Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
LOAD TRANSFER SWITCH, ON-LOAD TAP CHANGER, AND METHOD FOR SWITCHING AN ON-LOAD TAP CHANGER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/026805
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a load transfer switch for an on-load tap changer for switching from a connected winding tap to a preselected winding tap of a tapped transformer. The load transfer switch comprises at least one resistance-free current path and at least one resistive path. A measuring device measures an actual value of a phase angle between a load current and a tapped transformer voltage from the preselected winding tap for discharging a current. The chronological connection sequence of the paths of the load transfer switch can be variably adjusted by an adjusting device dependent on the measured actual value and a specified threshold of the phase angle such that the voltage constantly lies within a voltage range between the connected winding tap and the preselected winding tap during a load switch. The invention also relates to an on-load tap changer with such a load transfer switch and to a method for switching a load transfer switch from a connected winding tap to a preselected winding tap of a tapped transformer.

Inventors:
HAMMER CHRISTIAN (DE)
SACHSENHAUSER ANDREAS (DE)
Application Number:
PCT/EP2013/064668
Publication Date:
February 20, 2014
Filing Date:
July 11, 2013
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
REINHAUSEN MASCHF SCHEUBECK (DE)
International Classes:
H01F29/04; H01H9/00
Domestic Patent References:
WO2012136423A12012-10-11
Foreign References:
DE2021575A11971-12-02
DE2604344A11977-08-18
DE102009048813A12011-04-14
DE102006061601A12008-04-24
DE19510809C11996-07-04
DE19510809C11996-07-04
DE4011019C11991-12-05
DE4231353A11993-04-01
DE102007004530A12007-09-06
DE102007023124B32008-10-02
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche

1 . Lastumschalter (5) für einen Laststufenschalter (1 ) zur Umschaltung von einer beschalteten Wicklungsanzapfung (n) auf eine vorgewählte Wicklungsanzapfung (n+1 ) ei- nes Stufentransformators (9), umfassend

mindestens einen widerstandslosen Strompfad (41 , 44, 41 1 , 412, 413, 414, 415), mindestens einen Widerstandspfad (42, 43, 421 , 422, 423, 424, 425) mit jeweils mindestens einem Überschaltwiderstand (R, P , R2) und

eine Stromabführung (1 1) zur Führung eines Laststroms (lL), der zwischen dem Stufen- transformator (9) und der Stromabführung (1 1 ) fließt, wobei

eine Stufenspannung (Ust) zwischen den Wicklungsanzapfungen (n, n+1 ) anliegt, gekennzeichnet durch

eine Messeinrichtung (13, 131 , 132, 15, 151 , 152) zum Messen eines Ist-Wertes (φΚβ3ι) eines Phasenwinkels (φ) zwischen dem Laststrom (lL) und einer Spannung (U) des Stu- fentransformators (9) von der vorgewählten Wicklungsanzapfung (n+1 ) zur Stromabführung (1 1 ), und

eine VerStelleinrichtung (2), durch die die zeitliche Reihenfolge der Beschattung der Pfade (41 , 42, 43, 44, 41 1 , 412, 413, 414, 415, 421 , 422, 423, 424, 425) des Lastumschalters (5) abhängig von dem gemessenen Ist-Wert ((pReai) des Phasenwinkels (φ) und ei- nem vorgegebenen Grenzwert (cpumit) des Phasenwinkels (cp) derart veränderlich einstellbar sind, dass während einer Lastumschaltung die Spannung (U) stets innerhalb eines Spannungsintervalls (A) zwischen der beschalteten Wicklungsanzapfung (n) und der vorgewählten Wicklungsanzapfung (n+1 ) liegt. 2. Lastumschalter (5) nach Anspruch 1 , wobei durch die VerStelleinrichtung (2) mindestens ein Schalter (31 , 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38) der Pfade (41 , 42, 43, 44, 41 1 , 412, 413, 414, 415, 421 , 422, 423, 424, 425) beschaltbar ist.

3. Lastumschalter (5) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der vorge- gebene Grenzwert (cpumit) des Phasenwinkels (φ) 90° beträgt.

4. Lastumschalter (5) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Messeinrichtung zwei Spannungssensoren (131 , 132) und einen Stromsensor (15) umfasst, wobei durch einen ersten Spannungssensor (131 ) die Spannung zwischen der beschalteten Wicklungsanzapfung (n) und der Stromabführung (11) messbar ist, durch einen zweiten Spannungssensor (132) die Spannung zwischen der vorgewählten

Wicklungsanzapfung (n+1 ) und der Stromabführung (1 1) messbar ist, und

durch den Stromsensor (15) der Strom in der Stromabführung (1 1) messbar ist.

5. Lastumschalter (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Messeinrichtung einen Spannungssensor (13) und zwei Stromsensoren (151 , 152) umfasst, wobei durch den Spannungssensor (13) die Spannung zwischen der beschalteten Wicklungsanzapfung (n) und der vorgewählten Wicklungsanzapfung (n+1 ) messbar ist,

durch einen ersten Stromsensor (151 ) der Strom von der beschalteten Wicklungsanzapfung (n) zur Stromabführung (11) messbar ist, und

durch einen zweiten Stromsensor (152) der Strom von der vorgewählten Wicklungsanzapfung (n+1 ) zur Stromabführung (11) messbar ist. 6. Lastumschalter (5) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Widerstandspfade (42, 43) genau einen gemeinsamen Überschaltwiderstand (R) umfassen, und/oder die Widerstandspfade (42, 43) umfassen in Richtung der Stromabführung (1 1 ) jeweils einen Überschaltwiderstand vor der Zusammenführung der Widerstandspfade (42, 43). 7. Laststufenschalter (1 ) mit

mindestens einem Lastumschalter (5) nach einem der voranstehenden Ansprüche und einem Wähler (7) zur Anwahl einer jeweiligen Wicklungsanzapfung (n, n+1 ) des Stufentransformators (9). 8. Verfahren zum Umschalten eines Lastumschalters (5) eines Laststufenschalters (1 ) von einer beschalteten Wicklungsanzapfung (n) eines Stufentransformators (9) auf eine vorgewählte Wicklungsanzapfung (n+1 ) des Stufentransformators (9),

gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

Vorgeben (S1 ) eines Grenzwertes (<pLimit) eines Phasenwinkels (φ) zwischen einem Last- ström (lL), der zwischen dem Stufentransformator (9) und einer Stromabführung (1 1 ) des Lastumschalters (5) fließt, und einer Spannung (U) von der vorgewählten Wicklungsanzapfung (n+1 ) zur Stromabführung (11 );

Messen (S2) eines Ist-Wertes (cpReai) des Phasenwinkels (cp); und

Beschälten (S3) von mindestens zwei Schaltern (31 , 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38) von Pfa- den (41 , 42, 43, 44, 41 1 , 412, 413, 414, 415, 421 , 422, 423, 424, 425) in einer vorgegebenen zeitlichen Reihenfolge abhängig davon, ob der Ist-Wert (φΚβ3ι) des Phasenwinkels (φ) größer oder kleiner als der Betrag des Grenzwertes (c umiO des Phasenwinkels (cp) ist, derart, dass während einer Lastumschaltung die Spannung (U) des Stufentransformators (9) stets innerhalb eines Spannungsintervalls (A) zwischen der beschalteten Wicklungsanzapfung (n) und der vorgewählten Wicklungsanzapfung (n+1 ) liegt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, mit den folgenden Schritten:

falls der gemessene Ist-Wert (φΚβ3ι) des Phasenwinkels (cp) betragsmäßig kleiner als der vorgegebene Grenzwert (cpumit) des Phasenwinkels (φ) ist,

zunächst der Schalter (33, 32, 38) eines Widerstandspfades (43, 42, 424, 425) auf der aufschaltenden Seite schließt, und

anschließend der Schalter (31 , 34, 37) eines widerstandslosen Strompfades (41 , 44, 414, 415) auf der abschaltenden Seite öffnet; und

falls der gemessene Ist-Wert ((pReai) des Phasenwinkels (φ) betragsmäßig größer als der vorgegebene Grenzwert ((pumit) des Phasenwinkels (φ) ist,

zunächst der Schalter (31 , 34, 37) des widerstandslosen Strompfades (41 , 44, 414, 415) auf der aufschaltenden Seite schließt, und

anschließend der Schalter (33, 32, 38) des Widerstandspfades (43, 42, 424, 425) auf der abschaltenden Seite öffnet.

