Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung, insbesondere einen Laststufenschalter, mit einem Gehäuse und mindestens einem austauschbaren Schaltmodul.

Aus dem Stand der Technik sind Laststufenschalter bekannt, die für die Umschaltung von einer Wicklungsanzapfung eines Stufentransformators auf eine benachbarte Wicklungsanzapfung mechanische Schaltkontakte, die in Öl oder im Vakuum angeordnet sind, nutzen. Neue Laststufenschalter verwenden jedoch Halbleiterschaltelemente für diese Umschaltungen. Sowohl die Wartung als auch Reparaturen solcher Halbleiterschaltelemente sind teuer, zeitintensiv und stellen eine große Herausforderung dar. Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, eine Schalteinrichtung bereitzustellen, die eine einfache, kostengünstige und schnelle Wartung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Schalteinrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst. Die Merkmale der Unteransprüche bilden dabei vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. Die Erfindung schlägt eine Schalteinrichtung, insbesondere einen Laststufenschalter vor, umfassend:

ein Gehäuse;

mindestens ein austauschbares Schaltmodul;

mindestens einen Festkontakt, der im Inneren des Gehäuses angeordnet ist;

- mindestens eine Führungsschiene, die im Inneren des Gehäuses angeordnet ist, wobei:

jedes Schaltmodul mindestens einen Loskontakt aufweist, der lösbar mit mindestens einem der Festkontakte verbunden werden kann;

das Schaltmodul mindestens eine untere Verteilplatte aufweist, die mit mindestens einer der Führungsschienen beweglich verbunden ist.

Die erfindungsgemäße Schalteinrichtung mit den austauschbaren Schaltmodulen bietet besonders viele Vorteile. Diese Schalteinrichtung ist kompakt, verbraucht damit wenig Bauraum und ist somit vor der Inbetriebnahme besonders einfach zu transportieren. Durch diese Kompaktheit werden außerdem bedeutend weniger Isolier- bzw. Kühlmittel benötigt. Die Möglichkeit Schaltmodule einzeln auszutauschen spart nicht nur Kosten sondern auch Zeit. Durch die lösbare Anordnung können die Schaltmodule bei Reparaturen oder Wartung einfach aus dem Gehäuse herausgezogen und durch neue ersetzt werden. Die Schalteinrichtung kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein, beispielsweise als Laststufenschalter für Stufentransformatoren im Nieder-, Mittel- und Hochspannungsbereich, als auch Stufenschalter für Stufentransformatoren in Energienetz- oder

Schmelzofenanwendungen. Jeder Festkontakt und jeder Loskontakt können auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise aus einem oder mehreren Teilen besehen und unmittelbar im Gehäuse oder einer separaten Wandung bzw. unmittelbar am Schaltmodul befestigt sein. Jeder Festkontakt und jeder Loskontakt können außerdem auf der innenliegenden Seite mehrere über und nebeneinander angeordnete, federnd gelagerte Kontaktfinger aufweisen. Jeder Festkontakt ist korrespondierend zu dem zugeordneten Loskontakt gestaltet und stellt eine kraftschlüssige, formschlüssige und elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den beiden sicher.

Die bewegliche Verbindung zwischen dem Gehäuse und dem Schaltmodul kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein, beispielsweise über die Reibung zwischen Verteilplatte und eine Führungsschiene oder über Rollen am Schaltmodul oder im Gehäuse.

Das Gehäuse kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein, beispielsweise als ein Tank, der aus Metall oder Kunststoff besteht.

Es kann vorgesehen sein, dass jeder Festkontakt ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist und das erste Ende im Inneren des Gehäuses und das zweite Ende außerhalb des Gehäuses angeordnet ist.

Es kann vorgesehen sein, dass das Schaltmodul mindestens eine Spannsäule, mindestens eine obere und mindestens eine untere Vorspannplatte und mindestens eine

Schaltmodulsäule aufweist.

Jede Spannsäule kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein, beispielsweise aus glasfaserverstärkten Kunststoff, Kunststoff oder einen anderen isolierenden Material.

Es kann vorgesehen sein, dass die Schaltmodulsäule mindestens ein Schaltelement und mindestens eine Kühldose aufweist.

Jedes Schaltelement der Schaltmodulsäule kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise mindestens eine Halbleiterscheibenzelle aufweisen, die

insbesondere mindestens einen Thyristor und/oder mindestens einen IGBT aufweist.

Weiterhin können die Schaltelemente untereinander parallel oder in Reihe geschaltet sein. Es kann vorgesehen sein, dass

das Schaltmodul eine obere Verteilplatte aufweist,

der Loskontakt an einem Kontaktbrett angeordnet ist und

wobei der Loskontakt mit einer Schaltmodulsäule elektrisch leitend verbunden ist. Die Verteilplatte kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein, und beispielsweise aus glasfaserverstärkten Kunststoff, Kunststoff oder einen anderen isolierenden Material bestehen.

