Laststufenschalters

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Laststufenschalter mit Ticklerwindung zur unterbrechungslosen Lastumschaltung von einer Stufenanzapfung zur nächsten Stufenanzapfung eines Stufentransformators. Im Besonderen hat der Laststufenschalter eine Ticklerwindung zur unterbrechungslosen Lastumschaltung von einer Stufenanzapfung zu einer nächsten Stufenanzapfung eines Stufentransformators. Der Laststufenschalter weist einen Hauptzweig und einen Hilfszweig auf, die beide mit einer Lastableitung verbunden sind. Im Hauptzweig ist ein erster Wählerkontakt und im Hilfszweig ist ein zweiter Wählerkontakt vorgesehen.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Stufenschalters. Für Stufenschalter existieren weltweit zwei unterschiedliche grundsätzliche Schaltprinzipien: Zum einen der verhältnismäßig langsam umschaltende Reaktorschalter, der bis heute in den USA dominierend ist. Dabei sind Umschaltimpedanzen, beispielsweise in Form von

Überschaltdrosselspulen, vorgesehen, die während der langsamen Umschaltung von einer Wicklungsanzapfung zur nächsten einen Stufenkurzschluss vermeiden und für die

Dauerbelastung im stationären Betrieb bemessen sind.

Zum anderen der im Vergleich zum Reaktorschalter schnell umschaltende

Widerstandsschalter, nach seinem Erfinder auch oft als„Jansen-Schalter" bezeichnet, der sich im Rest der Welt durchgesetzt hat. Hierbei erfolgt die Umschaltung von einer

Wicklungsanzapfung auf die nächste schnell, d. h. sprungartig, und es sind

Überschaltwiderstände vorgesehen, die einen Stufenkurzschluss während der Umschaltung verhindern. Bei diesem Prinzip der Umschaltung werden diese Überschaltwiderstände nur für eine sehr kurze Zeitspanne belastet. Ein nach dem Reaktorschaltprinzip arbeitender Stufenschalter, der ebenfalls auf die

Anmelderin zurückgeht, ist aus der DE 197 43 865 C1 bekannt geworden. N und n + 1 sind dabei benachbarte Anzapfungen der Stufenwicklung des Transformators. Der Stufenschalter hat bewegliche Wählerkontakte und Umschaltimpedanzen, auch Überschaltreaktanzen genannt. Zwischen die beiden Zweige ist eine Vakuumschaltzelle geschaltet, wobei die entsprechende Verbindung zur Lastableitung durch einen Bypass-Schalter hergestellt wird. Der Bypass-Schalter kann dabei - je nach Stellung - jeden der beiden beweglichen

Wählerkontakte sowohl einzeln als auch gemeinsam mit der Lastableitung verbinden. Er verfügt dazu über zwei feste Bypass-Kontakte und zwei bewegliche Bypass- Kontakte. Die beweglichen Bypass-Kontakte sind gelenkig miteinander sowie mit der Lastableitung verbunden. Jeder der beiden festen Bypass-Kontakte steht mit einem der beweglichen Wählerkontakte an jeweils deren der Vakuumschaltzelle zugewandten Seite elektrisch in Verbindung. Im stationären Zustand überbrückt der Bypass-Schalter die beiden festen Bypass- Kontakte und verbindet sie gemeinsam mit der Lastableitung. Zu Beginn einer Lastumschaltung wird diese Verbindung zwischen den beiden festen Bypass-Kontakten und damit den beweglichen Wählerkontakten unterbrochen; bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltsequenz verbindet der Bypass-Schalter lediglich den auf der ursprünglichen

Wicklungsanzapfung verbleibenden beweglichen Wählerkontakt mit der Lastableitung.

Danach öffnet die Vakuumschaltzelle, anschließend erreicht der bewegliche Wählerkontakt die neue Wicklungsanzapfung, die Vakuumschaltzelle schließt wieder. Schließlich nimmt der Bypass-Schalter wieder seine Ausgangsstellung, d. h. seine stationäre Stellung, ein. Eine weitere bekannte Ausführungsform eines Laststufenschalters, der ebenfalls nach dem Reaktorschaltprinzip arbeitet, ist in Figur 1 dargestellt. Diese zeigt eine diesem

