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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Untersuchung einer Anzapfungswechseleinrichtung für einen Transformator. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und ein System, bei dem zum Zwecke der Untersuchung der Anzapfungswechseleinrichtung Vibrationssignale und elektrische Signale während eines Umschaltvorgangs der Anzapfungswechseleinrichtung aufgezeichnet werden. Unter einer Anzapfungswechseleinrichtung wird im Rahmen dieser Anmeldung eine Vorrichtung verstanden, mit der unterschiedliche Anzapfungen eines Transformators elektrisch kontaktiert werden können, und die es erlaubt, die kontaktierten Anzapfungen zu wechseln, also von einer Anzapfung auf eine andere umzuschalten. Unter diese Definition fallen sowohl Vorrichtungen, welche zwischen Anzapfungen umschalten, während diese unter Spannung stehen, als auch solche, bei denen die Umschaltung im spannungsfreien Zustand erfolgt. Insbesondere werden unter einer Anzapfungswechseleinrichtung verstanden Laststufenschalter, Lastwähler, Stufenschalter, Umsteller.
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Die internationale Patentanmeldung
PCT/SE97/00402 , veröffentlicht als
WO 97/34161 A1 , beschreibt ein Verfahren zur Überwachung eines Laststufenschalters, bei dem zu einem Schaltvorgang ein Schallsignal aufgezeichnet wird. Das Schallsignal wird gleichgerichtet und eine Einhüllende des Signals ermittelt. Die Einhüllende wird digital abgetastet, und aus einem Vergleich mit einer fest vorgegebenen oder einer beständig aktualisierten Referenzeinhüllenden werden Rückschlüsse über den Zustand des Laststufenschalters gezogen.
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Die veröffentlichte japanische Patentanmeldung
JP 6013248 A beschreibt eine Vorrichtung, bei der ein Schallsignal zu einem Umschaltvorgang eines Laststufenschalters aufgezeichnet und verarbeitet wird, um Fehlfunktionen des Laststufenschalters festzustellen.
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Die Firma zensol bietet mit dem Gerät TAP-4 eine Vorrichtung zur akustischen Analyse eines Laststufenschalters an.
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Die Firma DVpower bietet beispielsweise unter der Bezeichnung RMO-TC und RMO-TD Serien von Messgeräten zur Messung eines Durchgangswiderstands eines Laststufenschalters an. Auch auf diese Weise sind Rückschlüsse über den Zustand des Laststufenschalters möglich.
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Beide genannten Verfahren, die Aufzeichnung eines Vibrationssignals, wie z. B. eines Schallsignals, und die Aufzeichnung eines elektrischen Signals bei der Messung des Durchgangswiderstands lassen jeweils für sich Rückschlüsse auf den Zustand des Laststufenschalters zu, allerdings sind diese Rückschlüsse als sehr begrenzt anzusehen, da sie ohne Zusammenhang zueinander getrennt erfasst werden.
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Beim Umschaltvorgang eines Laststufenschalters, also beim Wechsel einer Transformatoranzapfung, sind zeitweilig zwei Anzapfungen des Transformators kontaktiert. Dies führt zu einem Stromfluss in einem Stromkreis, der von einer ersten kontaktierten Anzapfung über ein Umschaltelement des Laststufenschalters zu einer zweiten kontaktierten Anzapfung, und über Wicklungen des Transformators zurück zur ersten kontaktierten Anzapfung führt. Um den Stromfluss in diesem Stromkreis, welcher nur während des Umschaltvorgangs geschlossen ist, zu begrenzen, sind in diesen Stromkreis Widerstände geschaltet. Die Messung des Durchgangswiderstands des Laststufenschalters bezieht sich auf die Messung des Zeitverlaufs eines Widerstands zwischen Kontakten des Transformators oder des Laststufenschalters, zwischen denen dieser Stromkreis in Reihe geschaltet ist, während des Umschaltvorgangs. Da sich in diesem Stromkreis aber auch Wicklungen des Transformators befinden, welche eine Induktivität darstellen, zeichnen sich auch sprunghafte Änderungen des Widerstands des Stromkreises, wie sie bei Umschaltvorgängen auftreten, nicht als klare Stufen in dem Messsignal für den Durchgangswiderstand ab, sondern als exponentielle Anstiege bzw. Abfälle im Zeitverlauf des Messsignals. Durch diesen exponentiellen Verlauf wird es erschwert, aus dem Messsignal den Zeitpunkt einer Widerstandsänderung, beispielsweise den Zeitpunkt einer Lösung eines bestimmten Kontaktes im Laststufenschalter, zu entnehmen. Hierdurch werden Rückschlüsse auf den Zustand und die eventuelle Wartungsbedürftigkeit des Laststufenschalters erschwert. Eindeutige Signale ergeben sich häufig erst dann, wenn eine Wartung längst überfällig ist; beispielsweise wird ein sich lediglich lockernder Kontakt kaum zu Auffälligkeiten im Messsignal führen, eine deutliche Veränderung des Messsignals ergibt sich erst, wenn der Kontakt nicht mehr geschlossen werden kann.
