Stufenschalteinrichtung für Transformatoren

Abstract

 Stufenschalteinrichtungen sind üblicherweise an Transfor­matoren mit einer Feinstufenwicklung (16) mit Anzapfun­gen (1 bis 15) vorgesehen und haben mitunter zur eigent­lichen Lastumschaltung im Lastschalter Vakuumschaltröh­ren. Erfindungsgemäß ist je Phase nur eine einzige Va­kuumschaltröhre vorgesehen, die zwischen zwei festen Kontakten (22, 23) zwei bewegliche Schaltkontakte (26, 27) aufweist, deren jeder an den ihm benachbarten festen Kontakt (22 bzw. 23) und an den anderen Schaltkontakt (26 bzw. 27) anlegbar ist. Die erfindungsgemäße Stufen­schalteinrichtung ist bei allen einstellbaren Transfor­matoren einsetzbar und hat eine spürbare Senkung der Wartungskosten zur Folge, da infolge größerer Schaltzah­len die Wartungsintervalle wesentlich größer sind als bei Stufenschalteinrichtungen mit in Öl betätigten Schaltkontakten.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Stufenschalteinrichtung für Transformatoren mit einer Feinstufenwicklung mit An­zapfungen, deren eine Hälfte von einem ersten und deren andere Hälfte von einem zweiten beweglichen, lastlos schaltenden Wählerkontakt anwählbar ist und mit einem Lastschalter mit Vakuumschaltröhren.

[0002] Die Spannungsregulierung von Leistungstransformatoren muß ohne Lastunterbrechung vorgenommen werden. Üblicher­weise erfolgt diese Spannungsregulierung durch das Zu- ­oder Abschalten von Windungen des Transformators. Während dieser Schaltvorgänge darf in keinem Zeitpunkt der Laststrom im Transformator unterbrochen werden. Anderenfalls würden Schäden im Transformator entstehen, und/oder die einwandfreie Versorgung der Verbraucher mit elektrischer Energie nicht mehr gewährleistet sein.

[0003] Die unterbrechungslose Umschaltung von Transformator­wicklungen erfolgt daher mit besonderen Stufenschaltein­richtungen bzw. mit sogenannten Lastwählern. Eine Stu­fenschalteinrichtung besteht im wesentlichen aus zwei Komponenten und zwar aus dem eigentlichen Lastumschal­ter und dem Wähler. Der Wähler ist direkt mit Anzapfun­gen einer Transformator-Feinstufenwicklung verbunden. Er befindet sich meist im gleichen Ölvolumen wie die Transformatorwicklungen und darf, um eine Verschmutzung des Transformatoröls zu vermeiden, nur stromlos arbeiten­de Kontakte aufweisen. Die Umschaltung des Laststromes selbst erfolgt mit dem üblicherweise in einem besonderen ebenfalls mit Öl gefüllten Gehäuse untergebrachten Lastumschalter.

[0004] Ein Lastumschalter unter Öl benötigt zur einwandfreien Funktion eine Vielzahl von Kontaktpaaren, weil die schaltenden Kontakte infolge Kontakterosion und Fremd­schichtenbildung nur bedingt zur dauernden Stromführung geeignet sind. Durch das Schalten in Öl entstehen darüber hinaus Zersetzungsprodukte sowie ein starker Abbrand der Kontakte. Beides verursacht eine Verschlechterung der dielektrischen Festigkeit, der Schmierfähigkeit des Öles und erfordert darüber hinaus verhältnismäßig kurze War­tungsintervalle.