Stufenschalter zu Grunde liegende typische Schaltung einschließlich Schaltsequenz bei der Umschaltung von einer Stufe A auf eine benachbarte Stufe B. n und n+1 sind hier die benachbarten Anzapfungen der Stufenwicklung des Transformators. MTSi und MTS ₂ sind die bei der Umschaltung zu betätigenden beweglichen Wählerkontakte, X-, und X ₂ sind die Überschaltreaktanzen. Die Lastableitung Y ist zwischen den Reaktanzen X ₁ und X ₂ angeordnet. Zu Beginn einer Lastumschaltung wird ein Lastschaltstrecke MSV ₂ geöffnet, der Wählerkontakt MTS ₂ kann stromlos auf die Anzapfung n+1 bewegt werden, anschließend schließt die Laststrecke MSV ₂ . Damit ist eine stationäre Position hergestellt und auf Stufe B umgeschaltet. Die Überschaltreaktanzen X-, und X ₂ begrenzen den Kreisstrom l _c auf eine für die Strombahn des Transformators und den Schalter zulässigen Wert.

Die im Stand der Technik erwähnten Überschaltreaktanzen X und X ₂ auch

Umschaltimpendanzen genannt, sind stets so ausgelegt, dass diese den beim Umschalten in der„bridging position" entstehenden Kreisstrom begrenzen zu können. Da bei hohen

Leistungsklassen dieser sehr groß werden kann, können diese Überschaltreaktanzen, die aus einer Spule auf einem gemeinsamen ferromagnetischen Kern aufgebaut sind, einen Durchmesser von über einem Meter und eine Höhe von mehreren Metern annehmen. Unabhängig von der Leistungsklasse ist die Überschaltreaktanz jedoch immer ein enormer Kostenfaktor für einen Transformatorhersteller. Neben der großen Menge an Material aus dem diese separat angeordnete Spule besteht, wirkt sich auch der notwendige Bauraum im Transformatorkessel negativ aus.

Im Betrieb kommt es zusätzlich zu einer Erwärmung der Überschaltreaktanz. Diese

Wärmeenergie wird an das umgebende Transformatoröl abgegeben. Aus diesem Grund muss das Kühlsystem des Transformators größer und leistungsstärker ausgelegt werden.

Ein weitere Nachteil dieser Spulen sind die enormen ohmschen und magnetischen Verluste die durch diese entstehen. Einerseits stellt das viele Material der Spulen im Betrieb einen großen ohmschen Widerstand dar. Zusätzlich erzeugt die Form der Überschaltreaktanzen „Spule mit Kern" hohe magnetische Verluste.

Bei Stufenschaltern ist es außerdem bereits bekannt, sogenannte Ticklerwindungen vorzusehen. Diese zusätzlich zur eigentlichen Stufenwicklung vorhandene, auf dem selben Kern separat angeordnete, Wicklungen, sind derart bemessen, dass über ihnen eine Spannung abfällt, die der Hälfte der Stufenspannung, d. h. der Spannung zwischen zwei benachbarten Anzapfungen der Stufenwicklung, entspricht. Durch wahlweises Zuschalten der Ticklerwindung ist damit die Zahl der möglichen einstellbaren Spannungsstufen verdoppelbar. In der Zeitschrift "SIEMENS Energy & Automation Technology", März 1986, S. 16 bis 18, ist die Wirkungsweise einer Ticklerwindung, auch als "auxilliary winding" bezeichnet, bei einem Autotransformator beschrieben. Die Anzapfungen der Stufenwicklung gestatten dort eine Stufung in 1 ,25%-Sprüngen; durch das wahlweise Zuschalten der Ticklerwindung wird eine schaltbare Stufung von 0,625 % erreicht. Bei solchen Autotransformatoren ist damit ein Durchlaufen des Regelbereiches der Spannung von +/- 10% in 32 Stufen zu je 0,625 % möglich.