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Beim Umschaltvorgang eines Laststufenschalters entstehen auch Vibrationssignale. Diese resultieren beispielsweise von den Vorgängen des Öffnens und Schließens eines Kontakts im Laststufenschalter, oder von zwischen Kontakten ausgebildeten Lichtbögen. Die Vibrationssignale können sich beispielsweise als Schall in einem Medium, etwa einem Füllmedium des Transformators oder Laststufenschalters, beispielsweise Öl, ausbreiten, und/oder als Körperschall oder Vibration über Strukturelemente des Laststufenschalters oder Transformators.
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Vibrationssignale beim Öffnen und Schließen eines Kontakts unterscheiden sich etwa je nach Abnutzungsgrad der Kontakte, auch kann die Ausbildung von Lichtbögen zwischen Kontakten durch Verschleißerscheinungen an den Kontakten beeinflusst werden. Ebenso können Vibrationssignale von anderen Komponenten des Laststufenschalters herrühren, und je nach Zustand der Komponenten, also insbesondere je nach Verschleiß, unterschiedlich ausfallen. Es ist so etwa möglich, eine sich lockernde Schraubverbindung festzustellen. Problematisch ist jedoch, dass, selbst bei baugleichen Laststufenschaltern und gleichem auftretenden Fehler, sich bei unterschiedlichen Einbausituationen der Laststufenschalter in Transformatoren verschiedene Zeitverläufe des zugehörigen Vibrationssignals ergeben. Ferner hängt, selbst beim Einbau baugleicher Laststufenschalter in baugleiche Transformatoren, das Vibrationssignal von der Position am Transformator ab, an welchem der Sensor zur Erfassung des Vibrationssignals angebracht ist. Das auf Vibrationssignalen basierende Verfahren ist somit in erster Linie für vergleichende Messungen an ein und demselben Laststufenschalter geeignet. Die Zuordnung der Vibrationssignale zu bestimmten Phasen und Ereignissen im Schaltablauf eines Umschaltvorgangs ist ferner nur schwer möglich.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem eine Anzapfungswechseleinrichtung für einen Transformator zuverlässig untersucht werden kann. Insbesondere soll der Wartungsbedarf einer Anzapfungswechseleinrichtung verlässlich beurteilt werden können.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1.
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Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein System für die zuverlässige Untersuchung einer Anzapfungswechseleinrichtung für einen Transformator und insbesondere für die verlässliche Beurteilung des Wartungsbedarfs der Anzapfungswechseleinrichtung bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein System gemäß Anspruch 8.
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Analog wie oben in Zusammenhang mit dem Stand der Technik für einen Laststufenschalter erläutert, können für andere Arten von Anzapfungswechseleinrichtungen Vibrationssignale zu einem Umschaltvorgang aufgezeichnet und ausgewertet werden. Gleiches gilt für elektrische Signale. Bei Anzapfungswechseleinrichtungen welche unter Last schalten, also bei unter Spannung stehenden Anzapfungen, können elektrische Signale beispielsweise auf Grundlage der durch die im Betrieb durch die Anzapfungswechseleinrichtung fließenden Ströme gewonnen werden. Bei Anzapfungswechseleinrichtungen, die lastfrei schalten, können zum Zwecke der Untersuchung Ströme durch elektrisch leitende Elemente der Anzapfungswechseleinrichtung geleitet werden. Letzteres ist auch für Anzapfungswechseleinrichtungen möglich, welche unter Last schalten, insbesondere dann, wenn diese zum Zwecke der Untersuchung außer Betrieb genommen worden sind.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Untersuchung einer Anzapfungswechseleinrichtung werden wenigstens ein Vibrationssignal und wenigstens ein elektrisches Signal während eines Umschaltvorgangs der Anzapfungswechseleinrichtung aufgezeichnet. Die Aufzeichnung des wenigstens einen Vibrationssignals und des wenigstens einen elektrischen Signals erfolgt dabei gleichzeitig und bezogen auf eine gemeinsame Zeitbasis, so dass also die zeitliche Beziehung von Signalwerten zueinander nicht nur innerhalb jeweils des wenigstens einen Vibrationssignals und des wenigstens einen elektrischen Signals bekannt ist, sondern auch zwischen dem wenigstens einen Vibrationssignal und dem wenigstens einen elektrischen Signal. Die aufgezeichneten elektrischen Signale und die aufgezeichneten Vibrationssignale werden dann einer Analyseeinheit zugeführt, mittels der sie mit vorgegebenen Merkmalen verglichen werden.
