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Stufenregeleinrichtung für Transformatoren, Drosseln, Kondensatoren,
Widerstände und Batterien Es sind Stufenregeleinrichtungen für Transformatoren oder
Drosseln bekannt, die aus einem zweiteiligen, vom Antrieb unmittelbar betätigten
Wähler und aus einem vom Antrieb über einen Kraftspeicher bewegten Lastumschalter
bestehen. Hierbei wird nach erfolgtem Aufladen des Kraftspeichers die aufgespeicherte
Energie des Kraftspeichers durch Auslösen einer Klinke freigegeben, so daß der Lastumschalter
kurzzeitig und unaufhaltsam schalten kann. Beim Schalten um eine Stufe spielen sich
dann folgendeVorgänge ab: Verstellen des einen stromfreien beweglichen Kontaktes
des Wählers auf die einzuschaltende Anzapfung, Aufzug des Kraftspeichers, Auslösen
des Lastumschalters bei gespanntem Kraftspeicher, unaufhaltsamer Ablauf der eigentlichen,
in den Fig. r bis 5 dargestellten Lastumschaltung. Während nun für die erstgenannten
Vorgänge ein Zeitraum von mehreren Sekunden zur Verfügung steht und die Bewegung
beliebig gehemmt werden kann, spielt sich der Schaltvorgang am Lastumschalter unter
der Wirkung des Kraftspeichers in einer sehr kurzen Zeit, zwischen 0,03 und
o,z Sekunden, ab. Der Arbeitsweg für das Aufziehen des Kraftspeichers kann sich
mit dem Arbeitsweg überlappen, der für das Verstellen des beweglichen Wählerkontaktes
nötig ist. Voraussetzung für die ordnungsgemäße Wirksamkeit der Einrichtung ist
nur,
daß der Kraftspeicher erst dann freigegeben wird, wenn der bewegliche Wählerkontakt
seine neue Betriebsstellung erreicht hat. Hierzu ist aber ein einwandfreies Arbeiten
der Klink- undAuslösevorrichtung am Lastumschalter erforderlich.
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Es kann nun vorkommen, daß der Lastumschalter aus irgendwelchen Gründen,
beispielsweise wegen Bruchs -der Kraftspeicherfeder oder der Klinken, wegen Lockerung
von Kontakten, wegen großer Reibungswiderstände in. den Lagerstellen oder größeren
Strömungswiderständen des verwendeten Schaltöls, nicht einklinkt. Dann vo@l'ilzieht
sich bei den nachfolgenden Schaltungen die Lastumschaltung nicht mehr schlagartig,
sondern schleichend, da der Lastumschalter nicht mehr in seiner Betriebsstellung
festgehalten ist, sondern dem langsam verlaufenden Spannvorgang des Kraftspeichers
folgt. Hierbei werden vom Lastumschalter nacheinander, und zwar für jeweils längere
Zeit, Zwischenstellungen (z. B. Fig. 2, 3, q.) eingenommen. Die meist nur für kurzzeitige
Belastung bemessenen Schaltwiderstände führen in diesem Fall zu lange Strom und
können daher durchbrennen. Auch in den Fällen, in denen diese Widerstände eine längere
Belastungszeit auszuhalten vermögen, ist die Weiterführung des Betriebes für die
Transförmatoranlage gefährlich, weil nunmehr die im ungestörten Betrieb vorhandene
Abhängigkeit der Taktfolge der Schaltungen des Wählers von der Taktfolge der Schaltungen
des Lastumschalters nicht mehr besteht. Überlappen sich nämlich der Verstellweg
des Wählers und der Aufzugsweg des Kraftspeichers, dann kann der Lastumschalter
in eine Zwischenstellung entsprechend Fig. 3 gelangen, bevor noch der umzustellende
Wählerkontakt auf seinem Weg von der abzuschaltenden Anzapfung nach der neu einzuschaltenden
Anzapfung die abzuschaltende Anzapfung verlassen hat. In diesem Fall liegen die
beiden Widerstandskontakte des Lastumschalters über die beweglichen Wählerkontakte
an Anzapfungen verschiedener Spannung. Über den zu verstellenden Wählerkontakt fließen
dann der Ausgleichsstrom und der Laststrom bzw. ein Teil des Laststromes, und zwar
so lange, bis der Wählerkontakt die Anzapfung verläßt. Beim Ablaufen des Wählerkontaktes
sind die genannten Ströme bei mindestens einer Stufenspannung zu schalten. Es entsteht
also ein Lichtbogen und demzufolge ein Abbrand an den für das Schalten von Leistung
nicht eingerichteten Wählerkontakten. Die hierbei sich bildende Gasblase kann bei
dem gedrängten Aufbau des Stufenwählers leicht zu Überschlägen und zu gefährlichen
Kurzschlüssen führen. Der Abbrand an den Kontakten des in den Transformatorkessel
oder in einen besonderen Anbau eingesetzten Wählers ist deshalb besonders nachteilig,
weil die in einem langwierigen Verfahren aufbereiteten Apparate bei eventuell vorkommenden
Reparaturen außer Öl gezogen werden müssen. Dies verursacht aber lange Betriebsunterbrechungen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dafür zu sorgen, daß,beim
Umschaltvorgang einer Stufenregeleinrichtung der vorerwähnten Art jeg-
liche
Lichtbogenbildung an den - Wählerkontakten unter allen Umständen vermieden wird.