[0005] Zur Vermeidung dieser Nachteile ist beispielsweise durch die DE-OS 21 57 765 und die DE-OS 30 00 748 schon die Verwendung von Vakuumschaltelementen zum Schalten des Laststromes in Stufenschalteinrichtungen vorgeschlagen worden. Diese und ähnliche Vorschläge haben sich jedoch in der Praxis nicht durchsetzen können, weil die bekann­ten Vakuumschaltelemente lediglich einfache Ein-Aus-­Schalter darstellen, so daß zur Stufenschaltung in Trans­formatoren zusätzliche Hilfsschalter erforderlich sind. Die Vakuumschaltelemente und die zusätzlichen Hilfsschal­ter müssen bei den bekannten Anordnungen in einer ganz bestimmten Reihenfolge betätigt werden und erfordern aus diesem Grund eine verhältnismäßig verwickelte und im Hinblick auf die Betriebssicherheit darüber hinaus auch aufwendige Mechanik.

[0006] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine zur Laststromumschaltung Vakuumschaltröhren benutzende An­ordnung zu schaffen, bei der abgesehen von einem Wähler außerhalb der Vakuumschaltröhren wenig oder keine Hilfs­schalter erforderlich sind und bei der zur Betätigung der in der Vakuumschaltröhre selbst vorgesehenen Kontak­te eine einfache Mechanik ausreicht.

[0007] Diese Aufgabe wird für eine Stufenschalteinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß je Phase nur eine Vakuumschaltröhre vorgesehen ist, in der zwischen zwei festen Kontakte zwei bewegliche Schaltkontakte angeordnet sind, deren jeder an den ihm benachbarten festen Kontakt und an den anderen Schaltkontakt anlegbar ist. Dabei ist der eine Schaltkontakt über einen Um­schaltwiderstand mit einem der Wählerkontakte und der andere Schaltkontakt mit einer Laststromleitung verbun­den und dabei ist jeder der festen Kontakte mit einem der Wählerkontakte verbunden.

[0008] Nach zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung ist vor­gesehen, daß die Vakuumschaltröhre aus koaxial zusammen­gesetzten rotationssymmetrischen Teilen aufgebaut ist, wobei zur Betätigung der scheibenförmigen Schaltkontakte vorgesehene diese tragende Schubstangen auf der Symme­trieachse verschiebbar sind, von einander entgegenge­setzten Enden in die Vakuumschaltröhre eintauchen und je einen der ringförmig ausgebildeten festen Kontakte durchsetzen. Dabei tragen die festen Kontakte je einen Abbrandring und sind als Flansch in je einem ein Teil des Gehäuses der Vakuumschaltröhre darstellenden Rohr­abschnitt aus metallischem Werkstoff ausgebildet.

[0009] Eine andere sehr zweckmäßige Weiterbildung der erfin­dungsgemäßen Einrichtung besteht darin, daß jeder der festen Kontakte mit dem jeweils zugehörigen Schaltkon­takt in Kontaktstellung in einem axialen Schnitt einen U-förmigen Strompfad bildet, wobei die Kontaktstelle am festen Kontakt radial außen im Grund des U liegt und wobei der Strom sowohl vor als auch nach der Kontakt­stelle in radialer Richtung fließt.

[0010] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 6 und 7 angegeben.

[0011] Die erfindungsgemäße Stufenschalteinrichtung ist sehr vorteilhaft, weil sie abgesehen von den Wählerkontakten außerhalb der Vakuumschaltröhre auf jegliche Hilfsschal­ter verzichtet und weil darüber hinaus zur Betätigung der innerhalb der Vakuumschaltröhre vorgesehenen Schalt­kontakte lediglich zwei abwechselnd zu betätigende Schubstangen erforderlich sind, die darüber hinaus hin­sichtlich ihrer Betätigungsgeschwindigkeiten auch keine extremen Anforderungen stellen.

[0012] Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis Fig. 4 eine erfindungsgemäße Stufenschaltein­richtung in verschiedenen Schaltstellungen während einer Lastumschaltung von einer ungeradzahligen auf eine geradzahlige Anzapfung und

Fig. 5 bis 8 entsprechend eine Lastumschaltung von einer geradzahligen auf eine ungeradzahlige Anzapfung.

Fig. 9 zeigt eine Vakuumschaltröhre mit speziell geform­ten Kontakten und Lichtbogenlöscheinrichtungen.