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Es ist für den Fachmann selbstverständlich, dass bei der Aufzeichnung des wenigstens einen elektrischen Signals und/oder des wenigstens einen Vibrationssignals sowie auch bei der Zuführung dieser Signale zur Analyseeinheit Signalumwandlungen stattfinden können. So kann beispielsweise auch das Vibrationssignal in Form elektrischer Impulse der Analyseeinheit zugeführt werden, sowohl das aufgezeichnete Vibrationssignal als auch das aufgezeichnete elektrische Signal können beispielsweise digitalisiert werden. Dennoch wird im Weiteren stets von einem Vibrationssignal gesprochen, welches aus der Erfassung einer mechanischen Vibration, beispielsweise Schall, Körperschall oder Vibration von Strukturelementen, wie oben bereits erwähnt, entsteht, und von einem elektrischen Signal, welches aus der Messung einer elektrischen Größe, wie etwa einer Spannung, einer Stromstärke oder eines Widerstands resultiert.
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Bei den vorgegebenen Merkmalen handelt es sich um Merkmale der Zeitverläufe des Vibrationssignals bzw. elektrischen Signals, welche für definierte Fehler in der Anzapfungswechseleinrichtung oder für ein fehlerfreies Arbeiten der Anzapfungswechseleinrichtung charakteristisch sind.
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Die Merkmale definierter Fehler können empirisch und je nach Art des Fehlers auch basierend auf einem theoretischen Modell der Anzapfungswechseleinrichtung gewonnen werden. Die Merkmale für fehlerfreies Arbeiten der Anzapfungswechseleinrichtung können für jede Anzapfungswechseleinrichtung, die neu produziert oder die überholt wurde, aus dann aufgezeichneten elektrischen Signalen und Vibrationssignalen ermittelt werden. Um der bereits erwähnten Abhängigkeit der Vibrationssignale von der Einbausituation der Anzapfungswechseleinrichtung und der Position eines Vibrationssensors am Transformator Rechnung zu tragen, kann die Aufzeichnung der elektrischen Signale und der Vibrationssignale nach Einbau der Anzapfungswechseleinrichtung in ein Transformatorgehäuse erfolgen, wobei ein zur Erfassung der Vibrationssignale verwendeter Vibrationssensor an einer definierten Position am Transformator, welche auch bei späteren Signalaufzeichnungen zur Überwachung der Anzapfungswechseleinrichtung beibehalten wird, angebracht ist.
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Die vorgegebenen Merkmale können sich auf einen bestimmten Bautyp einer Anzapfungswechseleinrichtung, auf einen bestimmten Bautyp in einer bestimmten Einbausituation, auf ein bestimmtes Exemplar einer Anzapfungswechseleinrichtung, oder auch auf das bestimmte Exemplar in einer bestimmten Einbausituation beziehen. Dabei kann in jedem der genannten Fälle auch noch die spezifische Art der Aufzeichnung der elektrischen Signale und/oder der Vibrationssignale berücksichtigt werden, insbesondere die bereits erwähnte Positionierung des Vibrationssensors.
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Durch das gleichzeitige Aufzeichnen des wenigstens einen Vibrationssignals und des wenigstens einen elektrischen Signals hat man zunächst den Vorteil, die Stärken beider Verfahren ausnutzen zu können. Es kann also beispielsweise aufgrund des Vibrationssignals eine bevorstehende unerwünschte Kontaktunterbrechung durch eine sich lockernde Verbindung festgestellt werden, welche allein aus dem elektrischen Signal nicht detektierbar wäre.