Weiterhin ist aus der DE 195 18 272 C1 , die auf die Anmelderin zurückgeht, ein Stufenschalter mit Ticklerwindung bekannt, der zum Beschälten von festen Stufenkontakten vorgesehen ist. Dieser Stufenschalter weist zwei Wählerkontakte auf, wobei einer der Wählerkontakte in Reihenschaltung mit einer Ticklerwindung und einem Überschaltwiderstand mit der Lastableitung verbunden ist. Der zweite Wählerkontakt ist über einen Umschalter mit Lastableitung verbunden. Beide Lastzweige sind unmittelbar vor der Lastableitung über ein antiparallel geschaltetes Thyristorpaar verbunden. Ein Nachteil bei den Stufenschaltern mit Ticklerwindung liegt hauptsächlich in den Schaltkontakten. Wenn diese als einfache mechanischen Schaltkontakte gestaltet sind, ist der bei den Umschaltungen entstehende Abbrand sehr groß. Dies führt dazu, dass der Stufenschalter sehr wartungsintensiv ist. Um die Nachteile der einfachen mechanischen Schalter zu vermeiden wird ein antiparallel geschaltetes Thyristorpaar verwendet, das mittels weiterer mechanischer Umschalter zeitweise in den Kreis geschaltet wird. Dieses ist jedoch sehr teuer und kann ohne spezielle Ansteuerung nur in Verbindung mit ohmschen Überschaltwiderständen verwendet werden.

Da stets das Bestreben vorliegt die einzelnen Baugruppen so kostengünstig wie möglich zu fertigen und die magnetischen und ohmschen Verluste so gering wie möglich zu halten, versuchen Transformatorhersteller dieses Ziel durch die Einsparung von Material, d.h. Menge des Kupfers für die Leitungen, Größe des Eisenkerns und Bauraum den die Überschaltreaktanz benötigt, zu erreichen. Außerdem wird stets versucht, die Kosten durch die konstruktive Gestaltung und durch die kleinere Dimensionierung aller stromführenden Teile, insbesondere der Lastschaltstrecken, zu reduzieren. Aufgabe der Erfindung ist, einen Laststufenschalter zur unterbrechungslosen Lastumschaltung bereitzustellen, der einfach aufgebaut ist und dabei trotzdem ein hohes Maß an Sicherheit und Zuverlässigkeit gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch einen Laststufenschalter mit einer Ticklerwindung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen dabei besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zum Betreib eines Laststufenschalters zur unterbrechungslosen Lastumschaltung bereitzustellen, das ein hohes Maß an Sicherheit und Zuverlässigkeit bei der Lastumschaltung gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreib eines Laststufenschalters gelöst, das die Merkmale des Patentanspruches 10 aufweist. Die davon abhängigen Unteransprüche betreffen dabei besonders vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die allgemeine erfinderische Idee besteht darin eine Ticklerwindung in nur einem Lastzweig eines Laststufenschalters anzuordnen, damit Material zu reduzieren und die ohmschen und magnetischen Verluste, die durch eine Überschaltreaktanz entstehen würden, wegzulassen. Die Erfindung soll nachstehend an Hand der Figuren beispielhaft noch näher erläutert werden. Es zeigen: Figur 1 eine aus dem Stand der Technik bekannte Ausführungsform eines Laststufenschalters nach dem Reaktorschaltprinzip;

Figur 2 e n erfindungsgemäßer Laststufenschalter m t einer Ticklerwindung;

Figur 3 e n erfindungsgemäßer Laststufenschalter m t Thyristoren als Schaltelemente;

Figur 4 e n erfindungsgemäßer Laststufenschalter m t Dauerhauptkontakten;

Figur 5 e n erfindungsgemäßer Laststufenschalter m t einer

Unterbrechungsschaltelement;

Figur 6 ein erfindungsgemäßer Laststufenschalter mit zwei

Unterbrechungsschaltelementen; und

Figur 7 ein erfindungsgemäßer Laststufenschalter mit drei

Unterbrechungsschaltelementen.

In Figur 2 ist ein erfindungsgemäßer Laststufenschalter 1 abgebildet. Dieser weist einen Hauptzweig 2 und einen Hilfszweig 3 auf. Der Hauptzweig 2 besteht aus einer

Ticklerwindung 4 und einem dazu in Reihen geschalteten ersten Schaltelement 5. Der Hilfszweig 3 weist ein zweites Schaltelement 6 auf. Bei der Durchführung einer

Lastumschaltung von einer Stufenanzapfung n zu einer nächsten Stufenanzapfung n+1 werden das erste und das zweite Schaltelemente 5, 6 in einer bestimmten Reihenfolge betätigt während der Laststufenschalter 1 von einer Stufenanzapfung n zur nächsten n+1 bewegt wird. Der direkte Abgriff der Stufenanzapfungen n, n+1 erfolgt über einen ersten

Wählerkontakt 7 und einen zweiten Wählerkontakte 8. Diese sind in diesem Beispiel als eine Einheit mit dem Laststufenschalter 1 ausgebildet, können aber auch als separate Bauteile ausgebildet sein. In dieser Ausführungsform ist der erste Wählerkontakt 7 mit dem Hauptzeig 3 und der zweite Wählerkontakt 8 mit dem Hilfszweig 3 mechanisch elektrisch leitend verbunden. Somit besteht die Möglichkeit einen Stromfluss von einer Stufenanzapfung n einer Stufenwicklung 9 über den ersten Wählerkontakt 7, die Ticklerwindung 4 und das ersten Schaltelement 5 zu einer Lastableitung 10 zu führen.

