Die Erfindung betrifft einen Stufenschalter mit Vakuumschaltröhren zur unterbrechungslosen

Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine für einen solchen Stufenschalter besonders geeignete neuartige Vakuumschaltröhre.

Aus der DE 20 21 575 ist ein Stufenschalter bekannt, der insgesamt vier Vakuumschaltröhren pro Phase aufweist. In jedem der beiden Lastzweige sind jeweils eine Vakuumschaltröhre als

Hauptkontakt und jeweils eine weitere Vakuumschaltröhre, in Reihenschaltung mit einem

Überschaltwiderstand, als Widerstandskontakt vorgesehen.

Bei einer unterbrechungslosen Lastumschaltung von der bisherigen Wicklungsanzapfung n auf eine neue, vorgewählte Wicklungsanzapfung n+1 wird zunächst der Hauptkontakt der abschaltenden Seite geöffnet, darauf schließt der Widerstandskontakt der übernehmenden Seite, so dass zwischen den beiden Stufen n und n+1 ein durch die Überschaltwiderstände begrenzter Ausgleichsstrom fließt. Nachdem der bisher geschlossene Widerstandskontakt der abschaltenden Seite geöffnet hat, schließt dann der Hauptkontakt der übernehmenden Seite, so dass der gesamte Laststrom von der neuen Wicklungsanzapfung n+1 zur Lastableitung führt; die Umschaltung ist beendet.

In der nicht vorveröffentlichten DE 10 2009 048 813 ist ein weiterer Stufenschalter beschrieben, bei dem zusätzlich zwischen der elektrischen Verbindung der beiden Vakuumschaltröhren jedes

Lastzweiges und der Lastableitung noch mechanische Schaltelemente vorgesehen sind. Die bekannten Stufenschalter benötigen vier separate Vakuumschaltröhren pro Phase.

Nachteilig ist zunächst einmal der hohe Platzbedarf für diese Vakuumschaltröhren selbst sowie die dazugehörige Betätigungsmechanik. Zudem sind, bedingt durch den hohen Bauteileaufwand, solche bekannte Konstruktionen relativ teuer. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Stufenschalter anzugeben, der bei gleicher Funktionalität einfacher aufgebaut ist, bei dem die Schaltelemente weniger Platz benötigen, weiterhin preiswerter sind.

Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vakuumschaltröhre anzugeben, die besonders vorteilhaft für einen solchen weiter entwickelten Stufenschalter verwendbar ist.

Dem erfindungsgemäßen Stufenschalter liegt die allgemeine Idee zugrunde, die beiden

Vakuumschaltröhren in jedem Lastzweig zu einer einzigen Vakuumschaltröhre zu vereinigen. Der erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre liegt darüber hinaus die allgemeine Idee zugrunde, durch die Kombination einer Bauform einer Röhre mit zwei beweglichen Kontaktsystemen die Funktionalität von zwei baugleichen Röhren bei einem Stufenschalter zu kombinieren. Dabei ist die neuartige Vakuumschaltröhre einfach aufgebaut; sie besitzt insbesondere keine innenliegenden

Kontaktdruckfedern oder Gleitkontakte.

Vakuumschaltröhren mit zwei Kontaktstellen sind an sich bereits bekannt.

Die DE 3344367 betrifft eine Vakuumschaltröhre mit zwei elektrisch in Reihe geschalteten

Kontaktpaaren in einem einzigen Vakuumraum, die gleichzeitig betätigbar sind.

Die DE 197 56 308 C1 betrifft eine ähnliche Vakuumschaltröhre mit zwei auf einer gemeinsamen Achse angeordneten Schaltstrecken, wobei innenliegende Kontaktdruckfedern vorgesehen sind. Die EP 0 258 614 B1 beschreibt die Kombination einer Vakuumschaltröhre und einer spezifischen Beschaltung an einem Stufenschalter. Hierbei sind mehrere Schaltstrecken in einem Vakuumraum angeordnet, was einen komplizierten Aufbau der Vakuumschaltröhre mit ringförmigen Festkontakten bedingt.

Die DE 10 2006 033 422 B3 schließlich beschreibt eine weitere Vakuumschaltröhre mit mehrfacher Funktionalität, wobei auch hier sowohl ringförmige Festkontakte als auch innenliegende

Kontaktdruckfedern erforderlich sind.