Description:
Lastumschalter, Laststufenschalter und Verfahren zum Umschalten eines Laststufenschalters

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lastumschalter, einen Laststufenschalter mit dem erfindungsgemäßen Lastumschalter sowie ein Verfahren zum Umschalten eines Lastumschalters eines Laststufenschalters von einer beschalteten Wicklungsanzapfung eines Stufentransformators auf eine vorgewählte Wicklungsanzapfung des Stufentransformators. Laststufenschalter (im Englischen„on-load tap-changers", abgekürzt OLTC) sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie dienen der unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen von Stufentransformatoren. Laststufenschalter umfassen einen Lastumschalter und einen Wähler, bestehend aus einem Feinwähler und eventuell einem Vorwähler. Der Wähler dient zur leistungslosen Anwahl der jeweiligen neuen Wicklungsanzapfung des Stufentransformators, auf die umgeschaltet werden soll. Der Lastumschalter dient zur nachfolgenden, schnellen und unterbrechungslosen Umschaltung von der bislang beschalteten Wicklungsanzapfung auf die neue, vorgewählte Wicklungsanzapfung, die zu beschälten ist. Während der Lastumschaltung führt der Lastumschalter eine spezifische Schaltsequenz (Schaltablauf) aus, bei der verschiedene Schalter in Widerstandsspfaden, sogenannte Widerstandsschalter, und Schalter in widerstandslosen Pfaden (Strompfade) in einer bestimmten zeitlichen Reihenfolge nacheinander bzw. überlappend betätigt werden. Die Schalter dienen dabei zur direkten Verbindung der jeweiligen Wicklungsanzapfung mit der Lastableitung bzw. Stromabführung in ein Energieversorgungsnetz, nachfolgend kurz Netz genannt. Die Widerstandskontakte dienen zur kurzzeitigen Beschaltung mittels eines oder mehrerer Überschaltwiderstände.

Lastumschalter erzeugen im Netz während der Umschaltung Spannungsschwankungen, auch„Flicker" genannt. Spannungsschwankungen im elektrischen Energieversorgungsnetz führen beispielsweise zu Veränderungen der ausgestrahlten Leuchtdichte von Leuchtmitteln, wie zum Beispiel Glühlampen. Solche Leuchtdichteänderungen empfindet der Mensch bei Überschreitung bestimmter Pegel als störend. Die Flickerwirkung nimmt mit der Häufigkeit und mit der Höhe der Spannungsänderungen zu. Zur Gewährleistung der Spannungsqualität im Netz existieren Grenzwerte für den maximalen Flicker

(Flickergrenzwerte).

Durch die Zunahme von dezentralen Energieeinspeisern, wie beispielsweise

Photovoltaikanlagen, ist es zukünftig erforderlich, auch Transformatoren im Orts-

Energieversorgungsnetz mit Laststufenschaltern auszustatten. Bei sonnigem Wetter ohne Wolken wird vergleichsweise viel Strom nahezu konstant in das Netz eingespeist. Bei Bewölkung ohne oder kaum Sonne wird vergleichsweise wenig Strom nahezu konstant in das Netz eingespeist. Dagegen wird bei sonnigem Wetter mit wechselnder Bewölkung in vergleichsweise kurzen Zeitabständen abwechselnd wenig und viel Strom eingespeist. Bei den Transformatoren solch eines Orts-Energieversorgungsnetzes kann der Laststrom (Lastfluss) daher häufig in Abhängigkeit der momentanen Einspeisesituation wechseln, so dass unerwünscht hohe Flickerpegel zu befürchten sind. Bei bisher bekannten Laststufenschaltern mit zwei Überschaltwiderständen, beispielsweise OILTAPOM, VACUTAP®VM und bei bekannten Laststufenschaltern mit einem Über- schaltwiderstand, beispielsweise VACUTAP®VR, ergeben sich während der Lastum- schaltung je nach Lastflussrichtung für den Transformator sowie abhängig von der Schaltrichtung unerwünscht hohe Flickerpegel (siehe nachfolgende Beschreibung zu den Fig. 1 bis 6).

Aufgabe der Erfindung ist daher, einen Lastumschalter zu schaffen, der unabhängig von der Richtung des Laststroms und der Schaltrichtung, also der Zu- bzw. Abschaltung von Spannungsstufen, stets einen minimalen Flickerpegel erzeugt. Diese Aufgabe wird durch einen Lastumschalter nach Anspruch 1 gelöst.

Aufgabe der Erfindung ist zudem, einen Laststufenschalter zu schaffen, der unabhängig von der Richtung des Laststroms und der Schaltrichtung stets einen minimalen

Flickerpegel erzeugt. Diese Aufgabe wird durch einen Laststufenschalter nach Anspruch 7 gelöst.

Aufgabe der Erfindung ist ferner, ein Verfahren zum Umschalten eines Lastumschalters eines Laststufenschalters von einer beschalteten Wicklungsanzapfung eines Stufentransformators auf eine vorgewählte Wicklungsanzapfung des Stufentransformators zu schaf- fen, wobei unabhängig von der Richtung des Laststroms und der Schaltrichtung stets ein minimaler Flickerpegel erzeugt wird. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Umschalten eines Lastumschalters eines Laststufenschalters nach Anspruch 8 gelöst. Der erfindungsgemäße Lastumschalter für einen Laststufenschalter zur Umschaltung von einer beschalteten Wickiungsanzapfung auf eine vorgewählte Wicklungsanzapfung eines Stufentransformators umfasst mindestens einen widerstandslosen Pfad (Strompfad), mindestens einen Pfad mit jeweils mindestens einem Überschaltwiderstand (Widerstandspfad) und eine Stromabführung zur Führung eines Laststroms, der zwischen dem Stufentransformator und der Stromabführung des Lastumschalters fließt. Üblicherweise liegt bei Betrieb des Transformators eine Stufenspannung zwischen den Wicklungsanzapfungen an, zwischen denen umgeschaltet werden soll. Erfindungsgemäß sind zudem eine Messeinrichtung zum Messen eines Ist-Wertes eines Phasenwinkels zwischen dem Laststrom und einer Spannung des Stufentransformators, jeweils bezüglich der Richtung von der vorgewählten Wicklungsanzapfung zur Stromabführung (Stromableitung), und eine Versteileinrichtung vorgesehen. Durch die VerStelleinrichtung ist die zeitliche Reihenfolge der Beschaitung der Pfade (Strom- und Widerstandspfade) bzw. der Schaltstrecken des Lastumschalters abhängig von dem gemessenen Ist-Wert des Phasenwinkels und einem vorgegebenen Grenzwert des Phasenwinkels derart veränderlich einstellbar, dass während einer Lastumschaltung die Ausgangsspannung des Stufentransformators stets innerhalb eines Spannungsintervalls zwischen der beschalteten und der vorgewählten Wicklungsanzapfung liegt. Der Flickerpegel ist proportional zu der Höhe einer Spannungsänderung. Durch Verwendung des erfindungsgemäßen Lastumschalters ergibt sich eine geringere Flickerwirkung als bei Stufenschaltern nach dem Stand der Technik, bei denen die Ausgangsspannung des Stufentransformators während einer Lastumschaltung nicht immer innerhalb des Spannungsintervalls zwischen beschalteter und vorgewählter Wicklungsanzapfung liegt, wodurch sich eine größere dynamische Spannungsänderung ergibt. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass durch geringere Flickerpegel im Netz höhere Schalthäufigkeiten bzw. höhere Schaltzahlen möglich sind, ohne einen vorgege- benen Flickergrenzwert zu überschreiten.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind durch die Versteileinrichtung mindestens ein Schalter der Strompfade und/oder der Widerstandspfade derart verstellbar, dass während einer Lastumschaltung die Ausgangsspannung des Stufentransformators stets in- nerhalb des Spannungsintervalls zwischen beschalteter und vorgewählter Wicklungsanzapfung liegt.