Der zweite Wählerkontakt 8 stellt eine elektrisch leitende Verbindung zwischen einer Stufenanzapfung n und der Lastableitung 10 über den Hilfszweig 3 mit dem zweiten

Schaltelement 6 her.

Im stationären Zustand, d.h. vor Beginn einer Umschaltung von einer Stufenanzapfung n zu einer nächsten Stufenanzapfung n+1 fließt der Strom zunächst vom Stufenwicklung 9 über die Stufenanzapfung n und das geschlossene erste Schaltelement 6 des Hilfsstromzweigs 3 zu der Lastableitung 10 Der Hauptzweig 2 führt auf Grund des offenen ersten Schaltelementes 5 keinen Strom.

Im ersten Schaltschritt einer Umschaltung, von einer Stufenanzapfung n zu einer

benachbarten Stufenanzapfung n+1 , wird zunächst der Hauptzweig 2 oder zumindest der erste Wählerkontakt 7, auf die benachbarte Stufenabzapfung n+1 geführt. Durch ein anschließendes gleichzeitiges Schließen des ersten Schaltelements 5 des Hauptzweigs 2 und Öffnen des zweiten Schaltelements 6 des Hilfszweigs 3 wird der Stromfluss von der Stufenanzapfung n+1 der Stufenwicklung 9 über den Hauptzweig 2 und die Ticklerwindung 4 zur Lastableitung 10 gelenkt. Die Betätigung beider Schaltelemente 5, 6 muss im

Nulldurchgang der Sinuskurve des Stromes stattfinden.

Da die Windungen der Ticklerwindung 4 entgegen der Windungen der Stufenwicklung 9 ausgerichtet sind, wird nicht die tatsächlich zugeschaltete Spannung an die Lastableitung 10 abgegeben. Im Ausführungsbeispiel weist die Ticklerwindung 4 genau halb so viele

Windungen wie eine Stufe eines der Stufenwicklung 9 auf. Somit wurde in diesem Schritt nur eine halbe Stufenanzapfung n anstatt einer ganzen zugeschaltet. Im Anschluss an diese Umschaltung wird der Hilfszweig 3 oder mindestens der mit diesem elektrisch leitend verbundene zweite Wählerkontakt 8 auf die Stufenanzapfung n+1 bewegt. Durch das Öffnen des ersten Schaltelements 5 und Schließen des zweiten Schaltelements 6, wird der Strom durch den Hilfszweig 3 zur Lastableitung geführt, so dass eine volle Stufenanzapfung zugeschaltet ist.

In Figur 3 ist ein Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der das erste und zweite Schaltelemente 5, 6 als Thyristoren ausgebildet sind. Dieses könne in einem einzigen Elemente, einer sogenannten Kommutierungszelle, umgesetzt werden. Durch die Verwendung von Thyristoren Iässt sich eine sehr schnelle Umschaltung realisieren. Dieses ist besonders Wichtig, da Schaltung im Genauen Nulldurchgang der Sinuskurve des Stromes erfolgt und damit kein Kreisstrom entsteht. Neben Thyristoren sind auch weitere schnelle Schaltelemente wie z.B. IGBT ^' s geeignet.

In Figur 4 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung abgebildet in der, parallel zum ersten und zweiten Schaltelement 5 und 6, jeweils ein erster und ein zweiter Dauerhauptkontakt 1 1 und 12 angeordnet ist. Diese Dauerhauptkontakte 1 1 , 12 dienen der Entlastung des ersten und zweiten Schaltelementes 5, 6 im stationären Zustand und reduzieren damit deren Baugröße sowie deren Kosten. Dies ist besonders vorteilhaft wenn Thyristoren als Schaltelemente 5, 6 eingesetzt werden. In Figur 5 ist eine weitere erfindungsgemäße Ausführung des Laststufenschalter 1 , der eine Ticklerwindung 4 aufweist, abgebildet. Diese Ticklerwindung 4 ist mit einem ohmschen Überschaltwiderstand 13 in Reihe geschaltet. Dabei ist die Ticklerwindung 4 mit dem ersten Wählerkontakt 7 mit einer Stufenanzapfung n und der ohmsche Überschaltwiderstand 13 mit einem ersten Anschluss 14.1 eines Bypassschaltelements 14 elektrisch leitend verbunden. Diese Anordnung bildet den Hauptzweig 2.

