Die Erfindung betrifft einen Laststufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen wenigstens zwei Wicklungsanzapfungen einer Regelwicklung eines Stufentransformators sowie ein Verfahren zur Betätigung des Laststufenschalters.

DE 10 2009 048 813 A1 beschreibt einen Stufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators. Der Stufenschalter weist zwei Lastzweige auf, von denen jeder eine als Hauptschaltkontakt wirkende Vakuumschaltröhre und parallel dazu eine Reihenschaltung aus einem Überschaltwiderstand und einer Vakuumschaltröhre aufweist. Über die Lastzweige können die Wicklungsanzapfungen mit einer gemeinsamen Lastableitung verbunden werden. Zwischen den Vakuumschaltröhren der beiden Lastzweige und der Lastableitung sind mechanische Schaltelemente angeordnet, die als zusätzliche Trennschalter dienen. Durch die mechanischen Schaltelemente ist es möglich, in einem nicht den Laststrom führenden Lastzweig die jeweilige Vakuumschaltröhre galvanisch von der Lastableitung zu trennen und damit die Stoßspannungsfestigkeit des Stufenschalters zu erhöhen. Die Vielzahl an Vakuumschaltröhren und mechanischen Kontakten macht den Laststufenschalter teuer und konstruktiv aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Laststufenschalter zur Verfügung zu stellen, welcher nur eine Vakuumschaltröhre und weniger Kontakte aufweist und dadurch kostengünstig in seiner Herstellung ist, dabei jedoch eine hohe Sicherheit gewährleistet.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Betätigung des Laststufenschalters bereitzustellen, welches eine sichere Umschaltung ermöglicht.

Vor diesem Hintergrund schlägt die Erfindung die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche vor. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Die Erfindung schlägt einen Laststufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen wenigstens zwei Wicklungsanzapfungen einer Regelwicklung vor, umfassend: einen Wähler mit einen ersten Bewegtkontakt und einen zweiten Bewegtkontakt zum Vorwählen einer Wicklungsanzapfung; einen Lastumschalter mit einem Brückenschalter, einem Hauptschalter, einem Hilfsschalter, einem Trennschalter und einem strombegrenzenden Element; wobei der Brückenschalter parallel zum Trennschalter geschaltet und mit einer Lastableitung verbunden ist; der Hauptschalter, der Trennschalter, das strombegrenzende Element und der Hilfsschalter in Reihe geschaltet sind, in einer stationären Stellung des Laststufenschalters ein Laststrom über den Hauptschalter und den Brückenschalter zur Lastableitung fließt.

Durch den besonders einfachen Aufbau des Lastumschalters und die einfache Verschaltung von Brückenschalter, Hauptschalter, Hilfsschalter, Trennschalter, strombegrenzenden Element und des Brückenschalters fließt der Laststrom in der stationären Stellung des Laststufenschalters stets von der Regelwicklung, über einen der Bewegtkontakte, den Hauptschalter und den Brückenschalter zur Lastableitung. Der Trennschalter, das strombegrenzende Element und der Hilfsschalter werden maximal geschont und nur während der Umschaltung verwendet. In der stationären Stellung wird keine Umschaltung durchgeführt. Weitere Trennschalter und mechanische Schalter werden so eingespart. Der Wähler wählt dabei die zu beschallende Wicklungsanzapfung, auf die umgeschaltet werden soll über einen der Bewegtkontakte vor. Der Lastumschalter führt dann die eigentliche Umschaltung unter Last durch. Der Wähler und der Lastumschalter sind sowohl elektrisch als auch mechanisch miteinander verbunden.

Der Brückenschalter kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise einen ersten Brückenschaltkontakt, einen zweiten Brückenschaltkontakt und einen dritten Brückenschaltkontakt aufweisen.

Der Trennschalter kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein beispielsweise als eine Vakuumschaltröhre, eine Ölschaltstrecke oder ein Halbleiterschaltelement.

Der Hauptschalter kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise einen ersten Hauptschaltkontakt, einen zweiten Hauptschaltkontakt und einen dritten Hauptschaltkontakt aufweisen.