[0013] Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

[0014] Eine Feinstufenwicklung 16 hat Anzapfungen 1 bis 15. Ein Wählerarm 17 arbeitet mit den ungeradzahligen und ein Wählerarm 18 mit den geradzahligen der Anzapfungen 1 bis 15 zusammen. In den Figuren 1 bis 4 ist eine Laststromum­schaltung von der Anzapfung 7 auf die Anzapfung 6 darge­stellt. Entsprechend liegt dabei der Wählerarm 17 an der Anzapfung 7 und der Wählerarm 18 an der Anzapfung 6. Da­gegen zeigen die Figuren 5 bis 8 eine Laststromumschal­tung von der Anzapfung 6 auf die Anzapfung 5 und ent­sprechend liegt dabei der Wählerarm 18 an der Anzapfung 6 und der Wählerarm 17 an der Anzapfung 5. Die Umlegung der Wählerarme erfolgt grundsätzlich bei vollständig stromentlasteten Wählerkontakten jeweils vor einer ei­gentlichen Laststromumschaltung in der gewünschten Richtung.

[0015] Den beiden Wählerarmen 17 und 18 ist eine Vakuumschalt­röhre mit zwei metallischen Rohrabschnitten 19 und 20 in ihrem Gehäuse 21 aus Isolierstoff, beispielsweise Keramik, nachgeschaltet. Die Rohrabschnitte 19 und 20 tragen auf ihren Innenseiten als Flansche ausgebildete ringförmige feste Kontakte 22 und 23, deren Kontaktflä­chen mit Abbrandringen 24 und 25 belegt sind. Räumlich zwischen den festen Kontakten 22 und 23 sind in Rich­tung der Achse der Vakuumschaltröhre verschiebbare scheibenförmige, von Schubstangen 28 und 29 getragene Schaltkontakte 26 und 27 vorgesehen, die miteinander und mit dem ihnen jeweils benachbarten der festen Kon­takte 22 und 23 ein Kontaktpaar bilden.

[0016] Die Enden der im Querschnitt vorzugsweise kreisrunden Vakuumschaltröhre sind durch Metalldeckel 30 und 31 ver­schlossen, die zur Führung der Schubstangen 28 und 29 eine metallische Buchse 32 bzw. 33 tragen. Der Spalt zwischen den Schubstangen 28 bzw. 29 und der jeweils zu­geordneten Buchse 32 bzw. 33 ist durch je einen metal­lischen Balg 34 bzw. 35 verschlossen, wobei deren den Kontakten 22 und 23 zugekehrte Enden mit auf die Schub­stange 28 bzw. 29 aufgelöteten Scheiben 36 bzw. 37 ver­lötet sind.

[0017] Die Vakuumschaltröhre insgesamt ist vakuumfest und -dicht ausgeführt und ist nach ihrer Fertigstellung durch ein Abkneifrohr 38 evakuiert. Das Abkneifrohr 38 ist im An­schluß hieran in nicht dargestellter Art und Weise durch eine Quetschung verschlossen und zusätzlich verlötet.

[0018] Zum Schutz der Isolierteile innerhalb der Vakuumschalt­röhre gegen eine schleichende Metallisierung durch die von Schaltlichtbögen erzeugten Metalldämpfe ist in Höhe der Kontaktanordnungen auf der Innenseite des Gehäuses 21 ein Kondensationsschirm 41 angeordnet.

