ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ СТУПЕНЕЙ НАГРУЗКИ, СПОСОБ ПРИВЕДЕНИЯ В ДЕЙСТВИЕ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЯ СТУПЕНЕЙ НАГРУЗКИ, А ТАКЖЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА С ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЕМ СТУПЕНЕЙ НАГРУЗКИ
SWITCH OF LOAD STAGES, METHOD OF ACTUATION OF SWITCH OF LOAD STAGES, AS WELL AS ELECTRIC INSTALLATION WITH SWITCH OF LOAD STAGES

Изобретение относится к переключателю ступенчатой нагрузки для безразрывного переключения между ответвлениями регулировочной обмотки, к способу приведения в действие переключателя ступеней нагрузки, а также к электрической установке с регулировочной обмоткой и переключателем ступеней нагрузки.
В DE 10 2009 048 813 А1 приведено описание ступенчатого переключателя для безразрывного переключения между ответвлениями обмотки трансформатора со ступенчатым регулированием напряжения под нагрузкой. Ступенчатый переключатель имеет две ветви нагрузки, каждая из которых имеет вакуумную переключающую лампу, функционирующую в качестве главного контакта, и параллельно ей последовательное соединение из промежуточного резистора и вакуумной переключающей лампы. Через ветви нагрузки ответвления обмотки могут быть соединены с общим отводом нагрузки. Между вакуумными переключающими лампами обеих ветвей нагрузки и отводом нагрузки расположены механические переключательные элементы, которые служат в качестве дополнительных разъединителей. С помощью механических элементов обеспечивается возможность гальванической развязки в не проводящей ток нагрузки ветви нагрузки соответствующей вакуумной переключающей лампы от отвода нагрузки и тем самым повышения импульсной прочности ступенчатого переключателя.
Исходя из этих знаний, согласно изобретению, предлагаются объекты независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные модификации и варианты выполнения изобретения приводятся в зависимых пунктах формулы изобретения.
Согласно первому аспекту изобретения, предлагается  переключатель ступеней  нагрузки для безразрывного переключения между ответвлениями регулировочной обмотки, содержащий
- переключатель, который имеет первый переключающий контакт, второй переключающий контакт и третий переключающий контакт, и может занимать первое положение, в котором соединены первый и третий переключающий контакт, второе положение, в котором соединены второй и третий переключающий контакт, и шунтирующее положение, в котором соединены переключающие контакты;
- первый неподвижный контакт, который соединен или может соединяться или может быть соединен с согласованным первым ответвлением обмотки;
- второй неподвижный контакт, который соединен или может соединяться или может быть соединен с согласованным вторым ответвлением обмотки;
- первый подвижный контакт, который выборочно может контактировать с каждым из неподвижных контактов;
- второй подвижный контакт, который выборочно может контактировать с каждым из неподвижных контактов;
- главную ветвь, которая соединяет первый подвижный контакт с первым переключающим контактом;
- вспомогательную ветвь, которая соединяет второй подвижный контакт через ограничивающий ток элемент со вторым переключающим контактом;
- переключательный элемент, который включен между главной ветвью и вторым переключающим контактом.
Этот  переключатель ступеней  нагрузки обеспечивает с помощью двух неподвижных контактов, каждый из которых соединен с согласованным ответвлением обмотки, возможность одновременного контактирования обоих подвижных контактов с одним неподвижным контактом, т.е. с одним ответвлением обмотки. Таким образом, весь  переключатель ступеней  нагрузки находится на заданном потенциале и имеет тем самым высокую импульсную прочность. Кроме того, нет необходимости в ограничивающих напряжение элементах, таких как, например, варисторы.
Этот переключатель ступеней  нагрузки с небольшим количеством механических переключающих контактов и вакуумных переключающих ламп имеет высокую импульсную прочность и при этом низкую стоимость и высокую надежность.
Этот  переключатель ступеней нагрузки может быть выполнен любым образом в зависимости от потребности, например,
- в качестве селектора нагрузки или таким образом, что он содержит по меньшей мере один переключатель нагрузки и по меньшей мере один селектор; и/или
- таким образом, что он содержит по меньшей мере один или не содержит дополнительного переключателя и/или содержит по меньшей мере один или не содержит дополнительного неподвижного контакта, и/или содержит по меньшей мере один или не содержит дополнительного подвижного контакта, и/или содержит по меньшей мере одну или не содержит дополнительную главную ветвь, и/или содержит по меньшей мере одну или не содержит вспомогательную ветвь, и/или содержит по меньшей мере один или не содержит дополнительный переключательный элемент.