Der Hilfsschalter kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise einen ersten Hilfsschaltkontakt, einen zweiten Hilfsschaltkontakt und einen dritten Hilfsschaltkontakt aufweisen.

Der Laststufenschalter kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise einen ersten Kontakt zwischen dem Hauptschalter und dem Trennschalter aufweisen; wobei der erste Kontakt mit dem Trennschalter, dem ersten Brückenschaltkontakt und dem dritten Hauptschaltkontakt elektrisch leitend verbunden ist.

Der Laststufenschalter kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise einen zweiten Kontakt zwischen dem strombegrenzenden Element und dem Trennschalter angeordnet ist aufweisen; wobei der zweite Kontakt mit dem Trennschalter, dem zweiten Brückenschaltkontakt und dem strombegrenzenden Element elektrisch leitend verbunden ist.

Der Laststufenschalter kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein, wobei beispielsweise der erste Bewegtkontakt mit dem ersten Hauptschaltkontakt und dem ersten Hilfsschaltkontakt elektrisch leitend verbunden ist; der zweite Bewegtkontakt mit dem zweiten Hauptschaltkontakt und dem zweiten Hilfsschaltkontakt elektrisch leitend verbunden ist.

Die Bewegtkontakte sind vorzugsweise als Wählerarme ausgestaltet und sind Teil eines Wählers, welcher wiederum Teil des Laststufenschalters ist.

Der Laststufenschalter kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein, wobei beispielsweise der Lastumschalter einen ersten Dauerhauptkontakt und einen zweiten Dauerhauptkontakt umfasst; der erster Dauerhauptkontakt mit dem ersten Bewegtkontakt und der Lastableitung elektrisch leitend verbunden ist; der zweite Dauerhauptkontakt mit dem zweiten Bewegtkontakt und der Lastableitung elektrisch leitend verbunden ist.

Die Erfindung schlägt weiterhin ein Verfahren zur Betätigung eines Laststufenschalters zur Umschaltung von einer Wicklungsanzapfung n zu einer benachbarten Wicklungsanzapfung n+1 vor, wobei in einem Schritt a) der Trennschalter geöffnet wird; in einem Schritt b) der Hilfsschalter betätigt wird, sodass der dritte Hilfsschaltkontakt und der zweite Hilfsschaltkontakt elektrisch leitend verbunden sind; in einem Schritt c) der Trennschalter geschlossen wird und ein Kreisstrom durch den Laststufenschalter fließt; in einem Schritt d) der Brückenschalter betätigt wird, sodass der erste

Brückenschaltkontakt, der zweite Brückenschaltkontakt und der dritte

Brückenschaltkontakt elektrisch leitend verbunden sind; in einem Schritt e) der Brückenschalter weiter betätigt wird, sodass der zweite Brückenschaltkontakt und der dritte Brückenschaltkontakt elektrisch leitend verbunden sind; in einem Schritt f) der Trennschalter geöffnet wird und der Kreisstrom durch den Laststufenschalter unterbrochen wird; in einem Schritt g) der Hauptschalter betätigt wird, sodass der dritte Hauptschaltkontakt und der zweite Hauptschaltkontakt elektrisch leitend verbunden sind; in einem Schritt h) der Trennschalter geschlossen wird; in einem Schritt i) der Brückenschalter betätigt wird, sodass der erste

Brückenschaltkontakt, der zweite Brückenschaltkontakt und der dritte

Brückenschaltkontakt elektrisch leitend verbunden sind; in einem Schritt j) der Brückenschalter weiter betätigt wird, sodass der zweite Brückenschaltkontakt und der dritte Brückenschaltkontakt elektrisch leitend verbunden sind.

Dieses Verfahren bietet mit wenigen mechanischen Schaltkontakten und nur einer Vakuumschaltröhre eine hohe Stoßspannungsfestigkeit und ist dabei kostengünstig und sicher.

Vorzugsweise ist spezifiziert, dass vor Schritt c) der erste Dauerhauptkontakt geöffnet wird; nach Schritt h) der zweite Dauerhauptkontakt geschlossen wird.