Keine dieser bekannten Lösungen ist für einen erfindungsgemäßen Stufenschalter geeignet.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre werden die geometrischen Dimensionierungen der beiden separaten Kontaktsysteme an die elektrischen Gegebenheiten der dem Stufenschalter zu Grunde liegenden Schaltung angepasst, insbesondere, ob das separate Kontaktsystem als Haupt- oder Hilfskontakt verwendet wird. Hierfür wird beispielweise der Durchmessers des Gehäuses oder auch der Hub des Stößels des jeweiligen separaten

Kontaktsystems geometrisch gezielt variiert. Mit anderen Worten: Es werden die beiden separaten Kontaktsysteme der einen gemeinesamen Vakuumschaltröhre nicht identisch ausgeführt, sondern durch eine unterschiedliche geometrische Dimensionierung an die elektrischen Gegebenheiten des Stufenschalters angepasst. Die allgemeine erfindungsgemäße Idee der vorliegenden

Vakuumschaltröhre ist es, wie erläutert, durch die Kombination einer Bauform einer Röhre mit zwei beweglichen Kontaktsystemen die Funktionalität von zwei baugleichen Röhren bei einem

Stufenschalter zu kombinieren. Wie weiter oben auch beschrieben, benötigt dabei jedoch nicht jedes der beweglichen Kontaktsysteme dieselben elektrischen Eigenschaften, da die Kontaktsysteme unterschiedliche Schaltungsaufgabe innerhalb der Schaltsequenz des Stufenschalters erfüllen. Ganz allgemein bedeutet dabei eine geometrisch größere Dimensionierung eines Kontaktsystems, größere dielektrische Abstände im Inneren der Vakuumschaltröhre. Diesen Zusammenhang nutz dabei die vorliegende Ausführungsform auf besonders einfache Weise, indem es die separaten Kontaktsysteme in ihrer geometrischen Gestaltung an die jeweiligen elektrischen Randbedingungen der dem

Stufenschaiter zu Grunde liegenden Schaltung anpasst.

Die Erfindung soll nachfolgend beispielhaft an Hand von Zeichnungen noch näher erläutert werden.

Es zeigen:

Figur 1 einen Stufenschalter nach dem Stand der Technik

Figur 2 eine Umschaltsequenz eines solchen bekannten Stufenschalters

Figur 3 einen erfindungsgemäßen Stufenschalter mit kombinierter, einziger

Vakuumschaltröhre in jedem Lastzweig

Figur 4 einen weiteren erfindungsgemäßen Stufenschalter mit kombinierter, einziger

Vakuumschaltröhre in jedem Lastzweig, der zusätzliche mechanische Kontakte aufweist

Figur 5 eine erfindungsgemäße Vakuumschaltröhre

Figur 6 eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre.

In Figur 1 ist ein bekannter Stufenschalter gezeigt. Er weist einen ersten Lastzweig auf, in dem sich eine als Hauptkontakt wirkende Vakuumschaltröhre MSV _a sowie parallel dazu ein

Überschaltwiderstand R _a sowie eine als Widerstandskontakt wirkende Vakuumschaltröhre TTV _a befinden. Der zweite Lastzweig besitzt ganz analog eine Vakuumschaltröhre MSV _b sowie parallel dazu einen weiteren Überschaltwiderstand R _b und eine Vakuumschaltröhre TTV _b . Der bekannte Stufenschalter besitzt also zwei Vakuumschaltzellen pro Lastzweig, mithin vier Vakuumschaltzellen pro Phase insgesamt.

Figur 2 zeigt die Schaltsequenz eines solchen bekannten Stufenschalters bei der Umschaltung von der Wicklungsanzapfung n auf die Wicklungsanzapfung n+1. Die Ausgangslage, bei der die

Anzapfung n beschaltet ist, entspricht der in Figur 1 dargestellten Stellung der einzelnen

Schaltelemente. Die Umschaltung erfolgt in folgenden Schritten:

- MSVa öffnet

- TTV _b schließt

- TTV _a öffnet

MSV _b schließt; die Umschaltung ist abgeschlossen. Figur 3 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stufenschalters. Hier ist - durch eine doppelte Umrahmung - schematisch dargestellt, dass die bisher separaten, parallel angeordneten Vakuumschaltzellen des einen Lastzweiges zu einer ersten Vakuumschaltröhre Va und die bisher separaten, parallel angeordneten Vakuumschaltzellen des anderen Lastzweiges zu einer zweiten Vakuumschaltröhre Vb zusammengefasst sind.

Die erfindungsgemäß zusammengefassten Vakuumschaltröhren werden weiter unten noch näher erläutert.

Anzumerken ist hier, dass diese erfindungsgemäße Zusammenfassung der Funktionalität bisher separater Vakuumschaltröhren nicht an eine spezielle Schaltung gebunden ist; sie ist immer dann möglich, wenn zwei oder mehr Vakuumschaltröhren in einem Lastzweig vorgesehen sind.