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Durch den Bezug des aufgezeichneten Vibrationssignals und des aufgezeichneten elektrischen Signals auf eine gemeinsame Zeitbasis ist darüberhinaus jedoch eine zeitlich eindeutige Zuordnung zwischen einzelnen Signalwerten im Zeitverlauf der Signale, und damit insbesondere von Auffälligkeiten in dem Vibrationssignal und dem elektrischen Signal, zueinander, möglich. Durch diese zusätzlich bereitstehende Information gibt es mehr Ansatzpunkte für einen Vergleich der aufgezeichneten Signale mit vorgegebenen Merkmalen in der Analyseeinheit, so dass eine Beurteilung des Zustands einer gegebenen Anzapfungswechseleinrichtung zuverlässiger möglich ist als nach dem Stand der Technik oder auch aufgrund einer bloßen Kombination der Verfahren nach dem Stand der Technik. Insbesondere ist es durch den Bezug auf eine gemeinsame Zeitbasis möglich, dass die vorgegebenen Merkmale zeitliche Beziehungen zwischen den Zeitverläufen des elektrischen Signals und des Vibrationssignals umfassen.
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Die vorgegebenen Merkmale können ebenso aufgezeichnete Vibrationssignale und/oder elektrische Signale umfassen, welche bestimmten Zuständen einer Anzapfungswechseleinrichtung entsprechen, beispielsweise einem fehlerfreien Zustand oder einem Zustand, in dem ein definierter Fehler vorliegt. Eine Weiterverarbeitung der aufgezeichneten Vibrationssignale und/oder elektrischen Signale ist ebenfalls denkbar. Die Weiterverarbeitung kann dazu dienen, aus den aufgezeichneten elektrischen Signalen und/oder Vibrationssignalen vorgegebene Merkmale für zukünftige Untersuchungen einer Anzapfungswechseleinrichtung zu bilden. Die Weiterverarbeitung kann auch dazu dienen, bei einer Untersuchung aufgezeichnete elektrische Signale und/oder Vibrationssignale für einen Vergleich mit vorgegebenen Merkmalen geeignet aufzubereiten. Beispielsweise können Frequenzfilter auf die aufgezeichneten Signale angewendet werden, oder es können aus den Signalen Kenngrößen ermittelt werden, welche vorgegebenen Merkmalen entsprechen, etwa eine bereits erwähnte zeitliche Beziehung zwischen den Zeitverläufen eines elektrischen Signals und eines Vibrationssignals.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise jeweils nach bestimmten Zeitintervallen zur Untersuchung einer gegebenen Anzapfungswechseleinrichtung durchgeführt werden. Ebenso ist es mit Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, eine Anzapfungswechseleinrichtung bei jedem Umschaltvorgang zu überwachen.
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Das wenigstens eine Vibrationssignal wird vorteilhaft mit mindestens einem Mikrofon oder mit mindestens einem Beschleunigungssensor aufgezeichnet. Auch Kombinationen aus mindestens einem Mikrofon und mindestens einem Beschleunigungssensor können eingesetzt werden.
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Das wenigstens eine elektrische Signal resultiert bevorzugt aus der Messung eines Durchgangswiderstands der Anzapfungswechseleinrichtung. Zur Ermittlung des Durchgangswiderstands wird in Ausführungsformen zumindest eine Stromstärke oder zumindest eine Spannung gemessen, die jeweils andere Größe, also Spannung bzw. Stromstärke, wird vorgegeben, oder es werden sowohl Stromstärke als auch Spannung gemessen.
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In Ausführungsformen des Verfahrens ist zumindest ein Teil der vorgegebenen Merkmale in einer Datenbank abgespeichert. Die Datenbank kann dabei lokal am Ort einer zu untersuchenden Anzapfungswechseleinrichtung vorhanden oder über ein Netzwerk, beispielsweise das Internet, erreichbar sein. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass die Datenbank in regelmäßigen Abständen und/oder anlassbezogen aktualisiert wird. Wenn etwa eine Anzapfungswechseleinrichtung überholt worden ist und sich somit in einem fehlerfreien Zustand befindet, so können entsprechende Vibrationssignale und elektrische Signale zu Umschaltvorgängen der Anzapfungswechseleinrichtung aufgezeichnet und in der Datenbank abgespeichert werden. Vor dem Abspeichern können die Signale verarbeitet werden, um in einer für einen Vergleich mit bei Untersuchungen einer Anzapfungswechseleinrichtung aufgezeichneten elektrischen Signalen und Vibrationssignalen geeigneten Form in der Datenbank vorzuliegen. Ebenso können die bei einer Untersuchung aufgezeichneten elektrischen und/oder Vibrationssignale, gegebenenfalls geeignet aufbereitet, in der Datenbank abgespeichert werden, um Veränderungen einer gegebenen Anzapfungswechseleinrichtung zu dokumentieren.