Die VerStelleinrichtung kann beispielsweise elektrisch oder elektromechanisch oder mag- netisch betrieben werden. Insbesondere kann die Versteileinrichtung eine Hubvorrichtung sein. Die Versteileinrichtung kann mehrere Verstellelemente umfassen, beispielsweise einen ersten Satz Nockenscheiben und einen zweiten Satz Nockenscheiben, durch die die Pfade bzw. Schaltstrecken im Sinne der Erfindung veränderlich beschaltbar sind. Für einen Fachmann ist offensichtlich, dass statt der ersten und/oder zweiten Nockenschei- ben auch andere und/oder weitere Mittel verwendet werden können. Insbesondere können die zweiten Nockenscheiben über eine Hubvorrichtung eingestellt werden.

Als vorgegebener Grenzwert des Phasenwinkels kann üblicherweise 90° gewählt werden. Um den Phasenwinkel nach den bekannten Berechnungsmethoden bestimmen zu können, umfasst die Messeinrichtung üblicherweise Messelemente zum Messen der Spannung und des Stroms im Laststufenschalter. In einer ersten Ausführungsform sind zwei Spannungssensoren und ein Stromsensor vorgesehen. Dabei ist durch einen ersten Spannungssensor die Spannung zwischen der beschalteten Wicklungsanzapfung und der Stromabführung messbar. Durch einen zweiten Spannungssensor ist die Spannung zwischen der vorgewählten Wicklungsanzapfung und der Stromabführung messbar. Durch den Stromsensor ist der Strom in der Stromabführung messbar. In einer zweiten Ausführungsform sind ein Spannungssensor und zwei Stromsensoren vorgesehen. Dabei ist durch den Spannungssensor die Spannung zwischen der beschalteten Wicklungsanzap- fung und der vorgewählten Wicklungsanzapfung messbar. Durch einen ersten Stromsensor ist der Strom von der beschalteten Wicklungsanzapfung zur Stromabführung messbar. Durch einen zweiten Stromsensor ist der Strom von der vorgewählten Wicklungsanzapfung zur Stromabführung messbar. Bei einer weiteren Ausführungsform des Lastumschalters umfassen die Widerstandspfade genau einen gemeinsamen Überschaltwiderstand, und/oder die Widerstandspfade umfassen in Richtung der Stromableitung jeweils einen Überschaltwiderstand vor der Zusammenführung der Widerstandspfade. Im zweiten Fall ist also jeweils ein Überschaltwiderstand auf unterschiedlichen Pfaden vorgesehen. Für einen Fachmann ist offensicht- lieh, dass in beiden Fällen je Pfad der jeweilige Widerstand auch aus mehreren in Reihe geschalteten Widerständen aufgebaut sein kann.

Der erfindungsgemäße Laststufenschalter umfasst mindestens einen erfindungsgemäßen Lastumschalter wie oben beschrieben sowie einen Wähler zur Anwahl einer jeweiligen Wicklungsanzapfung des Stufentransformators.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Umschalten eines Lastumschalters eines Laststufenschalters von einer beschalteten Wicklungsanzapfung eines Stufentransformators auf eine vorgewählte Wicklungsanzapfung des Stufentransformators umfasst mehrere Schrit- fe, die nachfolgend beschrieben werden.

Zunächst wird ein Grenzwert des Phasenwinkels zwischen dem Laststrom und der Spannung des Stufentransformators von der vorgewählten Wicklungsanzapfung zur Ableitung, jeweils bezüglich der Richtung von der Wicklungsanzapfung zur Stromabführung bzw. Ableitung, vorgegeben. Anschließend wird ein Ist-Wert des Phasenwinkels gemessen. Dann wird eine vorgegebene zeitliche Reihenfolge in der Beschaltung von Strompfaden und/oder Widerstandspfaden des Lastumschalters gewählt, abhängig davon, ob der Ist- Wert des Phasenwinkels größer oder kleiner als der Betrag des Grenzwertes des Phasenwinkels ist. Die Beschaltung bzw. Verstellung erfolgt erfindungsgemäß derart, dass während einer Lastumschaltung die Ausgangsspannung des Stufentransformators stets innerhalb des oben beschriebenen Spannungsintervalls zwischen beschalteter und vorgewählter Wicklungsanzapfung liegt. Dazu werden die Schalter jeweils passend geöffnet und/oder geschlossen. Ein enges Spannungsintervall sichert wieder vorteilhafterweise einen niedrigen Flickerpegel, wie oben bereits beschrieben.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden abhängig vom Betrag des gemessenen Ist-Wertes des Phasenwinkels die Schalter in einer unterschiedlichen zeitlichen Reihenfolge beschaltet, wie nachfolgend beschrieben wird. Falls der gemessene Ist-Wert des Phasenwinkels betragsmäßig kleiner als der vorgegebene Grenz- wert des Phasenwinkels ist (Fall 1 ), schließt zunächst der Schalter im Widerstandspfad auf der aufschaltenden Seite. Erst anschließend öffnet der Schalter des widerstandslosen Strompfades auf der abschaltenden Seite. Falls dagegen der gemessene Ist-Wert des Phasenwinkels betragsmäßig größer als der vorgegebene Grenzwert des Phasenwinkels ist (Fall 2), schließt zunächst der Schalter des widerstandslosen Strompfades auf der aufschaltenden Seite. Erst anschließend öffnet der Schalter im Widerstandspfad auf der abschaltenden Seite.

Die jeweiligen Pfade bzw. Schaltstrecken sind also situationsabhängig ansteuerbar, ab- hängig von der Richtung des Laststroms und ob Spannungsstufen zugeschaltet oder abgeschaltet werden. Eine entsprechende Steuerung zum Steuern der Versteileinrichtung ist daher ebenfalls vorgesehen. Die VerStelleinrichtung ist mit der Messeinrichtung gekoppelt. Abhängig von den Ergebnissen der Messeinrichtung ist durch die von der Steuerung angesteuerte VerStelleinrichtung der Schaltablauf des Lastumschalters, das heißt das Beschälten (Öffnen oder Schließen) der Schalter, aus zwei Schaltabläufen so wählbar, dass stets ein minimaler Flickerpegel erreichbar ist.

In den letzten Jahren werden bekanntlich bevorzugt Vakuumschaltröhren als Schaltelemente zur Lastumschaltung eingesetzt. Vorteilhafterweise verhindern Vakuumschaltröh- ren eine Lichtbogenbildung im Öl und damit die Ölverschmutzung des

Lastumschalteröles, wie beispielsweise in den deutschen Patentschriften DE 195 10 809 C1 und DE 40 1 1 019 C1 sowie den deutschen Offenlegungsschriften DE 42 31 353 A1 und DE 10 2007 004 530 A1 beschrieben. Das allgemeine erfindungsgemäße Prinzip, wie oben beschrieben, ist jedoch für unterschiedliche Arten von Laststufenschaltern geeignet, insbesondere sowohl für mechanische, beispielsweise Ölschalter, als auch für Laststufenschalter mit Vakuumschaltröhren.

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

Fig. 1 a bis 1 e einen Schaltablauf für einen Laststufenschalter gemäß dem Stand der Technik mit zwei Überschaltwiderständen, wobei Laststrom und Stufenspannung in der Transformator-Wicklung gegenphasig sind.

Fig. 1f ein Diagramm der Spannungsstufen der Ausgangsspannung des Stufentransfor- mators für den Laststufenschalter gemäß Fig. 1 a bis 1 e;

Fig. 2a bis 2e einen Schaltablauf für den Laststufenschalter nach Fig. 1 a bis 1 e, wobei Laststrom und Stufenspannung in der Transformator-Wicklung in Phase sind.

Fig. 2f ein Diagramm der Spannungsstufen der Ausgangsspannung des Stufentransformators für den Laststufenschalter gemäß Fig. 2a bis 2e; Fig. 3 bis 6 jeweils einen Schaltablauf bzw. jeweils ein Diagramm der Spannungsstufen der Ausgangsspannung des Stufentransformators für einen anderen Laststufenschalter gemäß dem Stand der Technik mit einem Überschaltwiderstand, wobei Laststrom und Spannung in der Transformator-Wicklung bei den Fig. 3 und 4 gegenphasig und bei den Fig. 5 und 6 in Phase sind.