[0019] Zur Einleitung der Umschaltung von der Anzapfung 7 auf die Anzapfung 6 wird nach dem Erreichen der hierfür er­forderlichen in Fig. 1 dargestellten Stellung der Wäh­lerarme 17 und 18 zunächst durch Verschieben der Schub­stange 28 der Schaltkontakt 26 an den Schaltkontakt 27 angelegt. Damit ist die Stellung gemäß Figur 2 erreicht. Es fließt nach wie vor der Laststrom von der Anzapfung 7 über den Wählerarm 17 und den an diesen galvanisch an­geschlossenen Rohrabschnitt 19 zum festen Kontakt 23 so­wie über den Abbrandring 25, den Schaltkontakt 27 und die Schubstange 29 zu einer an diese angeschlossenen Laststromleitung 39. Gleichzeitig fließt jedoch auch ein Ausgleichsstrom von der Anzapfung 7 über den Wählerarm 17, den Rohrabschnitt 19, den festen Kontakt 23, den Ab­brandring 25, den Schaltkontakt 27, den Schaltkontakt 26 sowie die Schubstange 28 und einen Umschaltwiderstand 40 zum Wählerarm 18 und damit zur Anzapfung 6. Dieser Aus­gleichsstrom ist von der Spannung zwischen den Anzapfun­gen 6 und 7 getrieben und in seiner Größe durch den Um­schaltwiderstand 40 bestimmt.

[0020] Unmittelbar folgend auf die Kontaktgabe zwischen den Schaltkontakten 26 und 27 wird der Schaltkontakt 27 gegen die Kontaktkraft zwischen den Schaltkontakten 26 und 27 von dem vom festen Kontakt 23 getragenen Abbrand­ ring 25 abgehoben. Dies zeigt Figur 3. Der dadurch ge­bildete Spalt wird zunächst noch über einen oder mehrere Lichtbögen des von der Anzapfung 7 zu der Laststromlei­tung 39 fließenden Laststromes überbrückt. Ein wachsen­der Teil des Laststromes fließt jedoch vom Moment des Abhebens des Schaltkontaktes 27 an über den Umschaltwi­derstand 40. Die Lichtbögen erlöschen, sobald der Span­nungsabfall an ihnen gleich oder größer ist als der Spannungsabfall an dem Umschaltwiderstand 40.

[0021] Sobald dann der Schaltkontakt 26 die Stellung gemäß Figur 4 und damit den Abbrandring 24 erreicht hat, wird der bis dahin kurzzeitig über den Umschaltwiderstand 40 fließende Laststrom von dem Abbrandring 24 übernommen, der über den festen Kontakt 22 und den Rohrabschnitt 20 mit dem Wählerarm 18 verbunden ist. Gleichzeitig ist da­durch auch der Ausgleichsstrom unterbrochen, weil der Umschaltwiderstand 40 kurzgeschlossen ist. Die Umschal­tung des Laststromes von der Anzapfung 7 auf die An­zapfung 6 ist damit abgeschlossen.

[0022] Solange die Schaltkontakte 27 und 28 sowie der feste Kontakt 22 mit seinem Abbrandring 24 aneinander liegen, ist der Wählerarm 17 stromlos und kann ohne weiteres zwischen den Anzapfungen 7 und 5 hin- und hergeschaltet werden.

[0023] Soll nun von der Anzapfung 6 zur Anzapfung 5 umgeschal­tet werden, so ist zunächst der Wählerarm 17 auf die An­zapfung 5 zu schalten, so daß die Stellung gemäß Figur 5 erreicht ist. Nun wird der Schaltkontakt 26 gegen die vom Schaltkontakt 27 auf ihn ausgeübte Kontaktkraft von dem Abbrandring 24 abgehoben. Der dadurch gebildete Spalt wird wiederum solange er noch klein ist, wie Fig.6 zeigt, vom Laststrom über Lichtbögen überbrückt. Gleich­zeitig wird auch wieder ein Teilstrom desselben von dem Umschaltwiderstand 40 übernommen, der nach dem Erlöschen der Lichtbögen bis zum Erreichen der Stellung gemäß Fig. 7 den gesamten Laststrom führt.