Vorzugsweise ist spezifiziert, dass vor Schritt a) der erste Dauerhauptkontakt geöffnet wird; nach Schritt j) der zweite Dauerhauptkontakt geschlossen wird.

Nachfolgend sind die Erfindung und ihre Vorteile unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 a eine erste Ausführungsform eines Laststufenschalters;

Figur 1 b eine Ausgangssituation eines Schaltablaufs des Laststufenschalters;

Figuren 2a-2j einen Schaltablauf des Laststufenschalters;

Figur 3a eine zweite Ausführungsform eines Laststufenschalters in einer Ausganssituation eines Schaltablaufs;

Figur 3d die zweite Ausführungsform eines Laststufenschalters am Ende eines Schaltablaufs.

Figur 1a zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Laststufenschalters 1 in schematischer Darstellung. Der Laststufenschalter 1 ist in einem Stufentransformator 30 angeordnet, welcher eine Regelwicklung 20 aufweist. Der Laststufenschalter 1 dient dabei der unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen n, n+1 der Regelwicklung 20. Der Laststufenschalter 1 weist einen Wähler 7, welcher aus mindestens einem ersten und einem zweiten Bewegtkontakt 6, 8 besteht, und einen Lastumschalter 9 auf. Der Wähler 7 wählt dabei die gewünschte neue Wicklungsanzapfung n, n+1 ohne Last vor und der Lastumschalter 9 übernimmt das Umschalten unter Last. Jeder Wicklungsanzapfung n, n+1 ist je ein Festkontakt 12, 14 zugordnet bzw. an ihr angeschlossen. Dabei ist die Anzahl der Festkontakte von der Anzahl der Wicklungsanzapfungen abhängig. Jeder der Festkontakte 12, 14 weist mindestens eine Kontaktfläche 22, 24 auf. Die Bewegtkontakte 6, 8 kontaktieren die entsprechenden Festkontakte 12, 14 an ihren Kontaktflächen 22, 24. Die Bewegtkontakte sind vorzugsweise als Wählerarme ausgestaltet.

Dieser Laststufenschalter 1 weist gemäß einer ersten Ausführungsform einen Brückenschalter 2 mit einem ersten, zweiten und dritten Brückenschaltkontakt 2.1 , 2.2, 2.3 auf, wobei der dritte Brückenschaltkontakt 2.3 an eine Lastableitung 5 des Stufentransformators angeschlossen ist bzw. mit dieser elektrisch leitend verbunden ist. Der Brückenschalter 2 kontaktiert bzw. verbindet in einer ersten Stellung den ersten Brückenschaltkontakt 2.1 , in einer zweiten Stellung den zweiten Brückenschaltkontakt 2.2 und in einer Brückenstellung beide Brückenschaltkontakte 2.1 , 2.2. Dabei verbindet der Brückenschalter 2 in der ersten Stellung den ersten Brückenschaltkontakt 2.1 mit dem dritten Brückenschaltkontakt 2.3, in der zweiten Stellung den zweiten Brückenschaltkontakt 2.2 mit dem dritten Brückenschaltkontakt 2.3 und in der Brückenstellung den ersten, den zweiten und den dritten Brückenschaltkontakt 2.1 , 2.2, 2.3. Der Brückenschalter 2 ist parallel zu einem Trennschalter 11 geschaltet. Der Trennschalter 11 kann dabei beispielsweise als Vakuumschaltröhre, Ölschaltstrecke oder Halbleiterschaltelement ausgebildet sein. Der Trennschalter 1 1 ist einerseits an einem ersten Kontakt 1 1.1 mit dem ersten Brückenschaltkontakt 2.1 und andererseits an einem zweiten Kontakt 11.2 mit dem zweiten Brückenschaltkontakt 2.2 elektrisch leitend verbunden. Weiterhin ist der erste Kontakt 11.1 mit dem dritten Hauptschaltkontakt 3.3 verbunden. Der zweite Kontakt 11.2 ist mit einem strombegrenzenden Element 10 elektrisch leitend verbunden. Der erste und der zweite Kontakt 1 1.1 , 1 1.2 können als einfache Klemmen ausgebildet sein.