Fig. 7 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laststufenschalters mit zwei Spannungssensoren und einem Stromsensor, wobei der Laststufenschalter einen getrennten Lastumschalter und einen Wähler umfasst;

Fig. 8 eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laststufenschalters mit einem Spannungssensor und zwei Stromsensoren;

Fig. 9 den erfindungsgemäßen Laststufenschalter nach Fig. 7, wobei jeweils die beiden Schalter des Strom pfads bzw. die beiden Widerstandsschalter durch einen Umschalter in Reihe mit einem Ausschalter ersetzt sind;

Fig. 10 den erfindungsgemäßen Laststufenschalter nach Fig. 8, wobei jeweils die beiden Schalter des Strompfads bzw. die beiden Widerstandsschalter durch einen Umschalter in Reihe mit einem Ausschalter ersetzt sind;

Fig. 1 1 bis 14 jeweils einen Schaltablauf bzw. jeweils ein Diagramm der Spannungsstufen der Ausgangsspannung des Stufentransformators für die Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Laststufenschalters nach Fig. 7 bis 10 mit einem Überschaltwiderstand; Fig. 15a bis 15c Schaltungen für eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laststufenschalters mit einem kombinierten Lastumschalter und Wähler; und

Fig. 16 ein schematisches Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In den Figuren sind für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung identische Bezugszeichen verwendet. Ferner sind der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind.

Fig. 1 a bis 1 e zeigt einen schematischen Schaltablauf für einen Laststufenschalter 1 ge- mäß dem Stand der Technik, wobei der Laststrom l L und die Stufenspannung U S t in der Transformator-Wicklung gegenphasig sind. Die Abfolge 1 a bis 1 e stellt die Zuschaltung eines Wicklungsteils dar (von n auf n+1 ) und ist durch die untere Pfeilspitze des Pfeils 3 dargestellt. Die Abfolge 1 e bis 1 a stellt die Abschaltung eines Wicklungsteils dar (von n+1 auf n) und ist durch die obere Pfeilspitze des Pfeils 3 dargestellt. Der dargestellte Laststufenschalter 1 umfasst einen Wähler 7 und einen Lastumschalter 5, der auf fünf Stufen schaltbar ist. Der dargestellte Lastumschalter 5 umfasst zwei widerstandslose Schaltstrecken bzw. Strompfade 41 , 44 mit jeweils einem Schalter 31 , 34 so- wie zwei Schaltstrecken bzw. Widerstandspfade 42, 43 mit jeweils einem Überschaltwi- derstand R-, bzw. R 2 und einem Schalter 32 bzw. 33.

Der Wähler 7 dient zur Anwahl einer jeweiligen Wicklungsanzapfung n, n+1 eines Stufentransformators 9, der ebenfalls nur sehr schematisch in Fig. 1 a dargestellt ist. Im darge- stellten Schaltablauf nach den Fig. 1 a bis 1 e bewirkt der Lastumschalter 5 die Umschal- tung von der zunächst beschalteten Wicklungsanzapfung n gemäß Fig. 1 a auf die vorgewählte Wicklungsanzapfung n+1 gemäß Fig. 1 e durch zeitlich aufeinander folgende Beschattung bzw. Betätigung der Schalter 31 , 32, 33, 34. Die Stufenspannung U Si liegt bei Fig. 1 a-e zwischen den Wicklungsanzapfungen n und n+1 an.

Gemäß der Abfolge nach Fig. 1 a bis 1 e fließt der Laststrom l L vom Stufentransformator 9 bis zur Stromabführung 1 1 , so dass Laststrom l L und Stufenspannung U st in der Transformatorwicklung gegenphasig sind. Insbesondere fließt gemäß Fig. 1 a der Laststrom l L zunächst über den Pfad 41 mit dem geschlossenen Schalter 31 ab, dem die Spannung der Wicklungsanzapfung n zugeordnet ist, nämlich die Grundspannung U 0 . Somit liegt als Ausgangsspannung U des Stufentransformators 9 die Grundspannung U 0 an. Die Pfade

43 und 44 sind unterbrochen, da deren Schalter 33 bzw. 34 geöffnet sind, so dass hier kein Strom fließt. Der Schalter 32 des Pfades 42 ist zwar geschlossen, es fließt jedoch auch hier kein bzw. vergleichsweise wenig Strom, da der Widerstand des Pfades 41 ohne Überschaltwiderstand geringer ist als der des Pfades 42 mit dem Überschaitwiderstand R-i und der elektrische Strom bevorzugt den Weg des geringsten elektrischen Widerstandes geht.

Bei Fig. 1 b fließt der Laststrom l L über den Pfad 42 ab, also über den Überschaltwider- stand R-, und den geschlossenen Schalter 32, da die Pfade bzw. Schaltstrecken 41 , 43,

44 durch die geöffneten Schalter 31 , 33, 34 unterbrochen sind. Der Spannungsabfall am Überschaltwiderstand Rt bewirkt ein Absinken der Ausgangsspannung U des Stufentransformators 9 unterhalb der Grundspannung U 0 auf insgesamt U 0 - l L * Ri.

hin auf insgesamt U 0 + U st - 1_ * F*2-

Zuletzt wird gemäß Fig. 1 e der Schalter 34 geschlossen, so dass der Laststrom l L nur über den Strompfad 44 und somit über den geschlossenen Schalter 34 abfließt. Der Schalter 33 des Widerstandspfades 43 kann weiterhin geschlossen bleiben wie bei der vorherigen Spannungsstufe nach Fig. 1 c, es fließt jedoch kein bzw. nur wenig Strom über den Widerstandspfad 43, da der Widerstand des Strompfades 44 ohne Überschaltwider- stand geringer ist als bei dem Widerstandspfad 43 mit dem Uberschaltwiderstand R 2 und der elektrische Strom bevorzugt den Weg des geringsten elektrischen Widerstandes geht. Die Ausgangsspannung U des Stufentransformators 9 erhöht sich zuletzt weiterhin auf insgesamt U 0 + U st . Die Umschaltung von der Wicklungsanzapfung n des Stufentransformators 9 auf die Wicklungsanzapfung n+1 des Stufentransformators 9 ist nun abgeschlossen, da der Laststrom l L nun von der Wicklungsanzapfung n+1 über den Strom pf ad 44 zur Stromabführung 11 fließt. Fig. f zeigt ein Diagramm aller fünf zuvor beschriebenen Spannungsstufen der Ausgangsspannung U des Stufentransformators 9, die sich gemäß den Fig. 1a-e bei der Umschaltung von der Wicklungsanzapfung n des Stufentransformators 9 auf die Wicklungsanzapfung n+1 des Stufentransformators 9 einstellen, wenn der Laststrom l L vom Stufentransformator 9 bis zur Stromabführung 11 fließt. In diesem Fall bewirkt beim Zu- schalten einer Spannungsstufe der Spannungsabfall am Uberschaltwiderstand R, zunächst ein Absinken der Ausgangsspannung U (von Fig. 1 a nach Fig. 1 b), bevor die Ausgangsspannung U durch Spannungsabfälle an den Widerständen R 1 bzw. R 2 sukzessive erhöht wird (Fig. 1 b bis Fig. 1 e). Dadurch ergibt sich für die Spannungsschwankung der Ausgangsspannung U ein Spannungsintervall A, dessen Breite größer als die Stufen- Spannung U st ist. Dies bedeutet, dass der hervorgerufene Flickerpegel bei dem Laststufenschalter 1 des Stands der Technik zu groß und daher nicht optimal ist.

Wie durch die obere Pfeilspitze des Pfeils 3 angedeutet, wird bei einer Lastumschaltung von der Wicklungsanzapfung n+1 nach n durch den Laststufenschalter 1 nach Stand der Technik die Schaltsequenz in umgekehrter Richtung durchlaufen. Zur Verdeutlichung sei zudem darauf hingewiesen, dass an der Lastumschaltung generell stets nur eine Spannungsstufe des Transformators 9 beteiligt ist, nämlich die zwischen U 0 und U 0 +U S t. Die anderen Spannungsniveaus der Ausgangsspannung U des Stufentransformators 9 erge- ben sich durch Spannungsabfälle an den Widerständen R-j und R 2 .