Figur 4 zeigt daher eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stufenschalters mit einer weiterentwickelten Schaltung.

Dabei ist zusätzlich zwischen der elektrischen Verbindung der erfindungsgemäßen ersten

Vakuumschaltröhre Va (als Ersatz für die separaten Röhren MSV _a und TTV _a nach dem Stand der Technik) und der Lastableitung LA ein erster mechanischer Schalter MDC _a vorgesehen. Ganz analog ist zwischen der elektrischen Verbindung der erfindungsgemäßen zweiten Vakuumschaltröhre Vb (als Ersatz für die separaten Röhren TTV _b und MSV _b nach dem Stand der Technik) des anderen

Lastzweiges und der Lastableitung ein weiteres mechanisches Schaltelement MDC _b vorgesehen. Beide mechanischen Schaltelemente MDC _a , MDC _b sind hier beispielhaft als Trennschalter ausgebildet; sie dienen nicht der Kommutierung, sondern zur Freischaltung, d. h. der galvanischen Trennung des nicht den Laststrom führenden Lastzweiges.

Es ist im Rahmen der Erfindung beispielsweise bei einem Stufenschalter mit vier separaten

Vakuumschaltzellen pro Phase - solche Schaltungen existieren im Stand der Technik - auch möglich, jeweils zwei davon durch eine erfindungsgemäß zusammengefasste Vakuumschaltröhre zu ersetzen. Figur 5 zeigt eine erfindungsgemäß zusammengefasste Vakuumschaltröhre.

Sie weist zwei separate Kontaktsysteme I und II auf, die beidseitig einer Symmetrieachse s2 in Querrichtung der Vakuumschaltröhre angeordnet sind.

Dabei ist ein gemeinsames, die gesamte Vakuumschaltröhre umschließendes Gehäuse 1 vorgesehen. Zentrisch in der rotationssymmetrischen Längsachse s1 sind ein oberer Stößel 2 und am entgegengesetzten Ende ein unterer Stößel 3 vorgesehen, die im Inneren des Gehäuses 1 auf an sich bekannte Weise bewegliche Kontaktstücke 4, 5 tragen. Beide Kontaktstücke 4, 5 können separat und unabhängig voneinander durch Betätigung des Stößels 2 oder 3 mit einem gemeinsamen

feststehenden Kontakt 6 in Verbindung gebracht werden. Die bekannten Kontaktfedern, die mit den Stößeln zusammenwirken, sind hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.

Dargestellt sind jedoch oberer Balg 7 und unterer Balg 8, die gleich oder auch unterschiedlich ausgebildet sein können. Dargestellt sind hier noch obere und untere Keramik 9, 10 sowie im Inneren oberer und unterer Dampfschirm 11 , 12. Figur 6 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vakuumschaltröhre, bei der die Kontaktsysteme I und II durch ihre unterschiedlich geometrische Dimensionierung an die stufenschalterspezifischen elektrischen Gegebenheiten angepasst sind. Es werden in der Darstellung der Figur 6 gleiche Bezugszeichen für identische Bauteile wie in Figur 5 verwendet. Da deren Funktionalitäten bereits in der Beschreibung zu Figur 5 näher erläutert wurden, wird in den

Ausführungen zu Figur 6 nur mehr auf die Unterschiede beider Ausführungsformen eingegangen. Im Gegensatz zu Figur 5 sind die Kontaktsysteme I und II und die in dem entsprechenden Kontaktsystem I oder II befindlichen Bauteile unterschiedlich groß dimensioniert und dabei das Gehäuse 1 an diese geometrische Dimensionierung angepasst, indem die Vakuumschaltröhre einen ersten, größeren Gehäuseteil 13 und einen zweiten, kleineren, Gehäuseteil 14 aufweist.

Insgesamt werden beim erfindungsgemäßen Stufenschalter mehrere Vorteile erreicht: Die Zahl der notwendigen Vakuumschaltröhren wird de facto halbiert; entsprechend geringer ist der notwendige Platzbedarf für diese Schaltelemente. Die Kosten sinken ebenfalls. Dies wird durch die

erfindungsgemäße verwendete Vakuumschaltröhre erreicht, die als„Tandemröhre" ausgebildet ist und zwei separate Kontaktsysteme enthält.

Dabei ist die erfindungsgemäße Vakuumschaltröhre einfach aufgebaut; im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen benötigt sie weder innerliegende Kontaktdruckfedern noch komplizierte Betätigungsmechanismen oder spezielle, filigrane Kontaktausbildungen z.B. in Ringform.