Der zweite Wählerkontakt 8, der ebenfalls auf der Stufenanzapfung n anliegt, ist mit einem zweiten Anschluss 15.2 eines Umstellschaltelements 15 verbunden. Durch das Umstellschaltelement 15 ist es möglich den zweiten Wählerkontakt 8 über eine Leitung 16 mit einem zweiten Anschluss 14.2 des Bypassschaltelements 14 zu verbinden. Diese Anordnung bildet den Hilfszweig 3. Weiterhin ist ein erster Anschluss 15.1 des Umstellschaltelements 15 mit einen Verbindungspunkt 17, der sich zwischen der Ticklerwindung 4 und dem Überschaltwiderstand 13 befindet, verbunden. Diese Anordnung bildet den Nebenzweig 18. Das Umstellschaltelement 15 erlaubt es durch die Beschaltung des ersten Anschlusses 15.1 oder des zweiten Anschlusses 15.2 entweder den ersten Wählerkontakt 7 über die Ticklerwindung 4 oder den zweiten Wählerkontakt 8 direkt mit der Leitung 16 zu verbinden.

Das Bypassschaltelement 14 verbindet durch Beschaltung des ersten und/oder des zweiten Anschlusses 14.1 und/oder 14.2 den Hauptzweig 2, den Hilfszweig 3 oder beide gleichzeitig mit der Lastableitung 10. Hierfür muss jedoch das Umstellschaltelement 15 auf dem zweiten Anschluss 15.2 geschaltet sein.

Zusätzlich weist der Laststufenschalter 1 ein Unterbrechungsschaltelement 19 auf, welches den Hauptzweig 2, zwischen Überschaltwiderstand 13 und Bypassschaltelement 14, und den Hilfszweig 3, zwischen Umstellschaltelement 15 und Bypassschaltelement 14, im geschlossenen Zustand verbinden.

Im stationären Zustand sind ist das Umschaltelement 15 mit dessen zweiten Anschluss 15.2 verbunden. Das Bypassschaltelement 14 kontaktiert dessen zweiten Anschluss 14.2 und das Unterbrechungsschaltelement 9 ist geöffnet. Der Stromfluss verläuft über den Hilfszweig 3 zur Lastableitung 10. Die Umschaltung von einer Stufenanzapfung n zur einer benachbarten Stufenanzapfung n+1 läuft in folgenden Schaltschritten ab:

Hauptzweig 3 oder zumindest der erste Wählerkontakt 7 schalten auf die Stufenanzapfung n+1 ;

Unterbrechungsschaltelement 19 wird geschlossen;

- Bypassschaltelement 14 schalten vom zweiten Anschluss 14.2 auf den ersten Anschluss 14.1 , wobei beim Umschalten kurzeitig beide Anschlüsse 14.1 und 14.2 kontaktiert werden;

- Unterbrechungsschaltelement 19 wird geöffnet;

Umstellschaltelement 15 schalten vom zweiten Anschluss 15.2 auf den ersten Anschluss 15.1 ;

Unterbrechungsschaltelement 19 wird geschlossen;

Bypassschaltelement 14 schalten vom ersten Anschluss 14.1 auf den zweiten Anschluss 14.2, wobei beim Umschalten kurzeitig beide Anschlüsse 14.1 und

14.2 kontaktiert werden;

- Unterbrechungsschaltelement 19 wird geöffnet; und

Hilfszweig 3 oder zumindest der zweite Wählerkontakt 8 schalten auf die Stufenanzapfung n+1.