Подвижные контакты могут быть выполнены в зависимости от потребности любым образом, например, в виде контактов, которые могут перемещаться линейно или ротационно точно в одной или в по меньшей мере одной плоскости. Подвижные контакты могут быть выполнены в виде контактов точного избирателя.
Предпочтительно
- главная ветвь соединяет первый подвижный контакт непосредственно с первым переключающим контактом; и/или
- ограничивающий ток элемент выполнен в виде резистора; и/или
- предусмотрена возможность приведения в действие независимо друг от друга подвижных контактов.
Предпочтительно
- переключатель выполнен в виде шунтирующего переключателя и содержит первый подвижный средний контакт, который соединен с третьим переключающим контактом;
- в первом положении средний контакт контактирует с первым переключающим контактом, во втором положении средний контакт контактирует со вторым переключающим контактом и в шунтирующем положении средний контакт контактирует с первым и вторым переключающим контактом.
При этом шунтирующий переключатель может быть выполнен в виде поворотного переключателя, в котором подвижный средний контакт поворачивается, или в виде тягового переключателя, в котором подвижный средний контакт вытягивается или вжимается.
Предпочтительно, средний контакт не контактирует в первом положении со вторым переключающим контактом, а во втором положении не контактирует с первым переключающим контактом.
Предпочтительно предусмотрено, что
- переключатель содержит первый подвижный средний контакт, который соединен с третьим переключающим контактом, и подвижный второй средний контакт, который соединен с третьим переключающим контактом;
- в первом положении первый и/или второй средний контакт контактирует с первым переключающим контактом, во втором положении второй и/или первый средний контакт контактирует со вторым переключающим контактом, и в шунтирующем положении первый средний контакт контактирует с первым переключающим контакт, и второй средний контакт контактирует со вторым переключающим контактом.
Переключатель с двумя средними контактами достигает шунтирующего положения тем, что один из средних контактов контактирует с первым переключающим контактом, а другой средний контакт контактирует со вторым переключающим контактом. В первом, соответственно, втором положении по меньшей мере один из средних контактов должен контактировать с первым, или соответственно, вторым переключающим контактом.
Предпочтительно, средние контакты не контактируют в первом положении со вторым переключающим контактом, а во втором положении не контактируют с первым переключающим контактом.
Предпочтительно предусмотрено, что ограничивающий ток элемент содержит по меньшей мере одно сопротивление и/или по меньшей мере одну индуктивность, и/или по меньшей мере один варистор.
Предпочтительно предусмотрено, что переключательный элемент выполнен в виде вакуумной переключающей лампы, участка масляного выключателя или полупроводникового элемента, который может быть IGBT или тиристором.
Предпочтительно предусмотрено, что
- каждый неподвижный контакт имеет по меньшей мере две контактные поверхности;
- в каждом неподвижном контакте первая контактная поверхность согласована с первым подвижным контактом, и вторая контактная поверхность согласована со вторым подвижным контактом.
Контактные поверхности могут быть выполнены любым образом и, например, лежать в одной общей плоскости или в различных плоскостях, и/или выступать в одинаковом направлении или в различных направлениях, и/или состоять из одной или нескольких частей.
Предпочтительно предусмотрено, что третий переключающий контакт соединен или может соединяться или может быть соединен с отводом нагрузки.
Согласно второму аспекту изобретения, предлагается способ приведения в действие переключателя ступеней  нагрузки, который содержит по меньшей мере один первый и второй подвижный контакт и по меньшей мере один первый и второй неподвижный контакт, при этом
- из первого стационарного состояния, в котором подвижные контакты контактируют с первым неподвижным контактом, осуществляется переключение во второе стационарное состояние, в котором подвижные контакты контактируют со вторым неподвижным контактом.
Этот способ обеспечивает возможность нахождения переключателя ступеней нагрузки в стационарном состоянии на заданном потенциале, поскольку отдельные подвижные контакты контактируют с неподвижным контактом общего ответвления обмотки.
Этот способ с помощью небольшого количества механических переключающих контактов и вакуумных переключающих ламп обеспечивает высокую импульсную прочность, и при этом является не дорогим и надежным.
Переключатель ступеней нагрузки может быть выполнен любым образом в зависимости от потребности, например, как предложенный в соответствии с первым аспектом переключатель ступеней нагрузки, и/или в виде предлагаемой в соответствии с третьим аспектом установки.