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Erfindungsgemäß ist während des Umschaltens die Bewegungsfolge zwischen
dem sich jeweils bewegenden Stufenwählerkontakt und dem Lastschalter so gewählt,
daß der sich bewegende Stufenwählerkontakt auch dann, wenn der nicht in seine Einklinkung
gesprungene Lastschalter schleichend bewegt wird, immer erst von seinem festen Kontakt
abläuft und auf den nächsten festen Kontakt aufläuft, bevor die mit dem sich bewegenden
Stufenwählerkontakt verbundenen festen Kontakte des Lastschalters mit den beweglichen
Kontakten des Lastschalters Kontakt machen. An Hand der Zeichnung soll die Erfindung
näher erläutert werden.
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Die Fig. r bis $ zeigen die bekannten und daher nicht weiter erklärten
Schaltstellungen eines Lastumschalters.
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Die Fig. 6 zeigt in schematischer Darstellung einen an sich bekannten
Kniehebellastschalter mit Kraftspeicherantrieb in eingeklinkter Stellung und die
Fig. 7 denselben Schalter in nicht eingeklinktem Zustand. Die Endglieder des Kniegelenkpolygons
des Schalters sind mit k1 bzw. k2 bezeichnet. Diese sind an ihrem freien Ende durch
das Mittelglied .s miteinander verbunden. Auf dem Endglied k1 sitzt der bewegliche
Hilfskontakt hl sowie darunter der bewegliche Hauptkontakt Hl, die die in ihrem
Bewegungsweg angebrachten zugehörigen festen Kontakte h1 bzw. Hl berühren können.
In genau gleicher Weise können der auf dem Endglied k2 angebrachte bewegliche Hilfskontakt
h2 und der bewegliche Hauptkontakt H2 mit den zugehörigen festen Kontakten h2 und
H2 Kontakt machen. Die beweglichen Hilfskontakte sind, wie dies bei Kniehebelschältern
üblich ist, so angeordnet, insbesondere nachgiebig angebracht, daß sie ihren zugehörigen
festen Kontakt eher berühren als jeweils der auf dem gleichen Endglied sitzende
bewegliche Hauptkontakt seinen zugehörigen festen Kontakt. Im eingeklinkten Zugtand
des Schalters (s. Fig. 6) machen sowohl der Hilfskontakt h2 als auch der HauptkontaktH2
Kontakt. Das Kniegelenkpolygon befindet sich dabei im durchgedrückten Zustand. Dabei
liegt das Gelenk g des Mittelgliedes s rechts von der gezeichneten Linie v. Wenn
der Lastschalter umgeschaltet werden soll, wird vom Antrieb a aus vermittels der
Kurbel b der Angriffspunkt der Kraftspeicherfeder f, die mit ihrem anderen Ende
am Mittelglieds befestigt ist, verlagert (in der Fig.6 beispielsweise nach links).
Dadurch spannt sich die Feder, da das Kniegelenkpolygon in der Einklinkstellung
verriegelt ist und dem Federzug damit einen Widerstand bietet. Wird das Endglied
k1 durch den Antrieb aus der Einklinkstellung herausgehoben und überschreitet dabei
das Gelenk g die Linie v; dann klinkt das Kniegelenkpolygon aus und wird unter der
Kraft der sich entladenden Feder f in seine andere Endlage gebracht, in der die
Vorkontakte hl und die Hauptkontakte H1 sich berühren und das Kniegelenk mit seinen
Gliedern k2 und s in die Einklinkstellung geht.
Wenn der Lastschalter
aus irgendeinem der obengenannten Gründe beim Umschalten nicht einklinkt und damit
in die Stellung gemäß Fig. 7 kommt, in der nur der Hilfskontakt h2 Kontakt macht,
der Hauptkontakt H2 aber nicht, dann wird auch ein nachfolgendes Einklinken überhaupt
unmöglich. Dies kommt daher, daß dem Schalter beim Umschalten die vom Kraftspeicher
erteilte Schwungkraft fehlt. Die Kraftspeicherfeder f kann sich in der nicht eingeklinkten
Stellung nunmehr vom Antrieb aus nicht mehr so spannen, wie dies beim eingeklinkten
Kniegelenkpolygon, das bei der Federspannung einen Widerstand bietet, der Fall ist.