Nach diesem Schaltschritt wird der Strom über die zugeschalteten Windungen zwischen den Stufenanzapfung n und n+1 sowie die Ticklerwindung 4 zur Lastableitung 10 geführt. Da wie in Figur 2 bereits beschrieben, die Windungen der Ticklerwindung 4 entgegen den

Windungen der Stufenwicklung 9 ausgerichtet sind, werden somit nur die Hälfte der

Windungen, die zwischen den Stufenanzapfungen n und n+1 liegen, mit der Lastableitung 10 verbunden. Um die gesamte Stufe zuschalten zu können sind folgende Schaltschritte notwendig:

Unterbrechungsschaltelement 19 wird schlössen;

- Bypassschaltelement 14 schalten vom zweiten Anschluss 14.2 auf den ersten

Anschluss 14.1 , wobei beim Umschalten kurzeitig beide Anschlüsse 14.1 und 14.2 kontaktiert werden;

- Unterbrechungsschaltelement 19 wird geöffnet;

- Umstellschaltelement 15 schalten vom ersten Anschluss 15.1 auf den zweiten Anschluss 15.2; Bypassschalteiement 14 schalten vom ersten Anschluss 14.1 auf den zweiten Anschluss 14.2, wobei beim Umschalten kurzeitig beide Anschlüsse 14.1 und 14.2 kontaktiert werden; und

Unterbrechungsschaltelement 19 wird geöffnet.

Nach dem letzten Schaltschritt ist die Zuschaltung aller Windung zwischen den

Stufenanzapfungen n und n+1 erfolgt.

In Figur 6 ist eine weitere erfindungsgemäße Ausführung des Laststufenschalter 1 , der eine Ticklerwindung 4 als Überschaltreaktanz aufweist, abgebildet. Diese Ticklerwindung 4 ist mit einem Überschaltwiderstand 13 und einem Unterbrechungsschaltelement 20 in Reihe geschaltet. Dabei ist die Ticklerwindung 4 ist mit dem ersten Wählerkontakt 7 mit einer Stufenanzapfung n und das Unterbrechungsschaltelement 20 mit der Lastableitung 10 elektrisch verbunden. Der Überschaltwiderstand 13 ist zwischen der Ticklerwindung 4 und dem Unterbrechungsschaltelement 20 angeordnet. Diese Anordnung bildet den Hauptzweig 2.

Der auf der Stufenanzapfung n anliegende, zweite Wählerkontakt 8 ist mit dem Anschluss 15.2 des Umstellschaltelements 15 verbunden. Durch das Umstellschaltelement 15 ist es möglich den zweiten Wählerkontakt 8 über ein Unterbrechungsschaltelement 21 mit der Lastableitung 10 zu verbinden. Dies ist allerdings nur möglich wenn der Unterbrechungsschalter 21 im geschlossenen Zustand ist. Diese Anordnung bildet den Hilfszweig 3. Der Nebenzweig 18 wird durch die leitenden Verbindung zwischen dem ersten Anschluss 15.1 des Umstellschaltelements 15 mit einen Verbindungspunkt 17, der sich zwischen der Ticklerwindung 4 und dem Überschaltwiderstand 13 befindet, gebildet.

Im stationären Zustand, d.h. vor Beginn einer Umschaltung von einer Stufenanzapfung n zu einer nächsten Stufenanzapfung n+1 fließt der Strom zunächst vom Stufenwicklung 9 über die Stufenanzapfung n über den Hilfszweig 3 zur Lastableitung 10. Dabei ist das Unterbrechungsschaltelement 21 geschlossen und das Umstellschaltelement 15 beschaltet dessen zweiten Anschluss 15.2. Das Unterbrechungsschaltelement 20 im Hauptzweig 2 ist offen.

Die Umschaltung von einer Stufenanzapfung n zur einer benachbarten Stufenanzapfung n+1 läuft in folgenden Schaltschritten ab: Hauptzweig 3 oder zumindest der erste Wählerkontakt 7 schalten auf die Stufenanzapfung n+1 ;

Unterbrechungsschaltelement 20 wird geschlossen;

- Unterbrechungsschaltelement 21 wird geöffnet;

Umstellschaltelement 15 schalten vom zweiten Anschluss 15.2 auf den ersten Anschluss 15.1 ;

Unterbrechungsschaltelement 21 wird geschlossen;

Unterbrechungsschaltelement 20 wird geöffnet; und

- Hilfszweig 3 oder zumindest der zweite Wählerkontakt 8 schalten auf die

Stufenanzapfung n+1.

