leitend und mechanisch verbunden ist. Dieser Kontakt wird durch die Wählerkontakte 42, 43, 52, 53 beim Beschälten, sprich im stationären bzw. statischen Zustand oder bei einer Umschaltung, kontaktiert. Der Einfachheit halber wird jedoch in der weiteren Beschreibung nur von einer Wicklungsanzapfung gesprochen.
Die elektrisch leitende Verbindung erfolgt dabei durch die erste Hauptwicklung 70, einen Teil der ersten Regelwicklung 71 , die dritte Wicklungsanzapfung N3, den zweiten Wähler- kontakt 43, den Hauptschalter 41 , den ersten Wählerkontakt 42, die zweite Wicklungsan- zapfung N2 und die zweite Hauptwicklung 80. Hier ist die zweite Regelwicklung 81 noch nicht zugeschaltet. Diese ist dann leitend, wenn die vierte Wicklungsanzapfung N4 durch die Wähler 30 kontaktiert wird.
Der Hilfszweig 50 weist einen Widerstand 54 und einen Hilfsschalter 51 auf, die in Reihe geschaltet sind. Dem Hilfszweig 50 des Lastumschalters 20 sind ein dritter und ein vierter Wählerkontakt 52, 53 zugeordnet. In diesem Beispiel verbindet der Hilfszweig 50 im ge- schlossenen Zustand, d.h. wenn der Hilfsschalter 51 geschlossen ist, die zweite Wicklungs- anzapfung N2 der zweiten Regelwicklung 81 mit der dritten Wicklungsanzapfung N3 der ersten Regelwicklung 71. Die elektrisch leitende Verbindung erfolgt dabei durch die erste Hauptwicklung 70, einen Teil der ersten Regelwicklung 71 , die dritte Wicklungsanzapfung N3, den vierten Wählerkontakt 53, den Hilfsschalter 51 , den Widerstand 54, den dritten Wählerkontakt 52, die zweite Wicklungsanzapfung N2 und die zweite Hauptwicklung 80.
Sowohl der erste und der zweite Wählerkontakt 42, 43 als auch der dritte und der vierte Wählerkontakt 52, 53 kontaktieren im stationären Zustand bzw. statischen Zustand stets zwei benachbarte Wicklungsanzapfungen, wie beispielsweise in Fig. 2 die zweite und die dritte Wicklungsanzapfung N2, N3. Hier werden stets eine geradzahlige und eine benach- barte ungeradzahlige Wicklungsanzapfung kontaktiert.
Die Wicklungsanzapfungen N1 bis N5 sind unterschiedlichen Regelwicklungen zugeordnet derart, dass beim Betätigen des Laststufenschalters 10 abwechselnd ein Teil der ersten Regelwicklung 71 und der zweiten Regelwicklung 81 zu- bzw. abgeschaltet wird, sprich zu den Hauptwicklungen 70, 80 addiert wird oder nicht. Die Hauptwicklungen 70, 80 und die Regelwicklungen 71 , 81 sind induktiv miteinander gekoppelt. Dabei sind die Hauptwicklun- gen 70, 80 jeweils außen angeordnet und die Regelwicklung 71 , 81 nebeneinander zwi- schen den Hauptwicklungen 70, 80. Durch diese besondere Verschaltung bzw. Anordnung der Wicklungen wird der sog. Stufentransformator nach dem Mittenschaltprinzip realisiert. Durch die Aufteilung der Regelwicklung auf zwei Teile wird die an frei schwingenden Wick- lungsteilen auftretende Spannung reduziert. Die magnetische Durchflutung ist bei der Mit tenschaltung in der Hälfte der Stellungen symmetrisch über die Höhe der Wicklung verteilt. Bei den anderen Stellungen beträgt die Unsymmetrie nur eine Stufe. Dadurch sind die im Kurzschlussfall auf die Wicklungen wirkenden Kräfte gering. Wenn keine Mittenschaltung, sondern eine Anzapfschaltung verwendet wird, ist der konstruktive Aufwand für die Regel- wicklung deutlich größer.