Es kann vorgesehen sein, dass

jeder Loskontakt gegenüberliegende Kontaktfinger aufweist, die federnd gelagert sind und beim Kontaktieren eines ersten Endes des Festkontaktes eine kraftschlüssige

Verbindung mit dem Festkontakt eingehen.

Es kann vorgesehen sein, dass zwischen jeder Schaltmodulsäule und der oberen Vorspannplatte eine Druckverteileinheit angeordnet ist.

Es kann vorgesehen sein, dass

- die Druckverteileinheit einen Flansch und eine Gewinde aufweist;

in der oberen Vorspannplatte eine Tellerfedernauflage angeordnet ist;

zwischen dem Flansch und der Tellerfedernauflage Tellerfedern angeordnet sind und über die Tellerfedern eine Kraft auf die Druckverteileinheit und damit auf die Schaltmodulsäule aufgebracht wird. Es kann vorgesehen sein, dass auf der unteren Seite der ersten Verteilplatte mindestens eine Gleitschiene angeordnet ist.

Jede Gleitschiene kann auf beliebige Art und Weise ausgebildet sein und beispielsweise aus Teflon oder einem anderen Material, welches einen geringen Reibungskoeffizienten aufweist. Es kann vorgesehen sein, dass

die Schalteinrichtung als Laststufenschalter ausgebildet ist und zum Zu- oder Abschalten von Wicklungen einer Regelwicklung eines Stufentransformators unter Last vorgesehen oder ausgebildet ist.

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

Fig. 1 eine Schalteinrichtung mit einem auswechselbaren Schaltmodul; Fig. 2 eine Schalteinrichtung mit einem Schaltmodul im Schnitt;

Fig. 3 eine Schalteinrichtung mit halb eingeschobenen Schaltmodul;

Fig. 4a eine Detailansicht eines Festkontaktes und eines Loskontaktes;

Fig. 4b eine weitere Detailansicht des Festkontaktes und des Loskontaktes; Fig. 5 eine Schalteinrichtung mit drei Schaltmodulen;

Fig. 6 eine Vorspanneinheit der Schalteinrichtung.

Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie die erfindungsgemäße Schalteinrichtung mit austauschbarem Schaltmodul sein kann und stellen somit keine abschließende Begrenzung der Erfindung dar.

Fig. 1 zeigt das Innere einer erfindungsgemäßen Schalteinrichtung 1 , insbesondere einen Laststufenschalter, mit einem austauschbaren Schaltmodul 3. Das Schaltmodul 3 weist Schaltelemente 18 auf, die zum Umschalten von einer Wicklungsanzapfung zu einer benachbarten Wicklungsanzapfung einer Regelwicklung in einem Stufentransformator dienen. Die Schaltelemente 18 sind als Halbleiterscheibenzellen ausgebildet, beispielsweise Thyristoren, IGBTs, etc. Zwischen den Schaltelementen 18 sind Kühldosen 19 angeordnet, die thermisch, mechanisch und elektrisch leitend mit diesen verbunden sind. Die abwechselnd angeordneten Schaltelemente 18 und Kühldosen 19 bilden eine Schaltmodulsäule 36, von der jedes Schaltmodul 3 vier Stück aufweisen kann. Die Schaltmodulsäulen 36 sind zwischen einer oberen Vorspannplatte 15 und einer unteren Vorspannplatte 16 angeordnet. Weiterhin sind acht Spannsäulen 13 zwischen den Vorspannpalten 15, 16 angebracht. Die Kühldosen 19 weisen im Inneren Kühlkanäle auf, hier nicht dargestellt, die über Leitungen 14 untereinander und mit den hohl ausgebildeten Spannsäulen 13 hydraulisch verbunden sind. Über der oberen Vorspannplatte 15 ist eine obere Verteilplatte 50 und unter der unteren Vorspannplatte 16 eine untere Verteilplatte 51 angeordnet.