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Das erfindungsgemäße System zur Untersuchung einer Anzapfungswechseleinrichtung weist mindestens einen Vibrationssensor zur Erfassung eines Vibrationssignals auf. Bei dem Vibrationssensor kann es sich beispielsweise um ein Mikrofon oder einen Beschleunigungssensor handeln. Das erfindungsgemäße System umfasst ferner eine Einrichtung zur Messung eines elektrischen Widerstands. Erfindungsgemäß ist eine Kontrolleinheit vorgesehen, welche eine gemeinsame Zeitbasis für die Erfassung des Vibrationssignals und die Messung des elektrischen Widerstands definiert. Die Kontrolleinheit kann darüberhinaus die Aufzeichnung von elektrischen Signalen und/oder Vibrationssignalen durch das System steuern, insbesondere kann die Kontrolleinheit die Aufzeichnung der elektrischen Signale und/oder Vibrationssignale nach Erhalt eines Triggersignals auslösen. Ein solches Triggersignal kann beispielsweise durch einen Sensor geliefert werden, welcher einen Stromfluss in der Stromzuführung zu einem Stellmotor der Anzapfungswechseleinrichtung detektiert, wobei der Stellmotor einen Antrieb für Umschaltvorgänge in der Anzapfungswechseleinrichtung darstellt.
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Darüberhinaus umfasst das System eine Analyseeinheit zur Durchführung eines Vergleichs der aufgezeichneten Vibrationssignale und elektrischen Signale mit vorgegebenen Merkmalen, wobei diese Merkmale von der bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren definierten Art sind. Die vorgegebenen Merkmale können in einer Datenbank abgespeichert sein. Die Datenbank bildet dabei einen Teil des Systems.
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Ferner kann das System eine Spannungsquelle umfassen, um zur Untersuchung von Anzapfungswechseleinrichtungen einen Strom durch elektrisch leitende Elemente der Anzapfungswechseleinrichtung zu treiben.
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Das System kann am Ort einer Anzapfungswechseleinrichtung, beispielsweise in einem Kraftwerk oder einem Umspannwerk, fest installiert sein. Es ist aber auch denkbar, dass Bestandteile des Systems zu einem mobilen, insbesondere einem tragbaren, Gerät zusammengefasst sind. So können beispielsweise die Analyseeinheit, die Kontrolleinheit, und die Einrichtung zur Messung eines elektrischen Widerstands und optional auch die Spannungsquelle in einem Gerät zusammengefasst sein. Zur Messung des elektrischen Widerstands wird das Gerät beispielsweise durch Kabel mit Anschlüssen des Transformators oder der Anzapfungswechseleinrichtung verbunden. Zur Aufzeichnung des Vibrationssignals ist dem Gerät entweder wenigstens ein Vibrationssensor beigefügt, oder lediglich ein Anschluss für wenigstens einen Vibrationssensor, während die Vibrationssensoren selbst als Bestandteile des Systems am jeweiligen Ort der zu untersuchenden Anzapfungswechseleinrichtungen vorhanden sind. Die Datenbank kann dabei in einem Speichermedium des Geräts vorhanden oder vom Gerät über ein Datennetzwerk, etwa das Internet, kontaktierbar sein.
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Im Folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Laststufenschalters in Zusammenwirkung mit einer Wicklung eines Transformators.
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2 eine schematische Darstellung eines Systems zur Untersuchung eines Laststufenschalters, wobei das System an einen Transformator angeschlossen ist.
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In den Zeichnungen werden für gleiche oder gleich wirkende Elemente identische Bezugszeichen verwendet. Obwohl sich die Zeichnungen auf eine Anzapfungswechseleinrichtung beziehen, welche ein Laststufenschalter ist, ist dies nicht als eine Beschränkung der Erfindung aufzufassen.