Предпочтительно предусмотрено, что
- второй подвижный контакт отсоединяется от первого неподвижного контакта и контактирует со вторым неподвижным контактом;
- ток нагрузки переключается с главной ветви на вспомогательную ветвь;
- первый подвижный контакт отсоединяется от первого неподвижного контакта и контактирует со вторым неподвижным контактом.
После вхождения в контакт обоих подвижных контактов со вторым неподвижным контактом, ток нагрузки может переключаться с вспомогательной ветви на главную ветвь.
Предпочтительно предусмотрено, что
- первый подвижный контакт отсоединяется от первого неподвижного контакта и контактирует со вторым неподвижным контактом;
- ток нагрузки переключается с вспомогательной ветви на главную ветвь;
- второй подвижный контакт отсоединяется от первого неподвижного контакта и контактирует со вторым неподвижным контактом.
Перед отделением первого подвижного контакта от первого неподвижного контакта и контактированием со вторым неподвижным контактом, ток нагрузки может переключаться с главной ветви на вспомогательную ветвь.
Предпочтительно предусмотрено, что переключение тока нагрузки осуществляется с помощью переключателя и переключательного элемента.
Переключатель предпочтительно выполнен как переключатель в одном из предложенных ступенчатых переключателей. Переключательный элемент предпочтительно выполнен как переключательный элемент в одном из предложенных ступенчатых переключателей.
Предпочтительно предусмотрено, что переключатель приводится в действие лишь когда замкнут переключательный элемент.
Предпочтительно предусмотрено, что
- переключатель содержит первый, второй и третий переключающий контакт и может занимать первое положение, в котором соединены первый и третий переключающий контакт, второе положение, в котором соединены второй и третий переключающий контакт, и шунтирующее положение, в котором соединены переключающие контакты;
- перед перемещением первого подвижного контакта размыкается переключательный элемент, и переключатель занимает второе положение или переключается в это положение,
при этом, в частности, ток нагрузки переключается с главной ветви на вспомогательную ветвь, и/или перед перемещением второго подвижного контакта размыкается переключательный элемент, и переключатель занимает первое положение или переключается в это положение, при этом, в частности, ток нагрузки переключается с вспомогательной ветви на главную ветвь.
Предпочтительно предусмотрено, что
- на этапе а переключательный элемент размыкается или остается разомкнутым или разомкнут, и переключатель занимает первое положение или переключается в это положение;
- на этапе b второй подвижный контакт отсоединяется от первого неподвижного контакта и контактирует со вторым неподвижным контактом;
- на этапе с переключательный элемент замыкается, и вспомогательная ветвь, которая соединяет второй подвижный контакт через ограничивающий ток элемент со вторым переключающим контактом, через переключательный элемент соединяется с главной ветвью, которая соединяет подвижный контакт с первым переключающим контактом;
- на этапе d переключатель переключается в шунтирующее положение;
- на этапе е переключатель переключается во второе положение;
- на этапе f переключательный элемент размыкается, и вспомогательная ветвь с помощью переключательного элемента отделяется от главной ветви;
- на этапе g первый подвижный контакт отсоединяется от первого неподвижного контакта и контактирует со вторым неподвижным контактом;
- на этапе h переключательный элемент замыкается, и вспомогательная ветвь соединяется через переключательный элемент с главной ветвью:
- на этапе i переключатель переключается в шунтирующее положение;
- на этапе j переключатель переключается в первое положение.
Предпочтительно предусмотрено, что
- на этапе k после этапе j размыкается переключательный элемент.
Согласно третьему аспекту изобретения, предлагается электрическая установка, содержащая
- регулировочную обмотку;
- переключатель ступеней  нагрузки, который соединен с регулировочной обмоткой и выполнен как один из предложенных, согласно первому аспекту, ступенчатых переключателей.
Эта установка с небольшим количеством механических переключающих контактов и вакуумных переключающих ламп имеет высокую импульсную прочность и при этом является не дорогой и надежной.
Эта установка может быть выполнена любым образом в зависимости от потребности, например,
- в виде компенсационного дросселя для оказания воздействия на реактивную мощность в сети переменного тока, или в виде трансформатора местной сети или силового трансформатора или регулировочного трансформатора или трансформатора для сдвига фазы, или компенсирующей реактивную мощность установки; и/или
- так, что она содержит по меньшей мере одну или не содержит дополнительной регулировочной обмотки, и/или содержит по меньшей мере один или не содержит дополнительный переключатель ступеней нагрузки, и/или по меньшей мере одну основную обмотку.
С помощью каждого их предложенных переключателей ступеней нагрузки и каждой их предложенных установок можно выполнять, например, один из предложенных способов.