Die Schaltelemente 18 können einerseits untereinander parallel oder in Reihe verbunden sein und andererseits mit der Rückseite 101 der Loskontakte 10. Die Loskontakte 10 sind außerdem in einem Kontaktbrett 1 1 angeordnet. In der hier dargestellten Ausführungsform sind im Kontaktbrett 1 1 acht Loskontakte 10 neben bzw. übereinader angebracht. Die Vorderseite 102 jedes einzelnen Loskontaktes 10 besteht aus mehreren über und neben einander angeordneten Kontaktfingern 12 die derart federnd gelagert sind, dass jeweils zwei Kontaktfinger 12 eine in die gegen einander liegende Richtung Kraft ausüben (Figur 4a und 4b). Das Gehäuse 2 weist auf der Rückwand 26 mehrere Festkontakte 20 auf, die sich aus dem Inneren nach außen erstrecken. Die ersten Enden 21 der Festkontakte 20 sind dabei innerhalb und deren zweite Enden 22 außerhalb des Gehäuses 2 angeordnet. Im Inneren des Gehäuses 2 sind auf dem Boden 27 Führungsschienen 25 befestigt. Die Vorderseite 28 des Gehäuses 2 ist offen und ist mit einem Deckel 29 verschließbar. Die zweiten Enden 22 der Festkontakte 20 sind über Leitungen, mit einer hier nicht dargestellten Regelwicklung, mit unterschiedlichen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators verbunden. Im Inneren des Gehäuses 2 ist ein Ester zur Kühlung und Isolation eingefüllt.

In Fig. 2 wird eine Schnittansicht der Schalteinrichtung 1 dargestellt. Das Schaltmodul 3 befindet sich im Inneren des Gehäuses 2. Dabei liegt das Schaltmodul 3 auf der Führungsschiene 25 auf und wird mittels Fixiermittel 30 über die untere Verteilplatte 51 gehalten. Die Kontaktfinger 12 der Loskontakte 10 sind mit den ersten Enden 21 der Festkontakte 20 mechanisch und elektrisch leitend verbunden, also aufgeschaltet. Durch diese mechanische Verbindung wird stets die elektrisch leitende Verbindung zwischen den Loskontakten 10 und den Festkontakten 20 sichergestellt, also den Anzapfungen der Regelwicklung eines Stufentransformators und den Schaltelementen 18 des Laststufenschalters.

Zum Verbinden der Loskontakte 10 mit den Festkontakten 20, also beim Einsetzen des Schaltmoduls 3, wird eine erste Gewindestange 40 verwendet. Die erste Gewindestange 40 liegt einerseits auf dem ersten Gegenlager 41 an der Vorderseite 28 auf und ist andererseits in einem ersten Loslager 42 im Kontaktbrett 1 1 des Schaltmoduls 3 geführt. Durch Drehung der ersten Gewindestange 40 wird das Schaltmodul 3 in Richtung der Rückwand 26 gedrückt. Die Loskontakte 10 werden auf die Festkontakte 20 aufgedrückt. Das erste Gegenlager 41 ist dabei in einer Strebe 49 des Gehäuses 2 angeordnet.

Zum Lösen der Loskontakte 10 von den Festkontakten 20, also beim Herausnehmen des Schaltmoduls 3, wird eine zweite Gewindestange 43 verwendet. Die zweite Gewindestange 43 wird einerseits in einem zweiten Loslager 45 an der Vorderseite 28 geführt und liegt andererseits in einem zweiten Gegenlager 44 im Kontaktbrett 1 1 des Schaltmoduls 3 auf. Durch Drehung der zweiten Gewindestange 43 wird das Schaltmodul 3 in Richtung der Vorderseite 28 gezogen. Die Loskontakte 10 werden von den Festkontakten 20 abgezogen. Das zweite Loslager 45 ist dabei in der Strebe 49 des Gehäuses 2 angeordnet. Die erste und die zweite Gewindestange 40, 43 können nach dem Einsetzen bzw. nach dem Herausnehmen aus der Schalteinrichtung 1 entfernt werden.

Fig. 3 zeigt die Schalteinrichtung 1 bei der das Schaltmodul 3 zur Hälfte in das Gehäuse 2 eingeschoben ist. Hierbei gleitet das Schaltmodul 3 über die untere Verteilplatte 51 an den Führungsschienen 25 heraus bzw. hinein. Um die Reibung zwischen der unteren Verteilplatte 51 und der Führungsschiene 25 zu reduzieren, ist auf der unteren Seite 53 der unteren Verteilplatte 51 mindestens eine Gleitschiene 55 angeordnet. Diese ist vorzugsweise aus Teflon oder einem anderen reibungsreduzierenden Material ausgebildet. Nach dem Herausziehen des Schaltmoduls 3 kann dieses auf eine Transporthilfe 60, hier als Montagewagen ausgebildet, geschoben werden. Beim Einsetzen kann das Schaltmodul 3 ebenfalls einfach von der Montagehilfe 60 über die Führungsschiene 25 in Verbindung mit der Gleitschiene 55 in das Innere des Gehäuses 2 geschoben werden.