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1 zeigt einen Laststufenschalter 8, welcher mit einer Wicklung 10 eines Transformators zusammenwirkt. Die Transformatorwicklung 10 weist eine Vielzahl von Anzapfungen auf, gezeigt sind drei Anzapfungen 31, 32 und 33. Die Anzapfungen 31, 32, 33 werden bei einem Umschaltvorgang des Laststufenschalters 8 durch Kontaktelemente 21, 22, 23 in einer bestimmten zeitlichen Reihenfolge kontaktiert. In der Darstellung sind die Kontaktelemente 21, 22, 23 schematisch als Schalter gezeigt, was jedoch nicht als Einschränkung der Erfindung aufgefasst werden soll. Dem Fachmann sind unterschiedliche Möglichkeiten der Ausgestaltung von Kontaktelementen für Anzapfungen von Transformatorwicklungen bekannt. Zum Abgriff einer Spannung an der Transformatorwicklung 10 sind die Transformatorkontakte 11 und 12 vorgesehen. Der Transformatorkontakt 12 ist dabei elektrisch leitend mit einem Umschaltelement 50 des Laststufenschalters 8 verbunden. Dem Fachmann sind unterschiedliche Ausgestaltungen von Umschaltelementen für Laststufenschalter bekannt. In der schematischen Darstellung der 1 ist das Umschaltelement 50 ein Kontakt, welcher in einer Richtung 55 und entgegengesetzt dazu bewegt werden kann. Wird das Umschaltelement 50 in der Richtung 55 bewegt, so wird zunächst die elektrisch leitende Verbindung mit dem Kontakt 51 gelöst, dann eine elektrisch leitende Verbindung mit dem Kontakt 53 hergestellt, als nächstes die elektrisch leitende Verbindung mit dem Kontakt 52 gelöst und schließlich eine elektrisch leitende Verbindung mit dem Kontakt 54 hergestellt.
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Zwischen den Kontakt 51 und den Kontakt 52 ist ein erster Schaltwiderstand 41 geschaltet. Zwischen den Kontakt 53 und 54 ist ein zweiter Schaltwiderstand 42 geschaltet. Ist durch das Umschaltelement 50 sowohl der Kontakt 51 als auch 52 kontaktiert, so ist der erste Schaltwiderstand 41 kurzgeschlossen. Ist durch das Umschaltelement 50 sowohl der Kontakt 53 als auch der Kontakt 54 kontaktiert, so ist der zweite Schaltwiderstand 42 kurzgeschlossen. Sind durch das Umschaltelement 50 sowohl der Kontakt 52 als auch der Kontakt 53 kontaktiert, was nach der vorstehend geschilderten Abfolge des Lösens und Herstellens elektrisch leitender Verbindungen bei Bewegung des Umschaltelements 50 bedeutet, dass dann weder der Kontakt 51 noch der Kontakt 54 durch das Umschaltelement 50 kontaktiert sind, so fließt Strom sowohl durch den ersten Schaltwiderstand 41 als auch durch den zweiten Schaltwiderstand 42.
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Durch die Bewegung des Umschaltelements 50 in die Richtung 55 oder entgegengesetzt dazu wird eine unterbrechungsfreie Bereitstellung einer Spannung zwischen den Transformatorkontakten 11 und 12 bei einem Wechsel der aktiven Anzapfung 31, 32, 33, also der Anzapfung 31, 32, 33, über die durch ein Kontaktelement 21, 22, 23 jeweils eine Spannung abgegriffen wird, gesichert. In der Darstellung der 1 ist das Kontaktelement 21 mit der Anzapfung 31 in elektrisch leitender Verbindung, die Kontaktelemente 22, 23 sind nicht mit den entsprechenden Anzapfungen 32, 33 in elektrisch leitender Verbindung. Soll nun durch den Stufenschalter 8 beispielsweise von der Anzapfung 31 auf die Anzapfung 32 umgeschaltet werden, so geschieht dies wie folgt: Das Kontaktelement 22 stellt eine elektrisch leitende Verbindung mit der Anzapfung 32 her. Daraufhin bewegt sich das Umschaltelement 50 derart in der Richtung 55, dass die Verbindung mit Kontakt 51 gelöst und mit Kontakt 53 hergestellt wird, nicht jedoch auch mit Kontakt 54. Es sind nun sowohl die Anzapfung 31 und 32 aktiv, und aufgrund der unterschiedlichen Spannungen an den Anzapfungen 31 und 32 fließt ein Strom in einem Stromkreis, welcher von der Anzapfung 31, durch den ersten Schaltwiderstand 41, über das Umschaltelement 50, durch den zweiten Schaltwiderstand 42, zur Anzapfung 32 und über einen Teil der Transformatorwicklung 10 zurück zur Anzapfung 31 führt. Die Bedeutung der Schaltwiderstände 41 und 42 liegt darin, den in diesem Stromkreis fließenden Strom zu begrenzen. Als nächstes wird das Umschaltelement 50 weiter in der Richtung 55 bewegt, so dass die Verbindung zwischen Umschaltelement 50 und Kontakt 52 gelöst, und eine Verbindung zwischen dem Umschaltelement 50 und dem Kontakt 54 hergestellt wird. Der zweite Schaltwiderstand 42 ist dann kurzgeschlossen. Schließlich wird die Verbindung zwischen Kontaktelement 21 und Anzapfung 31 gelöst; die Anzapfung 32 ist dann die einzige aktive Anzapfung.