Auch in dieser Ausführungsform der Erfindung wird nach diesem Schaltschritt wird der Strom über die zugeschalteten Windungen zwischen den Stufenanzapfung n und n+1 sowie die Ticklerwindung 4 zur Lastableitung 10 geführt. Da wie in Figur 2 bereits beschrieben, die Windungen der Ticklerwindung 4 entgegen den Windungen der Stufenwicklung 9 ausgerichtet sind, werden somit nur die Hälfte der Windungen, die zwischen den

Stufenanzapfungen n und n+1 liegen, mit der Lastableitung 10 verbunden. Um die gesamte Stufe zuschalten zu können sind folgende Schaltschritte notwendig:

Unterbrechungsschaltelement 20 wird geschlossen;

Unterbrechungsschaltelement 21 wird geöffnet;

- Hauptzweig 3 oder zumindest der erste Wählerkontakt 7 schalten auf die

Stufenanzapfung n+1 ;

- Umstellschaltelement 15 schalten vom ersten Anschluss 15.1 auf den zweiten Anschluss 15.2;

- Unterbrechungsschaltelement 21 wird geschlossen; und

Unterbrechungsschaltelement 20 wird geöffnet. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist nach dem letzten Schaltschritt die Zuschaltung aller Windung zwischen den Stufenanzapfungen n und n+1 erfolgt.

Im ersten Schaltschritt einer Umschaltung, von einer Stufenanzapfung n zu einer benachbarten Stufenanzapfung n+1 , wird zunächst der Hauptzweig 2 oder zumindest der erste Wählerkontakt 7 auf die benachbarte Stufenabzapfung n+1 geführt. Sobald dies geschehen ist, wird das Unterbrechungsschaltelement 20 des Hauptzweiges 2 geschlossen und anschließend das Unterbrechungsschaltelement 21 geöffnet. Der Strom fließt nun von zur Lastableitung 10 über den Hauptzweig 3 mit der Ticklerwindung 4 und dem Überschaltwiderstand 13. Im nächsten Schritt schaltet das Umstellschaltelement 15 auf dessen ersten Anschluss 15.1. Sobald dies geschehen ist wird zunächst das

Unterbrechungsschaltelement 21 des Hilfszweigs 3 geschlossen und das

Unterbrechungsschaltelement 20 des Hauptzweigs 2 geöffnet. Zum Schluss erreicht der Hilfszweig 3, insbesondere der zweite Wählerkontakt 8 die Stufenanzapfung n+1. In diesem Zustand fließt der Strom von der Stufenanzapfung n+1 über die Ticklerwindung 4, den Nebenzweig 18 sowie dem Unterbrechungsschaltelement 21 zur Lastableitung 10. In Figur 7 ist eine weitere erfindungsgemäße Ausführung des Laststufenschalters 1 , der eine Ticklerwindung 4 als Überschaltreaktanz aufweist, abgebildet. Diese Ticklerwindung 4 ist mit einem Unterbrechungsschalter 22 in Reihe geschaltet. Dabei ist die Ticklerwindung 4 über deb ersten Wählerkontakt 7 mit einer Stufenanzapfung n und das Unterbrechungsschaltelement 22 mit der Lastableitung 10 elektrisch verbunden. Diese Anordnung bildet den Hauptzweig 2.

Der zweite Wählerkontakt 8 ist unmittelbar über ein Unterbrechungsschaltelement 23 mit der Lastableitung 10 verbunden. Diese Anordnung bildet den Hilfszweig 3. Der Nebenzweig 18 besteht aus dem Überschaltwiderstand 13 und einem mit diesem in Reihe geschalteten Unterbrechungsschaltelement 24. Dabei ist der Überschaltwiderstand 13 mit dem Verbindungspunkt 17 und das Unterbrechungsschaltelement 24 mit der Lastableitung 10 verbunden.

Im stationären Zustand sind ist das Unterbrechungsschaltelement 23 des Hilfszweigs 3 geschlossen und die Unterbrechungsschaltelemente 22 und 24 des Hauptzweigs 2 und des Nebenzweigs 18 sind geöffnet. Der Stromfluss verläuft über den Hilfszweig 3 zur Lastableitung 10.