Beim Auftreten schon des geringsten Zuges durch die Kraftspeicherfeder am Mittelglied
s gibt das Kniegelenkpolygon nach und wandert entsprechend der Bewegung der Antriebswelle
a langsam aus der Stellung nach Fig. 7 in seine entsprechend gegenüberliegende Schaltstellung,
in der nur der Hilfskontakt hl Kontakt macht, der Hauptkontakt aber nicht. Der vorbeschriebene
Schaltzustand entspricht der Schaltstellung nach den Fig. 2 bzw. 4. Nur in besonderen
Fällen, in denen der Hauptkontakt Hl bzw. H" eine ganz bestimmte Lage den Hilfskontakten
gegenüber infolge besonderer konstruktiver Durchbildung einnimmt, kann es unter
Umständen vorkommen, daß auch sie einander berühren. Da dies aber einen Sonderfäll
darstellt, soll im nachstehenden nur das Ausführungsbeispiel betrachtet werden.
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In den Fig. 8 und g sind Arbeitsdiagramme der Stufenregeleinrichtung
bei mehreren nicht gestörten Umschaltvorgängen wiedergegeben, und zwar in Fig. 8
für Hinschaltung, das ist z. B. im Sinne einer Spannungserhöhung, in Fig. g für
Rückschaltung, das ist z. B. im Sinne einer Spannungserniedrigung. U entspricht
einem ganzenUmschaltvorgang von Dauerstellung zu Dauerstellung. Hierbei macht die
den Lastumschalter über die Kurbel b sowie den Stufenwähler über ein Aussetzgetriebe
antreibende Welle a eine i8o°-Bewegung. 20, 30, 40 sind die Dauerstellungen der
Regeleinrichtung, in denen also der Umschaltvorgang beendet ist. Sie entsprechen
den Schaltstellungen in Fig. i und 5 bei nicht gestörtem Betrieb und denen von Fig.
2 und 4 bei gestörtem Betrieb. Mit I und II sind die Arbeitsdiagramme der beiden
Stufenwähler bezeichnet, die infolge des Antriebs über Aussetzgetriebe nur zeitweilig
bewegt werden. Die Unterbrechungen in den Linien I und II deuten auf die Bewegung
der beweglichen Stufenwählerkontakte während des Umschaltvorganges hin. Bei den
bekannten Einrichtungen liegt, ohne daß Leergänge zwischen der Antriebswelle und
der Aufzugskurbel des Kraftspeichers bzw. zwischen der Antriebswelle und der Auslöseeinrichtung
des Lastumschalters vorgesehen sind, das Stück W, währenddem sich der jeweils stromfreie
Wählerkontakt bewegt, etwa in der Mitte des Umschaltweges; jedenfalls aber setzt
der Aufzug des Kraftspeichers ein, bevor der stromfreie Wählerkontakt auf dem neuen
Anzapfkontakt aufgelaufen ist. Mit L ist das Arbeitsdiagramm des Lastumschalters
bezeichnet. Über etwa i5o° des Umschaltvorganges U bleibt er gewöhnlich in Ruhe.
Während dieser Zeit wird der Kraftspeicher aufgeladen, der dann in der kurzen Zeit
von 0,03
bis o,i Sek. die Auslösung bewirkt und den Lastumschalter auf den
anderen beweglichen Wählerkontakt umschaltet, in Fig. 8 beispielsweise von II auf
I. Die Umschaltung geschieht zu diesem Zeitpunkt, in dem der Wählerkontakt I längst
auf seine Stufe aufgelaufen ist. Die Rückwärtsschaltung von der eingenommenen Schaltstufe
4o auf die vorhergehende Schaltstufe 2o zeigt Fig. g. Damit auch hier die gleiche
Taktfolge der Schaltungen wie beim Vorwärtsschalten erzielt wird, ist ein Leergang
G von i8o° zwischen Lastumschalterantrieb und Stufenwählerantrieb eingeschaltet.
Die Stufenwähler stehen über die ganze Dauer dieses Leerganges still. Der Lastumschalter
hingegen wird während des Leerganges umgeschaltet. Bei den nun folgenden Schaltvorgängen
wird der Stufenwähler, wie aus der Fig. g ersichtlich, in derselben Weise geschaltet
wie beim Vorwärtsschalten.
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Beim gestörten Schaltbetrieb, wo der Lastumschalter nicht einklinkt
und damit auch nicht in die Schaltstellung der Fig. i bzw. 5 gelangen kann, verschiebt
sich die Zeitfolge der einzelnen Schaltungen von Lastumschalter und Stufenwähler
gegeneinander. Fig. io zeigt einen solchen Störungsfall. Es ist angenommen, daß
vom Lastumschalter im Verlauf des Umschaltvorganges U die Schaltstellungen nach
Fig.2, 3 und 4 eingenommen werden,.die in Fig. io mit 2, 3 und ,4 bezeichnet sind.