Fig. 2e bis 2a zeigen einen Schaltablauf für den Laststufenschalter 1 nach Fig. 1 a bis 1 e aus dem Stand der Technik, wobei der Laststrom I L nun in der umgekehrten Richtung von der Stromabführung 1 1 zur Wicklungsanzapfung n+1 fließt und damit der Laststrom l L und die Stufenspannung U st in der Transformatorwicklung in Phase sind. Die Umkehrung der Fließrichtung des Laststroms l L in Bezug auf die Stromabführung 1 1 kann sowohl durch eine Umkehr des Laststroms l L als auch durch das Wenden der Regelwicklung durch einen Vorwähler (nicht dargestellt) erfolgen. Das Bezugszeichen 9 stellt einen Teil des Stufentransformators dar und zwar zwei Anzapfungen n, n+1 der Regelwicklung. Analog zu Fig. 1 stellt die Abfolge 2a bis 2e die Zuschaltung eines Wicklungsteils dar von n auf n+1 und die Abfolge 2e bis 2a die Abschaltung eines Wicklungsteils von n+1 auf n.

Im Vergleich zu Fig. 1 a-e ergibt sich für Fig. 2e-a durch nacheinander erfolgende Beschattung bzw. Betätigung der Schalter 31 , 32, 33, 34 ein bereichsweise anderer Verlauf der Ausgangsspannung (siehe Fig. 2f), wie kurz nachfolgend dargelegt wird. Dabei sind die Schalter 31 , 32, 33, 34 in Fig. 2a-e wie in den jeweils entsprechenden Fig. 1 a-e geschlossen oder geöffnet.

Bei Fig. 2e ist die Ausgangsspannung U des Stufentransformators 9 völlig analog zu Fig. 1 e U 0 + U st . Nach Schließen bzw. Öffnen der Schalter 31 , 32, 33, 34 beträgt die Ausgangsspannung U des Stufentransformators 9 bei Fig. 2d U 0 + U st + k * R2, bei Fig. 2c U 0 + Vi l L * R, + Y2 U st , bei Fig. 2b U c , + l L * R1 und bei Fig. 2a völlig analog zu Fig. 1 a U 0 . Fig. 2f zeigt ein Diagramm aller fünf zuvor beschriebenen Spannungsstufen der Ausgangsspannung U, die sich gemäß den Fig. 2e-a einstellen, wenn der Laststrom l L von der Stromabführung 11 bis zum Stufentransformator 9 fließt. Das Öffnen des Schalters 34 bewirkt zunächst einen Spannungsabfall am Überschaltwiderstand R 2 und somit zunächst ein Ansteigen der Ausgangsspannung U des Stufentransformators 9 (von Fig. 2e nach Fig. 2d). Danach wird die Ausgangsspannung U durch weiteres entsprechendes Beschälten bzw. Betätigen der Schalter 31 , 32, 33 sukzessive verringert (Fig. 2d bis Fig. 2a). Wie bei Fig. 1f ist auch bei Fig. 2f das Spannungsintervall A der Spannungsschwankung der Ausgangsspannung U breiter als die Stufenspannung U S t zwischen den Wicklungsanzapfungen n, n+1 . Der hervorgerufene Flickerpegel ist bei dem Laststufenschalter 1 des Stands der Technik nach den Fig. 1 a bis Fig. 2f somit unabhängig von der Richtung des Laststroms l L nicht optimal.

Fig. 3a bis 6f zeigen einen Schaltablauf und die Verläufe der Ausgangsspannung U des Stufentransformators 9 für einen anderen Laststufenschalter 1 gemäß dem Stand der Technik mit nur einem Überschaltwiderstand R. Der Laststrom I L und die Stufenspannung Us t in der Transformator-Wicklung sind bei den Fig. 3 und 4 gegenphasig und bei den Fig. 5 und 6 in Phase. Fig. 3 und 5 stellen die Zuschaltung eines Wicklungsteils von n auf n+1 dar und Fig. 4 und 6 die Abschaltung eines Wicklungsteils von n+1 auf n.

Der dargestellte Laststufenschalter 1 umfasst einen Wähler 7 und einen Lastumschalter 5, dessen Lastumschaltung in fünf Schritten abläuft. Der Lastumschalter 5 umfasst zwei widerstandslose Schaltstrecken bzw. Strompfade 41 , 44 mit jeweils einem Schalter 31 . 34 sowie zwei Schaltstrecken bzw. Widerstandspfade 42, 43 mit einem gemeinsamen Überschaltwiderstand R und jeweils einem getrennten Schalter 32 bzw. 33. Der Laststufenschalter 1 umfasst zudem eine Vorrichtung (nicht dargestellt), die sichergestellt, dass unabhängig von der Schaltrichtung, von der Wicklungsanzapfung n auf die Wicklungsanzapfung n+1 oder umgekehrt, immer der Schalter 31 bzw. 34 im widerstandslosen Pfad 41 bzw. 44 in Fig. 3 bis 6 vor dem Schalter 32 bzw. 32 im parallelen Widerstandspfad 42 bzw. 43 öffnet und schließt. Dadurch ergeben sich vier Fälle A bis D mit unterschiedlichen Verläufen der Ausgangsspannung U, wie nachfolgend beschrieben wird.

Fig. 3a bis 3e (Fall A) zeigen einen Schaltablauf für den anderen Laststufenschalter 1 , wobei der Laststrom l L in Richtung der Lastableitung 1 1 fließt, so dass der Laststrom l L und die Stufenspannung U st in der Transformator-Wicklung gegenphasig sind. Es wird von der Wicklungsanzapfung n auf n+1 geschaltet. Durch das nacheinander erfolgende Beschälten bzw. Betätigen der Schalter 31 , 32, 33, 34 ergibt sich als Ausgangsspannung U des Stufentransformators 9 insgesamt U 0 bei Fig. 3a, U 0 - li_ * bei Fig. 3b, U 0 + U st bei Fig. 3c-e, dargestellt auch im Diagramm nach Fig. 3f. Beim Laststrom l L in Richtung der Lastableitung 1 1 tritt durch das Öffnen des Schalters 31 (Fig. 3a nach Fig. 3b) durch den Spannungsabfall des Laststroms l L am Überschaltwiderstand R ein vorübergehendes Absinken der Ausgangsspannung U auf U 0 - li_ * R auf. Daraus resultiert ein Spannungsintervall A während der Lastumschaltung, dessen Breite größer als die Stufenspannung U S t ist, so dass der hervorgerufene Flickerpegel nicht optimal ist.

Fig. 4e bis 4a (Fall B) zeigen einen Schaltablauf für den anderen Laststufenschalter 1 nach Fig. 3a-e, wobei der Laststrom l L ebenfalls in Richtung der Lastableitung 1 1 fließt, also der Laststrom l L und die Stufenspannung U st in der Transformator-Wicklung gegen- phasig sind, jedoch von der Wicklungsanzapfung n+1 auf n abgeschaltet wird. Durch das nacheinander erfolgende Beschälten bzw. Betätigen der Schalter 31 , 32, 33, 34 ergibt sich als Ausgangsspannung U an der Stromabführung 1 1 insgesamt U 0 + U st bei Fig. 4e, U 0 + U st - k * R bei Fig. 4d, U 0 bei Fig. 4c-a, auch dargestellt im Diagramm nach Fig. 4f. Das Spannungsintervall A der Spannungsschwankung der Ausgangsspannung U während der Lastumschaltung ist gleich der Stufenspannung U St , so dass der hervorgerufene Flickerpegel in diesem Fall optimal ist.