Die Umschaltung von einer Stufenanzapfung n zur einer benachbarten Stufenanzapfung n+1 läuft in folgenden Schaltschritten ab:

- Hauptzweig 3 oder zumindest der erste Wählerkontakt 7 schalten auf die

Stufenanzapfung n+1 ;

- Unterbrechungsschaltelement 24 wird geschlossen;

- Unterbrechungsschaltelement 22 wird geschlossen;

Unterbrechungsschaltelement 23 wird geöffnet;

- Unterbrechungsschaltelement 24 wird geöffnet; und - Hilfszweig 3 oder zumindest der zweite Wählerkontakt 8 schalten auf die

Stufenanzapfung n+1 .

Nach diesem Schaltschritt wird der Strom über die zugeschalteten Windungen zwischen den Stufenanzapfung n und n+1 sowie die Ticklerwindung 4 zur Lastableitung 10 geführt. Da wie in Figur 2 bereits beschrieben, die Windungen der Ticklerwindung 4 entgegen den

Windungen der Stufenwicklung 9 ausgerichtet sind, werden somit nur die Hälfte der

Windungen, die zwischen den Stufenanzapfungen n und n+1 liegen, mit der Lastableitung 10 verbunden. Um die gesamte Stufe zuschalten zu können sind folgende Schaltschritte notwendig:

Unterbrechungsschaltelement 24 wird geschlossen;

Unterbrechungsschaltelement 22 wird geöffnet;

Unterbrechungsschaltelement 23 wird geschlossen; und

- Unterbrechungsschaltelement 24 wird geöffnet.

Nach dem letzten Schaltschritt ist die Zuschaltung aller Windung zwischen den

Stufenanzapfungen n und n+1 erfolgt. Die Nutzung einer Ticklerwindung 4 ist besonders vorteilhaft, da diese am Kern des Transformators sitzt und somit nicht als gesondertes Bauteil angeordnet werden muss. Dadurch werden Materialkosten für die Windungen und den Kern eingespart. Außerdem benötigt eine Ticklerwindung 4 weniger Bauraum als eine gesonderte Überschaltreaktanz, zumal diese nur halb so groß ist. Die Größe des gesamten Transformators wir damit erheblich reduziert.

Die Kombination der Ticklerwindung 4 in Verbindung mit Thyristoren als Schaltelemente macht Überschaltreaktanzen zur Begrenzung der beim Umschalten von einer Stufenanzapfung n zur nächsten Stufenanzapfung n+1 entstehenden Kreisströme überflüssig. Durch die schnelle und exakte Beschaltung der Thyristoren kann der Stromfluss genau im Nulldurchgang der Sinuskurve durchgeführt werden. Die Verwendung von Dauerhautkontakten verlängert die Lebensdauer der Thyristoren und verringert deren Größe, da der Strom nach Beendigung des Umschaltvorgangs über diese geleitet wird. Die Nutzung der Ticklerwindung 4 in Verbindung mit einfachen mechanischen Schaltern in Form von Bypassschaltelementen oder Umstellschaltelementen sowie von Vakuumschaltröhren in Form von Unterbrechungsschaltelementen mit einem ohmschen Überschaltwiderstand, ist ebenfalls vorteilhaft. Mechanische Schalter sind günstige Bauelemente und können bei lastlosen Umschaltungen sehr einfach genutzt werden. Um entstehende Kreisströme zu begrenzen ist die Verwendung von einer oder mehreren Vakuumschaltröhren in Verbindung mit einem ohmschen Überschaltwiderstand besonders vorteilhaft. Vakuumschaltröhren gehören zu den Schaltmitteln mit besonders hoher Überlastbarkeit und elektrischer Lebensdauer.

Bezugszeichenliste

1 Laststufenschalter

2 Hauptzweig

3 Hilfszweig

4 Ticklerwindung

5 erstes Schaltelement

6 zweites Schaltelement

7 erster Wählerkontakt

8 zweiter Wählerkontakt

9 Stufenwicklung

10 Lastableitung

1 1 erster Dauerhauptkontakt

12 zweiter Dauerhauptkontakt

13 Überschaltwiderstand

14 Bypassschaltelement

14.1 erster Anschluss

14.2 zweiter Anschluss

15 Umstellschaltelement

15.1 erster Anschluss

15.2 zweiter Anschluss

16 Leitung

17 Verbindungspunkt

18 Nebenzweig

19 Unterbrechungsschaltelement

20 Unterbrechungsschaltelement

21 Unterbrechungsschaltelement

22 Unterbrechungsschaltelement

23 Unterbrechungsschaltelement

24 Unterbrechungsschaltelement n Stufenanzapfung

n+1 nächste Stufenanzapfung