Darüber hinaus weist der Laststufenschalter 1 einen Hauptschalter 3 mit einem ersten, zweiten und dritten Hauptschaltkontakt 3.1 , 3.2, 3.3 auf und einen Hilfsschalter 4 mit einem ersten, zweiten und dritten Hilfsschaltkontakt 4.1 , 4.2, 4.3. Der dritte Hauptschaltkontakt 3.3 ist entweder mit dem ersten Hauptschaltkontakt 3.1 oder mit dem zweiten Hauptschaltkontakt 3.2 elektrisch leitend verbunden. Der dritte Hilfsschaltkontakt 4.3 ist entweder mit dem ersten Hilfsschaltkontakt 4.1 oder den zweiten Hilfsschaltkontakt 4.2 verbunden. Der erste Bewegtkontakt 6 ist mit dem ersten Hauptschaltkontakt 3.1 und dem ersten Hilfsschaltkontakt 4.1 elektrisch leitend verbunden. Der zweite Bewegtkontakt 8 ist mit dem zweiten Hauptschaltkontakt 3.2 und den zweiten Hilfsschaltkontakt 4.2 elektrisch leitend verbunden.

Die elektrisch leitenden Verbindungen sind als Kabel oder Leitungen ausgestaltet.

Weiterhin weist der Laststufenschalter 1 ein strombegrenzendes Element 10 auf. Das strombegrenzende Element 10 ist zwischen dem Trennschalter 1 1 und dem Hilfsschalter 4 in Reihe geschaltet und mit diesem elektrisch leitend verbunden. Der zweite Kontakt 1 1.2, der mit dem zweiten Brückenschaltkontakt 2.2 elektrisch leitend verbunden ist, ist zwischen dem strombegrenzenden Element 10 und dem Trennschalter 11 angeordnet. Der Hauptschalter s ist mit dem Trennschalter 1 1 elektrisch in Reihe geschaltet. Dabei ist der erste Kontakt 11.1 , der mit dem ersten Brückenschaltkontakt 2.1 elektrisch leitend verbunden, zwischen dem Hauptschalter 3 und dem Trennschalter 11 angeordnet.

Der Hauptschalter 3, der Trennschalter 1 1 , das strombegrenzende Element 10 und der Hilfsschalter 4 bilden eine Reihenschaltung. Das strombegrenzende Element 10 kann beispielsweise wenigstens einen Widerstand und/oder wenigstens eine Induktivität und/oder wenigstens einen Varistor umfassen.

In einer stationären Stellung fließt der Laststrom IL von der Regelwicklung 20 zum ersten oder zweiten Bewegtkontakt 6, 8 über den Hauptschalter 3 und den Brückenschalter 2 zur Lastableitung 5. Die stationäre Stellung liegt dann vor, wenn der Laststufenschalter 1 nicht betätigt wird und der Stufentransformator 30 nicht geregelt werden muss.

In Figur 1 b ist zudem die Ausgangssituation eines Schaltablaufs des Laststufenschalters 1 dargestellt. Der Laststrom IL fließt hier von der Wicklungsanzapfung n über den ersten Festkontakt 12, den ersten Bewegtkontakt 6 über den Hauptschalter 3 und dessen ersten und dritten Hauptschaltkontakten 3.1 , 3.3 zum Brückenschalter 2 und somit zur Lastableitung 5. Diese Ausgangssituation ist auch die stationäre Stellung des Laststufenschalters 1 in der der Stufentransformator 30 nicht geregelt werden muss.

In den Figuren 2a bis 2j wird eine bevorzugte Ausführungsform eines Schaltablaufs des Laststufenschalters 1 beschrieben.

Figur 2a zeigt einen ersten Schritt a) nach der Ausgangssituation, also der stationären Stellung, in der der geschlossene Trennschalter 11 geöffnet wird.

In einem Schritt b) (Figur 2b) wird der Hilfsschalter 4 betätigt. Danach sind der dritte Hilfsschaltkontakt 4.3 und der zweite Hilfsschaltkontakt 4.2 elektrisch leitend verbunden. Der Laststrom IL fließt unverändert.