Fig. 5a bis 5e (Fall C) zeigen einen Schaltablauf für den anderen Laststufenschalter 1 nach Fig. 3a bis 3e, wobei der Laststrom l L in der umgekehrten Richtung entgegen der Lastableitung 1 1 fließt, so dass der Laststrom l L und die Stufenspannung U St in der Transformator-Wicklung in Phase sind. Es wird von der Wicklungsanzapfung n auf n+1 zugeschaltet. Durch das nacheinander erfolgende Betätigen der Schalter 31 , 32, 33, 34 ergibt sich als Ausgangsspannung U insgesamt U 0 bei Fig. 5a, U 0 + II * R bei Fig. 5b, U 0 + U st bei Fig. 5c-e, auch dargestellt im Diagramm nach Fig. 5f. In diesem Fall ist das Spannungsintervall A der Spannungsschwankung der Ausgangsspannung U während der Lastumschaltung ebenfalls gleich der Stufenspannung U S t, so dass der hervorgerufene Flickerpegel wie bei Fig. 4e-a optimal ist. Fig. 6e bis 6a (Fall D) zeigen einen Schaltablauf für den anderen Laststufenschalter 1 nach Fig. 3a bis 3e, wobei der Laststrom l L in der umgekehrten Richtung entgegen der Lastableitung 1 1 fließt, also der Laststrom l L und die Stufenspannung U st in der Transformator-Wicklung in Phase sind, und von der Wicklungsanzapfung n+1 auf n abgeschal- tet wird. Durch das nacheinander erfolgende Beschälten bzw. Betätigen der Schalter 31 , 32, 33, 34 ergibt sich als Ausgangsspannung U des Stufentransformators 9 insgesamt U 0 + U S t bei Fig. 6e, U 0 + U S t + l L * R bei Fig. 6d, U 0 bei Fig. 6c-e, auch dargestellt im Diagramm nach Fig. 6f. Durch Betätigen (Schließen) des Schalters 31 bei Fig. 6d nach Fig. 6c kommt es zu einem Kreisstrom l c über den Überschaltwiderstand R und dadurch zu einem vorübergehenden starken Abfall der Ausgangsspannung U von U 0 + U S t + k * auf U 0 . Daraus resultiert während der Lastumschaltung für die Spannungsschwankung der Ausgangsspannung U ein Spannungsintervall A, dessen breite größer als die Stufenspannung U st ist, so dass der hervorgerufene Flickerpegel nicht optimal ist. Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Laststufenschalters 1 , der einen getrennten Lastumschalter 5 und einen Wähler 7 umfasst. Erfindungsgemäß um- fasst der Lastumschalter 5 über die bereits vorher ausführlich beschriebenen üblichen Elemente (Pfade 41 , 42, 43, 44, Stromabführung 1 1 , Schalter 31 , 32, 33, 34) hinaus zusätzlich eine Messeinrichtung zum Messen eines Ist-Wertes (p Rea i eines Phasenwinkels φ zwischen dem Laststrom I L und der Spannung des Stufentransformators 9 von der vorgewählten Wicklungsanzapfung zur Ableitung 1 1 des Stufentransformators 9. In der dargestellten Ausführungsform nach Fig. 7 umfasst die Messeinrichtung zwei Spannungssensoren 131 , 132 und einen Stromsensor 15. Durch den ersten Spannungssensor 131 ist die Spannung zwischen der Wicklungsanzapfung n und der Stromabführung 1 1 mess- bar. Durch den zweiten Spannungssensor 132 ist die Spannung zwischen der Wicklungsanzapfung n+1 und der Stromabführung 1 1 messbar. Durch den Stromsensor 15 ist der Strom in der Stromabführung 1 1 messbar.

Fließt der Laststrom l L beispielsweise über die Anzapfung n ab, so kann der Ist-Wert (p Rea i des Phasenwinkels φ zwischen dem Laststrom l L und der Spannung des Stufentransformators 9 von der vorgewählten Wicklungsanzapfung zur Ableitung 1 1 bekanntlich aus der von dem zweiten Spannungssensor 132 gemessenen Spannung und von dem Stromsensor 15 gemessenen Strom bestimmt werden. Fließt dagegen der Laststrom l L über die Anzapfung n+1 ab, so kann der Ist-Wert φ Κβ3 ι des Phasenwinkels φ bekanntlich aus der von dem ersten Spannungssensor 131 gemessenen Spannung und von dem Stromsensor 15 gemessenen Strom bestimmt werden.

Vor der Umschaltung von der Wicklungsanzapfung n auf die Wicklungsanzapfung n+1 misst der erste Spannungssensor 131 keine Spannung, da er durch den geschlossenen Schalter 31 kurzgeschlossen ist, und der zweite Spannungssensor 132 die Stufenspannung U st .

Der erfindungsgemäße Lastumschalter 5 umfasst zusätzlich eine VerStelleinrichtung (nicht dargestellt), durch die die Pfade 41 , 42, 43, 44 bzw. deren Schalter 31 , 32, 33, 34 abhängig von dem gemessenen Ist-Wert φ Κβ3 ι des Phasenwinkels φ und einem vorgegebenen Grenzwert c umit des Phasenwinkels φ derart veränderlich einstellbar bzw.

beschaltbar sind, dass während aller Schritte einer Lastumschaltung die Ausgangsspannung U des Transformators 9 stets innerhalb eines Spannungsintervalls A liegt. Dabei ist das Spannungsintervall durch die Grundspannung U Q und die um die Stufenspannung Ust vermehrte Grundspannung U 0 definiert.

Fig. 8 zeigt eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lastumschalters 5 des erfindungsgemäßen Laststufenschalters 1 , bei der eine andere Messeinrichtung mit ei- nem Spannungssensor 13 und zwei Stromsensoren 151 , 152 vorgesehen ist. Durch den Spannungssensor 13 ist die Stufenspannung U st zwischen der beschalteten Wicklungsanzapfung n und der vorgewählten Wicklungsanzapfung n+1 messbar. Durch den ersten Stromsensor 151 ist der Strom von der beschalteten Wicklungsanzapfung n zur Stromabführung 1 1 messbar. Durch den zweiten Stromsensor 152 ist der Strom von der vorge- wählten Wicklungsanzapfung n+1 zur Stromabführung 1 1 messbar.

Fließt der Laststrom l L über die Anzapfung n ab, so kann der Ist-Wert φ Κβ3 ι des Phasenwinkels φ zwischen dem Laststrom l L und der Spannung U des Stufentransformators 9 von der vorgewählten Wicklungsanzapfung zur Stromableitung 1 1 bekanntlich aus der von dem Spannungssensor 13 gemessenen Spannung und von dem ersten Stromsensor

151 gemessenen Strom bestimmt werden. Fließt dagegen der Laststrom l L über die Anzapfung n+1 ab, so kann der Ist-Wert cp Re ai des Phasenwinkels φ bekanntlich aus der von dem Spannungssensor 13 gemessenen Spannung und von dem zweiten Stromsensor

152 gemessenen Strom bestimmt werden. Vor der Umschaltung von der Wicklungsanzapfung n auf die Wicklungsanzapfung n+1 misst der erste Stromsensor 151 den Laststrom l L und der zweite Stromsensor 152 keinen Strom. Nach der Umschaltung misst der erste Stromsensor 151 keinen Strom und der zweite Stromsensor 152 den Laststrom l L .

Bis auf die Sensoren 13, 151 , 152 sind der Aufbau und die Funktionsweise des Lastumschalters 5 wie bei Fig. 7. Fig. 9 zeigt den erfindungsgemäßen Laststufenschalter 1 mit dem erfindungsgemäßen Lastumschalter 5 nach Fig. 7, wobei die beiden Schalter 31 bzw. 34 im Strompfad 41 bzw. 44 sowie sowie die beiden Schalter 32, 33 im Widerstandspfad 42 bzw. 43 durch jeweils einen Umschalter 35 bzw. 36 in Reihe mit einem Ausschalter 37 bzw. 38 ersetzt sind. Der Umschalter 35 schaltet zwischen den Pfaden 41 und 44 um. Der Umschalter 36 schaltet zwischen den Pfaden 42 und 43 um. Die Widerstandspfade 42, 43 umfassen einen gemeinsamen Überschaltwiderstand R. Dabei sind die Schalter 35-38 der Pfade 41 bis 44 derart beschaltet, also geöffnet oder geschlossen, dass die Ausgangsspannung U des Stufentransformators 9 die Grundspannung U 0 beträgt. Fig. 10 zeigt den erfindungsgemäßen Laststufenschalter 1 mit dem erfindungsgemäßen Lastumschalter 5 nach Fig. 8 mit der anderen Messeinrichtung. Ansonsten sind die Umschalter 35, 36 und die Ausschalter 37, 38 wie bei Fig. 9 angeordnet. Fig. 10 zeigt, wie bei dieser anderen Schaltweise mit Um- und Ausschaltern die Messeinrichtung 13, 151 , 152 angeordnet ist.

Über den gesamten Umschaltungsprozess von der beschalteten Wicklungsanzapfung n auf die vorgewählte Wicklungsanzapfung n+1 (bzw. umgekehrt) ergeben sich gemäß den Fig. 1 1 -14 andere, und zwar flickerreduzierte Schaltabläufe im Vergleich zu den Fig. 3-6, wie an späterer Stelle ausführlich beschrieben wird.