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Bei einer Bewegung des Umschaltelements 50 in der zur Richtung 55 entgegengesetzten Richtung kann entsprechend die aktive Anzapfung von der Anzapfung 32 auf die Anzapfung 31 oder auf die Anzapfung 33 gewechselt werden.
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Aufgrund der vorstehenden Schilderung eines Umschaltvorgangs im Laststufenschalter ist offensichtlich, dass sich im Verlauf eines Umschaltvorgangs der Durchgangswiderstand zwischen dem Transformatorkontakt 11 und dem Transformatorkontakt 12 ändert. Aus der Messung dieses Verlaufs des Durchgangswiderstands sind Rückschlüsse auf den Verlauf des Umschaltvorgangs möglich. Damit kann insbesondere das Lösen und Herstellen von elektrisch leitenden Verbindungen des Umschaltelements 50 mit den Kontakten 51, 52, 53, 54, sowie auch die Kontaktierung von Anzapfungen 31, 32, 33 mit den jeweiligen Kontaktelementen 21, 22, 23 überwacht werden.
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Ebenso entstehen bei der Bewegung des Umschaltelements 50, dem Lösen und Herstellen von elektrisch leitenden Verbindungen des Umschaltelements 50 mit den Kontakten 51, 52, 53, 54, sowie auch bei der Kontaktierung von Anzapfungen 31, 32, 33 mit den jeweiligen Kontaktelementen 21, 22, 23 mechanische Vibrationen, welche sich als Schall in einer Füllsubstanz des Laststufenschalters, beispielsweise Öl, und auch über Strukturelemente des Laststufenschalters oder eines mit dem Laststufenschalter verbundenen Transformators ausbreiten können. Eine weitere Schallquelle können Lichtbögen sein, welche sich bei Umschaltvorgängen des Laststufenschalters 8 beispielsweise zwischen dem Umschaltelement 50 und einem der Kontakte 51, 52, 53, 54 oder zwischen Schaltelementen 21, 22, 23 und Anzapfungen 31, 32, 33 bilden können. Der gleichwie erzeugte Schall kann als Vibrationssignal aufgezeichnet werden, und lässt ebenfalls Rückschlüsse auf einen Umschaltvorgang des Laststufenschalters 8 zu.
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Der hier schematisch gezeigte Laststufenschalter 8 stellt einen möglichen Typ eines Laststufenschalters dar, der zu diesem Typ eines Laststufenschalters gehörende Umschaltvorgang wurde vorstehend beschrieben. Dem Fachmann ist bekannt, dass es auch Laststufenschalter anderer Konfiguration gibt, die sich auch im Umschaltvorgang unterscheiden. Auch bei diesen anderen Konfigurationen ergeben sich Vibrationssignale während eines Umschaltvorgangs, und es treten Veränderungen des Durchgangswiderstands bei einem Umschaltvorgang auf. Die Erfindung ist offensichtlich nicht auf die in 1 gezeigte Ausführungsform eines Laststufenschalters beschränkt.