In einem Schritt c) (Figur 2c) wird der Trennschalter 1 1 geschlossen. Der erste Bewegtkontakt 6 ist nun über den ersten und dritten Hauptschaltkontakt 3.1 , 3.3 des Hauptschalters 3, den Trennschalter 11 , das strombegrenzende Element 10 und den ersten und zweiten Hilfsschaltkontakt 4.2, 2.3 des Hilfsschalters 4 mit dem zweiten Bewegtkontakt 8 verbunden. Der Laststrom IL fließt hier weiterhin von der Wicklungsanzapfung n über den Festkontakt 12 und den Bewegtkontakt 6 über den Hauptschalter 3 und dessen ersten und dritten Hauptschaltkontakten 3.1 , 3.3 zum Brückenschalter 2 und somit zur Lastableitung 5. Da nun zwei unterschiedliche Wicklungsanzapfungen n und n + 1 elektrisch leitend verbunden sind, entsteht ein Kreisstrom IC der über das strombegrenzende Element 10 begrenzt wird.

Im Schritt d) (Figur 2d) wird der Brückenschalter 2 in die Brückenstellung geschaltet, in der der dritte Brückenschaltkontakt 2.3 mit dem ersten und zweiten Brückenschaltkontakt 2.1 , 2.2 verbunden ist. Der Kreisstrom IC fließt weiterhin.

In einem Schritt e) (Figur 2e) wird der Brückenschalter 2 in eine zweite Position geschaltet, in der der dritte Brückenschaltkontakt 2.3 mit dem zweiten Brückenschaltkontakt 2.2 verbunden ist. Der Kreisstrom IC fließt weiterhin.

In einem Schritt f) (Figur 2f) wird der Trennschalter 11 geöffnet. Dadurch werden der erste und der zweite Bewegtkontakt 6, 8 voneinander getrennt und der Kreisstrom IC wird unterbrochen. Der Laststrom IL fließt dann von der Regelwicklung 20, der Wicklungsanzapfung n+1 über den zweiten Bewegtkontakt 8, den zweiten und dritten Hilfsschaltkontakt 4.2, 4.3 des Hilfsschalters 4 und das strombegrenzende Element 10, den Brückenschalter 2 zur Lastableitung 5.

In einem Schritt g) (Figur 2g) schaltet der Hauptschalter 3 um und der dritte Hauptschaltkontakt 3.3 wird mit dem zweiten Hauptschaltkontakt 3.2 verbunden. Der Laststrom IL fließt unverändert.

In einem Schritt h) (Figur 2h) schließt der Trennschalter 11. Der Laststrom IL fließt von der Wicklungsanzapfung n+1 über den zweiten Bewegtkontakt 8, den zweiten und dritten Hauptschaltkontakt 3.2, 3.3 des Hauptschalters 3, über den Trennschalter 11 und über den Brückenschalter 2 zur Lastableitung 5.

In einem Schritt i) (Figur 2i) wird der Brückenschalter 2 in eine Brückenstellung geschaltet, in der der dritte Brückenschaltkontakt 2.3 den ersten und zweiten Brückenschaltkontakt 2.1 , 2.2 kontaktiert.

Im Schritt j) (Figur 2j) schaltet der Brückenschalter 2 weiter in eine nächste Stellung, in der der dritte Brückenschaltkontakt 2.3 mit dem ersten Brückenschaltkontakt 2.1 elektrisch leitend verbunden ist. Damit fließt der Laststrom IL nicht mehr über den Trennschalter 11 , sondern von der Wicklungsanzapfung n+1 , den zweiten Festkontakt 14, den zweiten Bewegtkontakt 8, den Hauptschalter 3, den Brückenschalter 2 zur Lastableitung 5. Damit ist die Umschaltung beendet. Der Laststufenschalter befindet sich hier in einer weiteren stationären Stellung, in der der Laststrom von der Regelwicklung 20 über den Hauptschalter 3 und den Brückenschalter 2 zur Lastableitung 5 fließt.