Weiterhin weist der Lastumschalter 20 einen Unterstützungsschalter 90 zum Schließen und Öffnen eines Kreisstroms auf. Der Unterstützungsschalter 90 wird hierzu in den Hauptzweig 40 parallel zum Hauptschalter 41 oder in den Hilfszweig 50 parallel zum Hilfsschalter 51 zugeschaltet. Das Zuschalten des Unterstützungsschalter 90 erfolgt mittels eines ersten und eines zweiten Nebenschalters 91 , 92. Dabei darf der Unterstützungsschalter in einem statischen Zustand bzw. stationären Zustand entweder in den Hauptzweig 40 zugeschaltet sein oder in den Hilfszweig 50 zugeschaltet sein, aber niemals gleichzeitig in den Haupt- zweig 40 und den Hilfszweig 50.
Im stationären Zustand kontaktieren die Wählerkontakte 42, 43 des Hauptzweigs 40 und die Wählerkontakte 52, 53 des Hilfszweigs 50 stets dieselben benachbarten Wicklungsan- zapfungen, in Fig. 1 beispielhaft Wicklungsanzapfung N2 und N3. Dadurch, dass im Hilfs zweig 50 ein Widerstand 54 angeordnet ist, fließt der Strom von der ersten Hauptwicklung 70 und der ersten Nebenwicklung 71 durch den Hauptzweig 40 zur zweiten Regelwicklung 81 und der zweiten Hauptwicklung 80.
In FIG. 3a - 3m wird ein Umschaltvorgang des Laststufenschalters 10 gezeigt, insbeson- dere das Zuschalten einer Stufe, also eines Teiles der zweiten Regelwicklung 81 , indem die Wicklungsanzapfungen N3 und N4 kontaktiert werden. Der Teil der Regelwicklung 81 , der nicht stromdurchflossen ist, ist hier schaffiert dargestellt. In der Ausgangstellung sind die Wicklungsanzapfungen N2 und N3 über den Hauptzweig 40 elektrisch leitend verbun- den. Zunächst wird der Hilfsschalter 51 in Fig. 3a geöffnet. Im Anschluss wird in Fig. 3b der Unterstützungsschalter 90 geöffnet. Im nächsten Schritt wird der dritte Wählerarm 52 von der zweiten Wicklungsanzapfung N2 auf die dritte Wicklungsanzapfung N3 bewegt und der vierte Wählerarm 53 von der dritten Wicklungsanzapfung N3 auf die vierte Wicklungsan- zapfung N4, siehe Fig. 3c. Die Wählerarme 52, 53 können einzeln oder gleichzeitig bewegt werden, wobei die Reihenfolge unerheblich ist. Im nächsten Schritt in Fig. 3d wird der Unterstützungsschalter 90 geschlossen. Nun entsteht ein Kreisstrom Ic, der durch den Laststufenschalter 10 fließt. Somit schließt der Unterstüt- zungsschalter 90 den Kreisstrom bzw. dieser schaltet den Kreisstrom ein. Im Anschluss daran wird der Hilfsschalter 51 geschlossen, wie in Fig. 3e dargestellt. Der erste und der zweite Nebenschalter 91 , 92 werden in Fig. 3f betätigt, sodass der Unterstützungsschalter 90 nun parallel zum Hauptschalter 41 geschaltet ist.
Im nächsten Schritt in Fig. 3g wird zuerst der Hauptschalter 41 geöffnet. Im Anschluss wird der Unterstützungsschalter 90 geöffnet, siehe Fig. 3h. Bei Öffnen des Unterstützungsschal- ters 90 wird der Kreisstrom geöffnet, d.h. dieser fließt nicht mehr durch den Unterstützungs- schalter 90.
In dieser Stellung in Fig. 3i fließt der Strom von der dritten Wicklungsanzapfung N3 zur vierten Wicklungsanzapfung N4 über den Hilfszweig 50, insbesondere den Widerstand 54 und den Hilfsschalter 51.