Предпочтительно, каждый из предложенных переключателей ступеней нагрузки может быть выполнен так, и/или служить для того, и/или выполнен для выполнения или обеспечения возможности выполнения одного из предложенных способов. Предпочтительно, каждая из предложенных установок может быть выполнена так, и/или служить для, и/или выполнена для выполнения или обеспечения возможности выполнения одного из предложенных способов.
Указания и пояснения одного из аспектов изобретения, в частности, отдельных признаков этого аспекта, справедливы также аналогичным образом для других аспектов изобретения.
Ниже приводится более подробное пояснение примерных вариантов выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи. Однако следующие из этого отдельные признаки не ограничиваются отдельными вариантами выполнения, а могут объединяться или комбинироваться с другими указанными выше отдельными признаками и/или с отдельными признаками других вариантов выполнения. Подробности на чертежах приведены лишь с целью пояснения и не имеют ограничительного характера. Приведенные в формуле изобретения указания ссылочных позиций не должны ограничивать объем защиты изобретения, а указывают лишь на показанные на чертежах варианты выполнения.
На чертежах изображено:
фиг. 1 - предпочтительный вариант выполнения электрической установки с предпочтительным вариантом выполнения переключателя ступеней нагрузки;
фиг. 2A-K - ход выполнения переключений в переключателе ступеней нагрузки;
фиг. 3A-C - ход выполнения переключений переключателя со вторым средним контактом;
На фиг. 1 схематично показан предпочтительный вариант выполнения электрической установки, которая образует, например, регулировочный трансформатор и которая, например, содержит регулировочную обмотку 20 и выполненный в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения переключатель 1 ступеней нагрузки для безразрывного переключения между ответвлениями n, n+1 регулировочной обмотки 20. Этот переключатель 1 ступеней нагрузки имеет выполненный в соответствии с первым вариантом выполнения переключатель 2 с первым, вторым и третьим переключающим контактом 2.1, 2.2, 2.3 и с подвижным средним контактом 2.4, который соединен с отводом 3 нагрузки установки. Этот переключатель 2 выполнен в виде шунтирующего переключателя 2. Переключатель 2 контактирует в первом положении с первым переключающим контактом 2.1, во втором положении со вторым переключающим контактом 2.2 и в шунтирующем положении с обоими переключающими контактами 2.1, 2.2. При этом он в первом положении соединяет первый и третий переключающий контакт 2.1, 2.3, во втором положении второй и третий переключающий контакт 2.2, 2.3, и в шунтирующем положении первый, второй и третий переключающий контакт 2.1, 2.2, 2.3.
Два неподвижных контакта 4, 5 соединены с согласованными ответвлениями n, n+1 обмотки. При этом количество неподвижных контактов зависит от количества ответвлений обмотки. Каждый неподвижный контакт 4, 5 имеет по меньшей мере две контактные поверхности 4.1, 4,2, 5.1, 5.2. Кроме того, переключатель 1 ступеней  нагрузки имеет по меньшей мере два подвижных контакта 6, 7, каждый из которых может контактировать выборочно по меньшей мере с одним из неподвижных контактов 4, 5. При этом первая контактная поверхность 4.1, 5.1 всегда согласована с первым подвижным контактом 6, а вторая контактная поверхность 4,2, 5.2 всегда согласована со вторыми подвижным контактом 7.
Главная ветвь 8 соединяет первый подвижный контакт 6 с первым переключающим контактом 2.1. Вспомогательная ветвь 9 соединяет второй подвижный контакт 7 со вторым переключающим контактом 2.2 через ограничивающий ток элемент 10. При этом ограничивающий ток элемент 10 может быть выполнен в виде сопротивления, индуктивности (катушки) или варистора. Через переключательный элемент 11, который включен между главной ветвью 8 и вторым переключающим контактом 2,2 (между ограничивающим ток элементом 10 и вторым переключающим контактом 2.2), могут быть соединены друг с другом главная ветвь 8 и вспомогательная ветвь 9. Переключательный элемент 10 предпочтительно выполнен в виде вакуумной переключающей лампы.
На фиг. 2A-2K показан предпочтительный вариант выполнения хода переключения переключателя 1 ступеней нагрузки.
L
На этапе а переключательный элемент 11 размыкается или остается разомкнутым. При этом переключатель 2 принимает первое положение, в котором средний контакт 2.4 контактирует с первым переключающим контактом 2.1, как показано на фиг. 2A. Ток I нагрузки проходит здесь от ответвления n обмотки через главную ветвь 8, т.е. через неподвижный контакт 4 и подвижный контакт 6, к переключателю 2 и тем самым к отводу 3 нагрузки.