Fig. 1 1 bis 14 zeigen jeweils einen Schaltablauf bzw. jeweils ein Diagramm der Spannungsstufen der Ausgangsspannung U für die Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Laststufenschalters 1 nach Fig. 7 bis 10 mit einem Überschaltwiderstand R, wie nachfolgend beschrieben wird. Bei Fig. 1 1 und 12 sind der Laststrom l L und die Stufen- Spannung U st in der Transformator-Wicklung gegenphasig und bei Fig. 13 und 14 in Phase. Fig. 1 1 und 13 stellen die Zuschaltung eines Wicklungsteils dar (von n auf n+1 ) und Fig. 12 und 14 die Abschaltung eines Wicklungsteils (von n+1 auf n). In Fig. 1 1 a bis 1 1 e sind die Pfade 41 bis 44 für den Fall geschaltet, dass der gemessene Ist-Wert (p Rea i des Phasenwinkels φ kleiner als der Betrag des vorgegebenen Grenzwertes cpumit des Phasenwinkels φ ist (Fall 1 ).

Im Vergleich zu Fig. 3a-e ist der Schaltablauf anders, nämlich so dass sich ein minimaler Flicker ergibt, also die Ausgangsspannung U das Spannungsintervall A zwischen den Wicklungsanzapfungen n, n+1 nicht verlässt (siehe Fig. 1 1 f). Dazu sind die Schalter 31 bis 34 so beschaltet, dass die Ausgangsspannung U in den Fig. 1 1 a-c U 0 , in Fig. 1 d U 0 + Ust- II* R und in Fig. 1 1 e U 0 + U st ist. Fig. 1 1f zeigt ein Diagramm der Spannungsstufen der Ausgangsspannung U für den erfindungsgemäßen Laststufenschalter 1 gemäß Fig. 1 1 a-e.

Generell gilt für die Erfindung, dass wenn die Phasenlage der gemessenen Spannung des Stufentransformators 9 von der vorgewählten Wicklungsanzapfung zur Stromableitung 1 1 mit der des gemessenen Stroms (La st ström l L ) übereinstimmt bzw. der gemes- sene Ist-Wert <p Real des Phasenwinkels φ betragsmäßig kleiner als der vorgegebene Grenzwert <p Limi t des Phasenwinkels φ ist, dann der Schaltablauf so zu wählen ist, dass zunächst der Schalter im Widerstandspfad mit dem Überschaltwiderstand R auf der aufschaltenden Seite schließt. Bei der Ausführungsform und den Bedingungen nach Fig. 1 1 schließt also zuerst der Schalter 33 des Widerstandspfads 43 bei der Wicklungsanzap- fung n+1 (siehe insbesondere die Veränderung im Schaltablauf von Fig. 1 1 b nach Fig. 1 1 c). Erst anschließend öffnet generell der Schalter des widerstandslosen Strompfads auf der abschaltenden Seite. Bei der Ausführungsform und den Bedingungen nach Fig. 1 1 öffnet also erst später der Schalter 31 des Strompfads 41 bei der Wicklungsanzapfung n (siehe insbesondere die Veränderung im Schaltablauf von Fig. 1 1 c nach Fig. 1 1 d).

Insbesondere sind die Schaltungen der Fig. 3a und Fig. 1 1 a identisch. Ebenfalls sind die Schaltungen der Fig. 3e und Fig. 1 1 e identisch. Die Schaltungen der Fig. 3b und Fig. 1 1 b sind jedoch unterschiedlich. Ebenso sind die Schaltungen der Fig. 3c und Fig. 1 1 c unter- schiedlich sowie die der Fig. 3d und Fig. 1 1 d. Die Unterschiede beruhen auf der unterschiedlichen Reihenfolge bei der Betätigung der Schalter, wie oben bereits beschrieben.

In Fig. 2e bis 12a sind die Pfade 41 bis 44 für den Fall geschaltet, dass der gemessene Ist-Wert f Rea i des Phasenwinkels φ größer als der Betrag des vorgegebenen Grenzwertes c umit des Phasenwinkels φ ist (Fall 2).

Im Vergleich zu Fig. 4e-a ist der Schaltablauf identisch, denn da sich bereits bei Fig. 4e-a ein minimaler Flicker ergibt, also die Ausgangsspannung U stets innerhalb des Span- nungsintervalls A zwischen den Wicklungsanzapfungen n, n+1 liegt (siehe Fig. 12f), sind im Vergleich zum Stand der Technik auch bei dem erfindungsgemäßen Lastumschalter 5 bzw. Laststufenschalter 1 kein anderer Schaltablauf und keine andere Anordnung der Schalter 31 -34 und der Pfade 41 -44 notwendig. Generell gilt für die Erfindung weiter, dass wenn die Phasenlage der gemessenen Ausgangsstufenspannung U mit der des gemessenen Stroms nicht übereinstimmt bzw. der gemessene Ist-Wert cp Rea i des Phasenwinkels φ betragsmäßig größer als der vorgegebene Grenzwert (p L j mit des Phasenwinkels φ ist, dann der Schaltablauf so zu wählen ist, dass zunächst der Schalter im widerstandslosen Strompfad auf der aufschaltenden Seite schließt. Bei der Ausführungsform und den Bedingungen nach Fig. 12 schließt also zuerst der Schalter 31 des Strom pfads 41 bei der Wickiungsanzapfung n (siehe insbesondere die Veränderung im Schaltablauf von Fig. 12d nach Fig. 12c). Erst anschließend öffnet generell der Schalter im Widerstandspfad mit dem Überschaltwiderstand R auf der abschaltenden Seite. Bei der Ausführungsform nach Fig. 12 und den Bedingungen öffnet also erst später der Schalter 33 des Widerstandspfads 43 bei der Wicklungsanzapfung n+1 (siehe insbesondere die Veränderung im Schaltablauf von Fig. 2c nach Fig. 12b).

In Fig. 13a bis 13e sind die Pfade 41 bis 44 für den Fall geschaltet, dass der gemessene Ist-Wert cpReai des Phasenwinkels φ größer als der Betrag des vorgegebenen Grenzwer- tes c umit des Phasenwinkels φ ist (Fall 2).

Im Vergleich zu Fig. 5a-e ist der Schaltablauf identisch, denn da sich bereits bei Fig. 5a-e ein minimaler Flicker ergibt, also die Ausgangsspannung U stets innerhalb des Spannungsintervalls A zwischen den Wicklungsanzapfungen n, n+1 liegt (siehe Fig. 13f), ist im Vergleich zum Stand der Technik auch bei dem erfindungsgemäßen Lastumschalter 5 bzw. Laststufenschalter 1 kein anderer Schaltablauf notwendig.

Völlig analog zu Fig. 12 gilt generell für die Erfindung auch bei Fig. 13, dass wenn die Phasenlage der gemessenen Ausgangsstufenspannung U mit der des gemessenen Stroms nicht übereinstimmt bzw. der gemessene Ist-Wert cp Rea i des Phasenwinkels φ betragsmäßig größer als der vorgegebene Grenzwert <p Umit des Phasenwinkels φ ist, dann der Schaltablauf so zu wählen ist, dass zunächst der Schalter im widerstandslosen Strompfad auf der aufschaltenden Seite schließt. Bei der Ausführungsform und den Be- dingungen nach Fig. 13 schließt also zuerst der Schalter 34 des Strom pfads 44 bei der Wicklungsanzapfung n+1 (siehe insbesondere die Veränderung im Schaltablauf von Fig. 13b nach Fig. 13c). Erst anschließend öffnet generell der Schalter im Widerstandspfad mit dem Überschaltwiderstand R auf der abschaltenden Seite. Bei der Ausführungsform und den Bedingungen nach Fig. 13 öffnet also erst später der Schalter 32 des Wider- standspfads 42 bei der Wicklungsanzapfung n (siehe insbesondere die Veränderung im Schaltablauf von Fig. 13c nach Fig. 13d).

In Fig. 14e bis 14a sind die Pfade 41 bis 44 sind für den Fall geschaltet, dass der gemessene Ist-Wert cp Rea i des Phasenwinkels φ kleiner als der Betrag des vorgegebenen Grenzwertes (p Umit des Phasenwinkels φ ist (Fall 1 ).