Im nächsten Schritt wird der erste Wählerarm 42 von der zweite Wicklungsanzapfung N2 auf die dritte Wicklungsanzapfung N3 bewegt und der zweite Wählerarm 43 von der dritten Wicklungsanzapfung N3 auf die vierte Wicklungsanzapfung N4. Die Wählerarme 42, 43 können einzeln oder gleichzeitig bewegt werden. Im Anschluss daran wird der Unterstüt- zungsschalter 90 geschlossen, wie in Fig. 3j dargestellt. Auf Grund des Widerstandes 54 im Hilfszweig 50 fließt der Strom nun über den Hauptzweig 40. Danach wird der Haupt- schalter 41 geschlossen, wie in Fig. 3k dargestellt. Die Umschaltung ist nun beendet und ein Teil der zweiten Regelwicklung 81 wurde zugschaltet.
Im nächsten Schritt in Fig. 3I werden der erste und der zweite Nebenschalter 91 , 92 betätigt, sodass der Unterstützungsschalter 90 nun wieder parallel zum Hilfsschalter 51 geschaltet ist, wie in Fig. 3m dargestellt. Die Umschaltung von der vierten Wicklungsanzapfung N4 auf die fünfte Wicklungsanzapfung N5 läuft analog ab.
Beim sog. Runterschalten, in Fig. 4a-h, also z.B. beim Umschalten von der vierten Wick- lungsanzapfung N4 auf die dritte Wicklungsanzapfung N3 werden zunächst der erste und der zweite Nebenschalter 91 , 92 betätigt, sodass der Unterstützungsschalter 90 nun wieder parallel zum Hauptschalter 41 geschaltet ist. Danach werden zunächst der Hauptschalter 41 Fig. 4b und danach der Unterstützungsschalter 90 geöffnet. Nun führt der Hilfszweig 50 den Strom wie in Fig. 4c abgebildet. Im nächsten Schritt in Fig. 4d wird der erste Wählerarm 42 von der dritten Wicklungsanzap- fung N3 auf die zweite Wicklungsanzapfung N2 bewegt und der zweite Wählerarm 43 von der vierten Wicklungsanzapfung N4 auf die dritte Wicklungsanzapfung N3. Die Wählerarme 42, 43 können einzeln oder gleichzeitig bewegt werden. Im nächsten Schritt in Fig. 4e wird der Unterstützungsschalter 90 geschlossen. Nun entsteht ein Kreisstrom, der durch den Laststufenschalter 10 fließt, somit schließt der Unterstüt- zungsschalter 90 den Kreisstrom bzw. dieser schaltet den Kreisstrom ein. Im Anschluss daran wird der Hauptkontakt 41 geschlossen. Der erste und der zweite Nebenschalter 91 , 92 werden nun betätigt, sodass der Unterstützungsschalter 90 nun parallel zum Hilfsschal- ter 51 geschaltet ist. Danach wird der Hilfsschalter 51 in Fig. 4f geöffnet und im Anschluss der Unterstützungsschalter 90 geöffnet. Bei Öffnen des Unterstützungsschalters 90 wird der Kreisstrom geöffnet, d.h. dieser fließt nicht mehr durch den Unterstützungsschalter 90. Ein Teil der zweiten Regelwicklung 81 wurde nun abgeschaltet, siehe Fig. 4g.
In dieser Stellung fließt der Strom von der zweiten Wicklungsanzapfung N2 zur dritten Wick- lungsanzapfung N3 über den Hauptzweig 40 wie in Fig. 4g abgebildet. Der abgeschaltete Teil der zweiten Regelwicklung 81 ist nun schraffiert dargestellt.
Nun werden, wie in Fig. 4h gezeigt, nur noch der dritte Wählerarm 52 von der dritten Wick- lungsanzapfung N3 auf zweite Wicklungsanzapfung N2 bewegt und der vierte Wählerarm 53 von der vierten Wicklungsanzapfung N4 auf die dritte Wicklungsanzapfung N3 bewegt. Die Wählerarme 52, 53 können einzeln oder gleichzeitig bewegt werden. Im Anschluss da- ran werden der Unterstützungsschalter 90, in Fig. 4h und der Hilfsschalter 51 in Fig. 4i geschlossen. Diese Stellung des Laststufenschalters 10 in Fig. 4i entspricht der Stellung in Fig. 3a.