На этапе b второй подвижный контакт 7 отделяется от первого неподвижного контакта 4 до тех пор, пока он контактирует со вторым неподвижным контактом 5, как показано на фиг. 2B.
k
На этапе с замыкается переключательный элемент 11, и вспомогательная ветвь 9, которая соединяет второй подвижный контакт 7 с вторым переключающим контактом 2.2 через ограничивающий ток элемент 10, соединяется через переключательный элемент 11 с главной ветвью 8, которая соединяет первый подвижный контакт 6 с первым переключающим контактом 2.1, как показано на фиг. 2C. Поскольку теперь два различных ответвления n и n+1 обмотки соединены с возможностью прохождения электрического тока, то возникает контур тока I, который ограничен с помощью ограничивающего ток элемента 10.
На этапе d переключатель 2 переключается в шунтирующее положение, в котором средний контакт 2.3 контактирует с обоими переключающими контактами 2.1, 2.2, как показано на фиг. 2D.
На этапе е переключатель 2 переключается во второе положение, в котором средний контакт 2.3 контактирует со вторым переключающим контактом 2.2, как показано на фиг. 2E.
k
L
На этапе f переключательный элемент 11 размыкается, и вспомогательная ветвь 9 отделяется от главной ветви 8, как показано на фиг. 2F. Здесь контур тока I прерывается. Ток I нагрузки проходит от ответвления n+1 обмотки через вспомогательную ветвь 9, т.е. через неподвижный контакт 5 и подвижный контакт 7, к переключателю 2 и тем самым к отводу 3 нагрузки.
На этапе g первый подвижный контакт 6 отделяется от первого неподвижного контакта 4 и контактирует со вторым неподвижным контактом 5, как показано на фиг. 2G.
На этапе h переключательный элемент 11 замыкается, и вспомогательная ветвь 9 соединяется с главной ветвью 8 через переключательный элемент 11, как показано на фиг. 2H.
L
Ток I нагрузки проходит теперь от ответвления n+1 обмотки через главную ветвь 8, т.е. через неподвижный контакт 5 и подвижный контакт 6, через переключательный элемент 11 к переключателю 2 и тем самым к отводу 3 нагрузки.
На этапе i переключатель 2 переключается в шунтирующее положение, как показано на фиг. 2I.
L
На этапе j переключатель 2 переключается в первое положение, как показано на фиг. 2J. Ток I нагрузки проходит теперь от ответвления n+1 обмотки через главную ветвь 8, т.е. через неподвижный контакт 5 и подвижный контакт 6, к переключателю 2 и тем самым к отводу 3 нагрузки.
На этапе k, который происходит после этапа j, размыкается переключательный элемент 11.
Поскольку переключательный элемент 11 предпочтительно выполнен в виде вакуумной переключающей лампы, то он в стационарном состоянии предпочтительно замкнут. Для удерживания вакуумной переключающей лампы разомкнутой, необходима соответствующая удерживающая в разомкнутом состоянии сила. Когда переключающая лампа в стационарном состоянии разомкнута, то обеспечивается отсутствие механической нагрузки исполнительного механизма вакуумной переключающей лампы.
На фиг. 3A-3C схематично показан выполненный в соответствии со вторым вариантом выполнения переключатель 2. В этом варианте выполнения переключатель 2 содержит два подвижных средних контакта 2.4, 2.5, которые соединены с третьим переключающим контактом 2.3. При этом шунтирующее положение, показанное на фиг. 3B, достигается за счет того, что первый средний контакт 2.4 контактирует с первым переключающим контактом 2.1, а второй средний контакт 2.5 контактирует со вторым переключающим контактом 2.2.
Перечень позиций
1 Переключатель ступеней нагрузки
2 Переключатель
2.1/2.2/2.3 Первый/второй/третий переключающий контакт переключателя 2
2.4/2.5 Первый/второй подвижный средний контакт переключателя 2
4 Неподвижные контакты
4.1/4.2 Первая/вторая контактная поверхность неподвижных контактов 4
5 Неподвижные контакты
5.1/5.2 Первая/вторая контактная поверхность неподвижных контактов 5
6 Первый подвижный контакт
7 Второй подвижный контакт8 Главная ветвь
9 Вспомогательная ветвь
10 Ограничивающий ток элемент
11 Переключательный элемент
20 Регулировочная обмотка
n, n+1 Ответвление обмотки