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2 zeigt schematisch einen Transformator 1, in welchem ein Laststufenschalter 8 verbaut ist, sowie eine Ausführungsform eines Systems 2 zur Untersuchung des Laststufenschalters 8. An einem Gehäusebereich 7 des Transformators 1 ist als Teil des Systems 2 ein Vibrationssensor 4 angebracht, der mit einem Gerät 3 verbunden ist, durch welches ein von dem Vibrationssensor 4 erfasstes Vibrationssignal aufzeichenbar ist. Transformatorkontakte 11 und 12 sind elektrisch leitend mit dem Gerät 3 verbunden, so dass eine Einrichtung 5 zur Messung eines elektrischen Widerstands den Durchgangswiderstand zwischen den Transformatorkontakten 11 und 12 ermitteln kann. Dieser Durchgangswiderstand ändert sich bei einem Umschaltvorgang des Laststufenschalters 8, wie es etwa im Zusammenhang mit der 1 dargelegt worden ist. Der Verlauf des Durchgangswiderstands kann ebenfalls durch das Gerät 3 aufgezeichnet werden. Im Gerät 3 ist ferner eine Kontrolleinheit 6 vorgesehen, welche eine Zeitbasis definiert und sicherstellt, dass sowohl die Aufzeichnung des Verlaufs des Durchgangswiderstands, also eines elektrischen Signals, als auch des Verlaufs des Vibrationssignals bezogen auf diese Zeitbasis erfolgen.
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Eine Analyseeinheit 9, welche einen Vergleich der aufgezeichneten Vibrationssignale und elektrischen Signale mit vorgegebenen Merkmalen durchführt, ist ebenfalls in dem Gerät 3 vorgesehen. Dabei sind diese vorgegebenen Merkmale für definierte Fehler in dem Laststufenschalter 8 oder für ein fehlerfreies Arbeiten des Laststufenschalters 8 charakteristisch. Die vorgegebenen Merkmale können dabei in einer Datenbank 100 abgespeichert sein. Diese Datenbank 100 kann etwa lokal in dem Gerät 3 vorhanden sein oder über ein Datennetz abgefragt werden. In der Ausführungsform der Darstellung umfasst das System 2 zur Untersuchung eines Laststufenschalters 8 den Vibrationssensor 4, das Gerät 3 mit der Einrichtung 5 zur Messung eines elektrischen Widerstands, der Kontrolleinheit 6 und der Analyseeinheit 9, die Datenbank 100, sowie die Anschlusskabel 61 zwischen Gerät 3 und Transformatorkontakten 11, 12, sowie das Kabel 62 zwischen Vibrationssensor 4 und Gerät 3. Das System kann außerdem noch eine Spannungsquelle 15 umfassen, um zum Zwecke der Untersuchung des Laststufenschalters 8 einen Strom durch elektrisch leitende Elemente des Laststufenschalters 8 zu treiben. Die Spannungsquelle 15 kann auch in das Gerät 3 integriert sein.
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Das Gerät 3 kann tragbar ausgebildet sein, wobei der Vibrationssensor 4 entweder mit dem Gerät 3 mitgeführt wird, oder aber bei jedem Transformator 1, für den ein Laststufenschalter 8 untersucht werden soll, an einer fixierten Position verbleibt. In solch einem Fall umfasst das System 2 in der Regel zu einem Gerät 3 eine Vielzahl von Vibrationssensoren 4. In einer Weiterbildung ist es auch möglich, dass zur Aufzeichnung von Vibrationssignalen zu einem Laststufenschalter 8 mehr als ein Vibrationssensor 4 verwendet wird.
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In anderen Ausführungsformen sind die Einrichtung 5 zur Messung eines elektrischen Widerstands, die Kontrolleinheit 6 und die Analyseeinheit 9 lokal am Aufstellungsort des jeweiligen Laststufenschalters 8 vorgesehen. Hierbei ist dann auch mindestens ein Vibrationssensor 4 am Aufstellungsort des Laststufenschalters 8 vorhanden. Ebenso kann eine Vorrichtung zur Aufzeichnung eines Vibrationssignals und des Durchgangswiderstands am Aufstellungsort des Laststufenschalters 8 vorhanden sein. Gleiches gilt für die Spannungsquelle 15.
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In der 2 wird der Transformator 1 an zwei Transformatorkontakten 11, 12 kontaktiert, um mit der Einrichtung 5 einen elektrischen Widerstand zu messen. Dem Fachmann ist hier klar, dass im Falle mehrphasiger Transformatoren der Transformator auch an mehr als zwei Transformatorkontakten kontaktiert werden kann.
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Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben. Es ist für einen Fachmann jedoch offensichtlich, dass Änderungen und Abwandlungen an den Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- SE 97/00402 [0002]
- WO 97/34161 A1 [0002]
- JP 6013248 A [0003]