Fig. 4a zeigt in einer Detailansicht zweier Loskontakte 10 des Schaltmoduls 3 und die Festkontakte 20, die in der Rückwand 26 des Gehäuses 2 befestigt sind, in nicht verbundenen bzw. aufgeschalteten Zustand. Beim Einschieben des Schaltmoduls 3 werden die Kontaktfinger 12 auf der Vorderseite 102 des Loskontaktes 10 auf den Festkontakt 20 geschoben und auf Grund der gefederten Lagerung auseinander gespreizt. Durch diese mechanische Verbindung wird stets die elektrische Verbindung zwischen den Loskontakten 10 und Festkontakten 20 sichergestellt.

Fig. 4b zeigt in einer Detailansicht die Loskontakte 10 und Festkontakte 20 in einem aufgeschalteten Zustand. Hierbei entsteht eine kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen jedem Festkontakt 20 und Loskontakt 10.

Fig. 5 zeigt eine Schalteinrichtung 1 mit drei austauschbaren Schaltmodulen 3, 3', 3" die jeweils mindestens einer Regelwicklung einer Phase eines Stufentransformators zugeordnet sind. Eines der Schaltmodule 3 ist außerhalb des Gehäuses 2 auf einer Transporthilfe 60 angeordnet. An der unteren Verteilplatte 51 ist ein Griff 54 angeordnet, mit dem das Herausziehen des Schaltmoduls 3 erleichtert wird.

Fig. 6 zeigt eine detaillierte Ansicht des Schaltmoduls 3. Um die Schaltmodulsäulen 36 im Schaltmodul 3 fixieren zu können, wird eine Druckverteileinheit 70 zwischen der obersten Kühldose 19 und der oberen Vorspannplatte 15 eingebracht. Die Druckverteileinheit 70 weist in dem der Kühldose 19 zugewandten Bereich einen Flansch 71 auf. Der obere Bereich der Druckverteileinheit 70 weist ein Gewinde 72 auf, an dessen oberem Ende eine Schraubenmutter 74 angeordnet ist. Zwischen dem Flansch 71 und der Schraubenmutter 74 sind Tellerfedern 73 und eine Tellerfedernauflage 75 angeordnet. Die Druckverteileinheit 70 wird vorab unter einer Presse auf eine definierte, für das Schaltmodul 3 benötigte, Vorspannkraft eingestellt. Die Tellerfedern 73 werden beim Verspannen über die Tellerfedernauflage 75 gegen den Flansch 71 gedrückt und mit der Schraubenmutter 74 arretiert. Die Druckverteileinheit 70 wird über die Tellerfedernauflage 75 in die Vorspannplatte 15 eingeschraubt, bis die Druckverteileinheit 70 an der obersten Kühldose 19 der Schaltmodulsäule 36 anliegt. Die Druckverteileinheit 70 wird anschließend arretiert und gegen Verdrehen gesichert. Durch Lösen der Schraubenmutter 74 wird die definierte Vorspannung der Tellerfedern 73 auf die Schaltmodulsäule 36 übertragen.

Da jede Schaltmodulsäule 30 über eine separate Druckverteileinheit 70 verspannt wird, sind die beiden Schaltmodulsäulen 36 mechanisch von einander entkoppelt und Höhenunterschiede können somit kompensiert werden.

In einer hier nicht dargestellten Ausführungsform kann die Tellerfedernauflage 75 einen größeren Durchmesser als die Tellerfedern 73 und der Flansch 71 der Druckverteileinheit 70 aufweisen. In einem Servicefall kann die Druckverteileinheit 70 nach oben aus der oberen Vorspannplatte 15 heraus geschraubt werden und somit die Vorspannkraft auf die Schaltmodulsäulen 36 freigegeben werden. Somit können einzelne Schaltelemente 18 getauscht werden, ohne dass das gesamte Schaltmodul 3 vollständig zerlegt werden muss.

Bezugszeichen

1 Schalteinrichtung

2 Gehäuse

3 Schaltmodul

10 Loskontakt

101 Rückseite

102 Vorderseite

1 1 Kontaktbrett

12 Kontaktfinger

13 Spannsäule

14 Leitung

15 obere Vorspannplatte

16 untere Vorspannplatte

18 Schaltelement

19 Kühldose

20 Festkontakt

21 erstes Ende

22 zweites Ende

25 Führungsschiene

26 Rückwand

27 Boden

28 Vorderseite

29 Deckel

30 Fixiermittel

36 Schaltmodulsäule

40 erste Gewindestange

41 erstes Gegenlager

42 erstes Loslager

43 zweite Gewindestange

44 zweites Gegenlager

45 zweites Loslager

49 Strebe

50 obere Verteilplatte

51 untere Verteilplatte

53 untere Seite

54 Griff Gleitschiene

Transporthilfe

Druckverteileinheit

Flansch

Gewinde

Tellerfedern

Schraubenmutter

Tellerfedernauflage