Beim überschalten von Schaltstellung 2 nach 3 wird neben StufenwählerkontaktII auch
der für die nachfolgende Umstellung bereitgestellte, im Normalbetrieb stromfreie
Stufenwählerkontakt I dadurch stromführend, daß der bewegliche Kontakt den mit dem
Wähler I verbundenen Hilfskontakt berührt. Bei der Weiterbewegung des Lastumschalters
läuft der Stufenwählerkontakt I im Punkt A von seinem Ausgangskontakt ab. Weil er
hierbei den halben Laststrom plus Ausgleichsstrom wieder abschaltet, entsteht dabei
ein starker Lichtbogen. Er bewegt sich sodann gegen den festen Kontakt der neuen
Stufe weiter, den er bei Punkt B trifft. Beim Auftreffen auf diesen Kontakt gibt
es, da der Lastumschalter auch jetzt noch am Stufenwählerkontakt I liegt, einen
Einschaltlichtbogen. Dieser Lichtbogen erlischt jedoch im Gegensatz zu dem beim
Abschalten sich bildenden Lichtbogen, sobald der Stufenwählerkontakt metallischen
Kontakt bekommt. Er wird deshalb in der Regel nicht so gefährlich sein wie jener,
kann aber ebenfalls zu Störungen Veranlassung geben.
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In Fig. i i ist das Arbeitsdiagramm der erfindungsgemäßen Anordnung
für den Fall eines gestörten Schaltbetriebes bei einem Umschaltweg U von ebenfalls
i8o° gezeichnet. Damit hier bei dem sich gerade bewegenden Stufenwählerkontakt unter
allen Umständen jede Lichtbogenbildung vermieden wird, ist die Anordnung derart
getroffen, daß der Stufenwählerkontakt I nicht nur im stromfreien
Zustand
ablaufen kann, sondern auch auf die neue Schaltstufe stromlos auflaufen kann. Um
dies zu erreichen, muß dafür gesorgt werden, daß der Übergang des Lastumschalters
von Schaltstellung 2 nach Schaltstellung 3 erst dann erfolgt, nachdem der stromlose
Stufenwählerkontakt I bereits auf seine neue Schaltstufe aufgelaufen ist. Zu diesem
Zweck wird zwischen Hauptantriebswelle und Antrieb des zweiteiligen Stufenwählers
ein Aussetzgetriebe eingefügt und ein weiteres Aussetzgetriebe zwischen Hauptantriebswelle
und Lastumschalter. Die Aussetzgetriebe können Maltesergetriebe oder i20'-Triebe
sein. Das zwischen Hauptantriebswelle und Antrieb des zweiteiligen Stufenwählers
befindliche Aussetzgetriebe hat bei einem Umschaltvorgang von i8o° einen Leergang
von i2o° oder weniger.
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Damit erreicht man nun, daß die beim Vorwärtsschalten eingenommene
Taktfolge auch beim Rückwärtsschalten eingehalten wird, d. h. also, daß sowohl beim
Vorwärtsschalten als auch beim Rückwärtsschalten immer erst der Stufenwählerkontakt
abläuft und auf die neue Schaltstufe aufläuft, bevor der Lastumschalter umschaltet.
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Der Vorteil der Einrichtung gemäß der Erfindung liegt darin, daß man
es durch entsprechende Wahl des Ablaufpunktes des Stufenwählerkontaktes sowie durch
die Einstellung des Beginns des Umschaltvorganges des Lastumschalters ohne weiteres
in der Hand hat, sowohl bei gestörtem als auch bei ungestörtem Betrieb jederzeit
die Taktfolge der Schaltungen in stets gleicher Reihenfolge abspielen zu lassen.
Damit wird unter allen Umständen das Einschalten eines beweglichen Stufenwählerkontaktes
unter Strom und auch das Abschalten eines solchen unter Last mit Sicherheit vermieden.
Vorteilhaft ist ferner, daß nur bekannte Aussetzgetriebe, z. B. Maltesergetriebe
und i200-Triebe, sowie Leerlaufelemente bekannter Art benötigt werden. Da je nach
Dauer der einzelnen Schaltstellungen 2 bis q., insbesondere aber der Stellung 3,
für die Lage des Ablaufpunktes des Stufenwählerkontaktes viele 'Möglichkeiten bestehen,
sind in dieser Richtung keine bestimmten Angaben nötig. Wichtig ist nur, daß auch
beim gestörten Betrieb sowohl beim Vorwärts- als auch beim Rückwärtsschalten die
Umschaltung des Lastumschalters erst erfolgt, nachdem der Stufenwählerkontakt seine
Umschaltbewegung bereits vollendet hat.