Im Vergleich zu Fig. 6a-e ist der Schaltablauf anders, nämlich so, dass sich ein minimaler Flicker ergibt, also die Ausgangsspannung U stets innerhalb des Spannungsintervalls A zwischen den Wicklungsanzapfungen n, n+1 liegt (siehe Fig. 14f). Dazu sind die Schalter 31 bis 34 so geschaltet, dass die Ausgangsspannung U in den Fig. 14e-c U 0 + U in Fig. 1 1 b U 0 + l L * R und in Fig. 1 1 a U 0 beträgt. Fig. 14f zeigt ein Diagramm der Spannungsstufen der Ausgangsspannung U für den erfindungsgemäßen Laststufenschalter gemäß Fig. 14e-a. Völlig analog zu Fig. 1 1 gilt generell für die Erfindung auch bei Fig. 14, dass wenn die Phasenlage der gemessenen Stufenspannung U st mit der des gemessenen Stroms übereinstimmt bzw. der gemessene Ist-Wert <p Rea i des Phasenwinkels φ betragsmäßig kleiner als der vorgegebene Grenzwert cp Limit des Phasenwinkels φ ist, dann der Schaltablauf so zu wählen ist, dass zunächst der Schalter im Widerstandspfad auf der aufschaltenden Seite schließt. Bei der Ausführungsform und den Bedingungen nach Fig. 14 schließt also zuerst der Schalter 32 im Widerstandspfad 42 bei der Wicklungsanzapfung n (siehe insbesondere die Veränderung im Schaltablauf von Fig. 14d nach Fig. 14c). Erst anschließend öffnet generell der Schalter des widerstandslosen Strompfads auf der abschalten- den Seite. Bei der Ausführungsform und den Bedingungen nach Fig. 14 öffnet also erst später der Schalter 34 des Strompfads 44 bei der Wicklungsanzapfung n+1 (siehe insbesondere die Veränderung im Schaltablauf von Fig. 14c nach Fig. 14b).

Fig. 15a bis 15c zeigen Schaltungen für eine andere Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Laststufenschalters 1 mit jeweils kombiniertem Lastumschalter 5 und Wähler 7. Dabei umfasst der Wähler 7 die Enden der Pfade 411 , 421 des Lastumschalters 5 in Richtung der Wicklungsanzapfungen n, n+1. Die Versteileinrichtung 2 umfasst in der hier dargestellten Ausführungsform einen Doppelwender nach Stand der Technik bekannt, wie beispielsweise aus DE102007023124B3. Diese Anordnung ist jedoch beispielhaft und es sind auch andere Anordnungen denkbar, so dass die Ausgangsspannung U den Betrag U 0 ergibt und insbesondere die Ausgangsspannung U stets innerhalb des Spannungsintervalls A zwischen den Wicklungsanzapfungen n, n+1 liegt, um den Flicker minimal zu halten. Mit der Messeinrichtung 131 , 132, 15 wird, wie bei Fig. 7 bereits beschrieben, der Phasenwinkel φ zwischen dem Laststrom l L und der Spannung des Stufentransformators 9 von der vorgewählten Wicklungsanzapfung zur Ableitung 1 1 gemessen. In Abhängigkeit des gemessenen Phasenwinkels ist für eine Schaltung erfindungsgemäß entweder die Endstellung nach Fig. 15a oder Fig. 15c zu verwenden. Falls der gemessene Ist-Wert f Rea i betragsmäßig kleiner als der Grenzwert c umit ist, dann wird eine erste Endstellung der Versteileinrichtung 2 gemäß Fig. 15a verwendet bzw. darauf umgeschaltet. Ansonsten wird auf eine zweite Endstellung der VerStelleinrichtung 2 gemäß Fig. 15c umgeschaltet. Dabei stellt Fig. 15b eine Zwischenstellung während der jeweiligen Umschaltung dar, bei der alle Pfade kurzgeschlossen sind und der Laststrom l L über den Pfad 415 zur Lastableitung 1 1 abfließt.

Bei der Endstellung nach Fig. 15a schließt bei der Schaltung der Wicklungsanzapfung n nach n+1 zunächst der Schalter 38 im Widerstandspfad 424, 425 auf der aufschaltenden Seite. Erst anschließend öffnet der Schalter 37 des widerstandslosen Strompfades 414, 415 auf der abschaltenden Seite (Fall 1 ). Bei der Schaltung der Wicklungsanzapfung n+1 auf n ist es umgekehrt (Fall 2).

Bei der Endstellung nach Fig. 15c verhält es sich genau umgekehrt zu Fig. 15a.

Alternativ können als Messeinrichtung auch die in Fig. 8 beschriebenen Sensoren 13, 151 , 152 verwendet werden. Es sei noch angemerkt, dass lediglich aus Gründen der Anschaulichkeit die Messeinrichtung 131 , 132, 15 nur in Fig. 15a dargestellt ist, nicht in Fig. 15b-c. Die erfindungsgemäße Betätigung der Versteileinrichtung 2 in Abhängigkeit des Vergleichs von gemessenem Ist-Wert <p Rea i und Grenzwert φ ίΜι sorgt dafür, dass analog wie bei den Fig. 7-14 auch bei der Ausführungsform des Laststufenschalters 1 bzw. des Lastumschalters 5 nach Fig. 15a-c die Ausgangsspannung U stets innerhalb des Spannungsintervalls A zwischen den Anzapfungen n, n+1 liegt, der Flickerpegel also minimal ist. Die Ausgangsspannung U kann zu Beginn der Schaltung, wie in den Fig. 1 bis 14, sowohl U 0 als auch U 0 + U st betragen.

Fig. 16 zeigt ein schematisches Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Umschalten eines Lastumschalters 5 eines Laststufenschalters 1 von einer beschalteten Wicklungsanzapfung n eines Stufentransformators 9 auf eine vorgewählte Wicklungsanzapfung n+1 des Stufentransformators 9. Es wird ein Grenzwert cp Limi t eines Phasenwinkels φ zwischen dem Laststrom l L und der Spannung U von der vorgewählten Wicklungsanzapfung zur Stromableitung 1 1 vorgegeben. In üblicherweise regelmäßigen Zeitabständen, insbesondere vor jeder Umschaltung des Lastumschalters 5 (Schritt S1 ), wird gemäß Schritt S2 ein Ist-Wert cp Rea i des Phasenwinkels φ gemessen. Falls der gemessene Ist-Wert des Phasenwinkels betragsmäßig kleiner als der vorgegebene Grenzwert des Phasenwinkels ist (Schritt S3, Versteileinrichtung 2 in Position 1 ), schließt zunächst der Schalter im Widerstandspfad auf der aufschaltenden Seite. Erst anschließend öffnet der Schalter des widerstandslosen Strompfades auf der abschaltenden Seite. Falls dagegen der gemessene Ist-Wert des Phasenwinkels betragsmäßig größer als der vorgegebene Grenzwert des Phasenwinkels ist (Schritt S4, Versteileinrichtung 2 in Position 2), schließt zunächst der Schalter des widerstandslosen Strompfades auf der aufschaltenden Seite. Erst anschließend öffnet der Schalter im Widerstandspfad auf der abschaltenden Seite. Nach durchgeführter Verstellung wird die Lastumschaltung ausgeführt (Schritt S5). Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben. Es ist jedoch für jeden Fachmann selbstverständlich, dass Abwandlungen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen. So kann beispielsweise die Versteileinrichtung 2 statt durch Drehen auch durch Schieben oder durch eine andere Bewegungsform verstellt werden, und das Erfindungsprinzip funktioniert unabhängig von der Anzahl der Spannungsstufen des Laststufenschalters 1. Die voran stehend erörterten Ausführungsbeispiele dienen lediglich zur Beschreibung der beanspruchten Lehre, schränken diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele ein.

Bezugszeichenliste

1 Laststufenschalter

2 Versteileinrichtung

3, 4 Schaltreihenfolge

5 Lastumschalter

7 (Fein)Wähler

9 Stufentransformator

1 1 Stromabführung bzw. Lastableitung

13, 131 , 132 Spannungssensor

15, 151 , 152 Stromsensor

21 erstes Verstellelement (Nockenscheibe)

22 zweites Verstellelement (Nockenscheibe) 31 - 38 Schalter

41 - 44, 41 1 - 425 Pfad

ω Drehbewegung

n, n+1 Wicklungsanzapfung

A Spannungsintervall

R, R-i, R 2 Überschaltwiderstand

l c Kreisstrom

I L Laststrom

U st Stufenspannung

U Ausgangsspannung des Stufentransformators