[0024] Sobald der Schaltkontakt 27 am Abbrandring 25 in der Stellung gemäß Figur 7 zur Anlage kommt, kommutiert der Laststrom über den festen Kontakt 23, den Rohrabschnitt 19 und den Wählerarm 17 auf die Anzapfung 5. Bis zum Ab­heben des Schaltkontaktes 26 fließt dann über den Um­schaltwiderstand 40 lediglich wieder ein Ausgleichs­strom. Nach dem Erreichen der Stellung gemäß Figur 8, bei der der Schaltkontakt 26 an dem Abbrandring 24 an­liegt, ist die Umschaltung von der geradzahligen An­zapfung 6 auf die ungeradzahlige Anzapfung 5 abgeschlos­sen.

[0025] Figur 9 zeigt eine Kontaktanordnung, bei der der Last­strom beim Übergang von dem festen Kontakt 23 bzw. 22 zum Schaltkontakt 27 bzw. 26 eine U-förmige Schleife 42 bildet. Dadurch werden die jeweils beim Öffnen der Kon­taktstrecken gebildeten Lichtbögen durch das Magnetfeld des sie erzeugenden Stromes aufgeweitet. Infolgedessen verlöschen die Lichtbögen sehr schnell und der Abbrand an den Schaltkontakten 27 bzw. 26 und den Abbrandringen 25 bzw. 24 bleibt klein.

Ansprüche

1. Stufenschalteinrichtung für Transformatoren
- mit einer Feinstufenwicklung (16)
- mit Anzapfungen (1 bis 15), deren eine Hälfte von ei­nem ersten (17) und deren andere Hälfte von einem zweiten (18) beweglichen, lastlos schaltenden Wähler­arm anwählbar ist, und
- mit einem Lastschalter mit Vakuumschaltröhren,
dadurch gekennzeichnet,
- daß je Phase nur eine Vakuumschaltröhre vorgesehen ist,
- daß diese Vakuumschaltröhre zwischen zwei festen Kon­takten (22, 23) zwei bewegliche Schaltkontakte (26, 27) aufweist, deren jeder an den ihm benachbarten festen Kontakt (22, 23) und an den anderen Schaltkontakt (26 bzw. 27) anlegbar ist.

2. Stufenschalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Schaltkontakt (26) über einen Umschaltwiderstand (40) mit einem der Wählerarme (18) und der andere Schaltkontakt (27) mit einer Laststromleitung (39) verbunden ist und daß jeder der festen Kontakte (22, 23) mit einem der Wählerarme (17, 18) verbunden ist.

3. Stufenschalteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da­durch gekennzeichnet, daß die Vakuum­schaltröhre aus koaxial zusammengesetzten rotationssym­metrischen Teilen aufgebaut ist, wobei zwei zur Betäti­gung der scheibenförmigen Schaltkontakte (26, 27) vorge­sehene, diese tragende Schubstangen (28, 29) auf der Symmetrieachse verschiebbar sind, von einander entgegen­gesetzten Enden in die Vakuumschaltröhre eintauchen und je einen der ringförmig ausgebildeten festen Kontakte (22, 23) durchsetzen.

4. Stufenschalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Kontakte (22, 23) einen Abbrandring (24, 25) tragen, und als Flansch in je einem ein Teil des Gehäu­ses der Vakuumschaltröhre darstellenden Rohrabschnitt (19, 20) aus metallischem Werkstoff ausgebildet sind.

5. Stufenschalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der festen Kontakte (22, 23) mit dem jeweils zugehörigen Schaltkontakt (26, 27) in Kontaktstellung in einem axialen Schnitt einen U-förmigen Strompfad bil­det, wobei die Kontaktstelle am festen Kontakt (22 bzw. 23) radial außen im Grund des U liegt und wobei der Strom sowohl vor als auch nach der Kontaktstelle in ra­dialer Richtung fließt.

6. Stufenschalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstelle der Schaltkontakte (26, 27) unterein­ander ringförmig und den Schubstangen (28, 29) unmittel­bar benachbart ist.

7. Stufenschalteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkontakte (26, 27) und die festen Kontakte (22, 23) auf ihrem Umfang von einem gemeinsamen Kondensations­schirm (41) umfaßt sind.

Zeichnung