Der in den Figuren 2a bis 2j gezeigte Schaltablauf erfolgt in umgekehrter Reihenfolge bei entgegengesetzter Schaltrichtung, also wenn von der Wicklungsanzapfung n+1 zur Wicklungsanzapfung n zurückgeschaltet wird.

Figur 3a zeigt eine weitere Ausführungsform des Laststufenschalters 1. In dieser Ausführungsform weist der Laststufenschalter 1 zusätzlich zwei Dauerhauptkontakte 17, 18 auf. Diese ermöglichen höhere Kurzschlussströme und hohe Durchgangsströme während des Betriebs. Der erste Dauerhauptkontakt 17 ist zwischen dem ersten Bewegtkontakt 6 und der Lastableitung 5 angeordnet. Der zweite Dauerhauptkontakt 18 ist zwischen dem zweiten Bewegtkontakt 8 und der Lastableitung 5 angeordnet. Vor einer Betätigung des Laststufenschalters 1 fließt der Dauerstrom stets über den ersten Dauerhauptkontakt 17 oder den zweiten Dauerhauptkontakt 18 zur Lastableitung 5, je nach dem in welcher stationären Stellung sich der Laststufenschalter 1 befindet. In Figur 3a wird die Ausgangslage einer Umschaltung auf die nächsthöhere Wicklungsanzapfung von n auf n+1 gezeigt. Dabei ist der erste Dauerhauptkontakt 17 geschlossen und der zweite Dauerhauptkontakt 18 offen. Der Laststrom IL fließt von der Regelwicklung 20 über die Wicklungsanzapfung n über den ersten Bewegtkontakt 6 und über den ersten Dauerhauptkontakt 17 als auch über den Hauptschalter 3 und den Brückenschalter 2 zur Lastableitung 5.

Figur 3b zeigt die Endposition der Schaltung nach einer durchgeführten Umschaltung von der Wicklungsanzapfung n auf die Wicklungsanzapfung n+1. Der Laststrom IL fließt von der Wicklungsanzapfung n+1 über den zweiten Bewegtkontakt 8, über den zweiten Dauerhauptkontakt 18 und über den Hauptschalter 3 und den Brückenschalter 2 zur Lastableitung 5.

Beim Betätigen des Laststufenschalters 1 wird bei vorhandenen Dauerhauptkontakten 17, 18 stets mit dem Öffnen des entsprechenden geschlossenen Dauerhauptkontaktes begonnen, bevor die weiteren Elemente des Lastumschalters 9 betätigt werden. Weiterhin endet jede Schaltung mit dem Schließen des entsprechenden Dauerhauptkontaktes 17, 18.

Alternativ kann der geschlossene Dauerhauptkontakt 17 vor dem Schließen des Trennschalters 1 1 - vor Schritt c) - geöffnet und der zweite Dauerhauptkontakt 18 nach dem Schließen des Trennschalters 1 1 also Schritt h) geschlossen werden. Bezugszeichenliste

1 Laststufenschalter

2 Brückenschalter

2.1 erster Brückenschaltkontakt

2.2 zweiter Brückenschaltkontakt

2.3 dritter Brückenschaltkontakt

3 Hauptschalter

3.1 erster Hauptschaltkontakt

3.2 zweiter Hauptschaltkontakt

3.3 dritter Hauptschaltkontakt

4 Hilfsschalter

4.1 erster Hilfsschaltkontakt

4.2 zweiter Hilfsschaltkontakt

4.3 dritter Hilfsschaltkontakt

5 Lastableitung

6 erster Bewegtkontakt

7 Wähler

8 zweiter Bewegtkontakt

9 Lastumschalter

10 strombegrenzendes Element

11 Trennschalter

11.1 erster Kontakt

11 .2 zweiter Kontakt

12 erster Festkontakt

14 zweiter Festkontakt

17 erster Dauerhauptkontakt

18 zweiter Dauerhauptkontakt

20 Regelwicklung 22 Kontaktfläche

24 Kontaktfläche

30 Stufentransformator

IL Laststrom n, n+1 Wicklungsanzapfung

IC Kreisstrom