Der Ablauf beim Runterschalten ist im Vergleich zum Raufschalten verkürzt dargestellt, so- dass nicht jeder einzelne Schritt beschrieben wird. Bezugszeichen
10 Laststufenschalter
1 1 Stufentransformator
12 Leitung
13 Motorantrieb
20 Lastumschalter
30 Wähler
31 erster Wählerkontakt
32 zweiter Wählerkontakt
33 dritter Wählerkontakt
34 vierter Wählerkontakt
40 Hauptzweig (main path)
41 Hauptschalter (main path disconnect switch)
42 erster Wählerkontakt (first selector contact)
43 zweiter Wählerkontakt (second selector contact)
50 Hilfszweig (transition path)
51 Hilfsschalter (transition path disconnect switch)
52 dritter Wählerkontakt (third selector contact)
53 vierter Wählerkontakt (fourth selector contact)
54 Widerstand
70 erste Hauptwicklung
71 erste Regelwicklung
80 zweite Hauptwicklung
81 zweite Regelwicklung
90 Unterstützungsschalter (main path switching contact)
91 erster Nebenschalter (first main path transfer switch)
92 zweiter Nebenschalter (second main path transfer switch)
N1-N5 Wicklungsanzapfungen

Claims

ANSPRÜCHE
1 . Laststufenschalter (10) zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungs- anzapfungen (N1 -N5) eines Stufentransformators (1 1 ) nach dem Mittenschaltprinzip um- fassend: einen Lastumschalter (20) mit einem Hauptzweig (40) und einem Hilfszweig (50), einen Hauptschalter (41 ) im Hauptzweig (40), einen Hilfsschalter (51 ) und ein strombegrenzendes Element (54) im Hilfszweig (50), die in Reihe geschaltet sind; einen Unterstützungsschalter (90) zum Schließen und Öffnen eines Kreisstroms, wo bei der Unterstützungsschalter (90) in den Hauptzweig (40) parallel zum Hauptschalter (41 ) und in den Hilfszweig (50) parallel zum Hilfsschalter (51 ) zuschaltbar ist.
2. Laststufenschalter (10) nach Anspruch 1 , wobei der Unterstützungsschalter (90) in einem statischen Zustand entweder in den Hauptzweig (40) zugeschaltet ist oder in den Hilfszweig (50) zugeschaltet ist.
3. Laststufenschalter (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Unterstützungsschalter (90) über einen ersten und einen zweiten Nebenschalter (91 , 92) zuschaltbar ist.
4. Laststufenschalter (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste und der zweite Nebenschalter (91 , 92) als zweipolige Schalter oder Brückenschalter ausgebildet sind.
5. Laststufenschalter (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Hauptzweig (40) mit einem ersten und einem zweiten Wählerkontakt (42, 43) elektrisch leitend verbun- den ist.
6. Laststufenschalter (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste und der zweite Nebenschalter (91 , 92) und/oder der Hauptschalter (41 ) und/oder der Hilfsschal- ter (51 ) und/oder der Unterstützungsschalter (90) als Vakuumschaltröhre und/oder Halb- leiterschaltelement und/oder mechanischer Schalter ausgebildet sind.
7. Laststufenschalter (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Hilfszweig (50) mit einem dritten und einem vierten Wählerkontakt (52, 53) elektrisch leitend verbun- den ist.
8. Laststufenschalter (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Laststufen- schalter (10) einen Wähler (30) zum abwechselnd leistungslosen Vorwählen von zu be- schaltenden Wicklungsanzapfungen (N1-N5) aufweist.
9. Laststufenschalter (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Wählerkon- takte (42, 43, 52, 53) einzeln oder paarweise betätigbar sind.
10. Laststufenschalter (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das strombe- grenzende Element (54) ein konstanter Widerstand oder variabler Widerstand ist.
11. Stufentransformator (11 ) mit einem Laststufenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10 umfassend, mindestens eine erste Hauptwicklung (70), mindestens eine zweite Hauptwicklung (80), mindestens eine erste Regelwicklung (71 ), mindestens eine zweite Re- gelwicklung (81 ), wobei die erste und zweite Regelwicklung (71 , 81 ) über Leitungen (12) mit einem Wähler (30) des Laststufenschalters (10) verbunden sind und die Hauptwicklun- gen (70, 80) und die Regelwicklungen (71 , 81 ) miteinander induktiv gekoppelt sind.
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