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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Transformator, aufweisend: ein Transformatorgehäuse, einen Aktivteil, der mindestens einen Transformatorkern und mindestens eine Transformatorwicklung, die innerhalb des Transformatorgehäuses angeordnet sind, aufweist, und mindestens einen Stufenschalter zur Regelung der Spannung durch Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen des Transformators.
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Derartige Transformatoren sind bekannt. Sie weisen zumeist einen Stufenschalter zu Regelung der Spannung auf, der aus einem Schalter und einem Motorantrieb gebildet ist. Der Schalter wird dabei über einen außerhalb des Transformatorgehäuses angeordneten Motorantrieb angetrieben.
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Der Begriff „Transformator“ steht hier stellvertretend für elektromagnetische Einrichtungen, welche in einem Gehäuse eingebaut und mit einem Stufenschalter versehen sind. Dies können z.B. auch „regelbare Drosselspulen“ (variable shunt reactors) zur Blindleistungskompensation sein.
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Der Begriff „Stufenschalter“ bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen der Regelwicklung eines Transformators und besteht aus der eigentlichen Spannungsregeleinheit, in welcher der Schaltvorgang stattfindet, und einer einen Elektromotor umfassenden Antriebseinheit. Diese Antriebseinheit wird in der Literatur auch Motorantrieb genannt.
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Der Antrieb kann dabei über ein metallisches Antriebsgestänge erfolgen. Dabei kann vorgesehen sein, dass eine vertikale Antriebswelle am Motorantrieb über ein Winkelgetriebe mit einer horizontalen Antriebswelle verbunden ist. Dabei wirkt die horizontale Antriebswelle über eine obere Getriebestufe mit dem Schalter zusammen. Die obere Getriebestufe befindet sich auf einem außerhalb des Transformatorgehäuses gelegenen Schalterkopf.
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Alternativ ist auch bekannt, einen Motorantrieb direkt auf dem Schalterkopf anzuordnen.
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In diesen Transformatoren des Standes der Technik findet mithin eine mechanische Kraftübertragung vom außerhalb des Transformatorgehäuses angeordneten Motorantrieb zum innerhalb des Transformatorgehäuses angeordneten Schalter statt. Eine solche Kraftübertragung ist anfällig für Störeinflüsse, die außerhalb des Transformatorgehäuses in der Umgebung auftreten können.
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Weiterhin ist in diesen Transformatoren des Standes der Technik eine mechanische Verbindung des Schalters mit dem Transformatorgehäuse vorgesehen. Dies ist notwendig, um den außerhalb des Transformatorgehäuses angeordneten Motorantrieb mit dem innerhalb des Gehäuses angeordneten Schalter zusammenwirken zu lassen. Allerdings ist auch diese Art der mechanischen Verbindung störanfällig gegen Störeinflüsse aus der Umgebung des Transformators. Sie erhöht ebenso die Anforderungen an die Konstruktion des Transformatorgehäuses und ist bauraumaufwendig.
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Schließlich werden Öltransformatoren traditionell zumeist für einen Betrieb innerhalb der in IEC 60076-2 festgelegten Temperaturgrenzwerte ausgelegt. Neue alternative Isolierfluide eröffnen hier die Möglichkeit, höhere Temperaturen zu nutzen. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auf die Norm IEEE 1276 verwiesen. Diese höheren Betriebstemperaturen bewirken eine erhöhte thermische Belastung der im Stufenschalter verbauten Antriebsbaugruppen sowie der zunehmend zum Einsatz kommenden Mess- und Steuerelemente.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht mithin darin, einen Transformator bereitzustellen, welcher störunanfällig und bauraumsparend konstruiert ist und ferner den erweiterten thermischen Anforderungen entspricht.
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Erfindungsgemäß ist hierzu der Stufenschalter freitragend mittels mindestens einer Konsole am Aktivteil des Transformators befestigt.
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Dies hat weiterhin den Vorteil, dass der Stufenschalter nunmehr direkt mit dem Aktivteil des Transformators verbunden ist. Dies geschieht auf eine freitragende Weise. Eine mechanische Verbindung des Stufenschalters mit dem Transformatorgehäuse kann also vollständig entfallen. Das Transformatorgehäuse kann nun einfach konstruiert werden. Es ergeben sich keine störanfälligen mechanischen Verbindungen zwischen dem Stufenschalter und dem Transformatorgehäuse.
Weiterhin ergeben sich durch die Unabhängigkeit vom Transformatorgehäuse erweiterte Möglichkeiten für einen modularen Aufbau des Stufenschalters.
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Hierbei ist bevorzugt, dass der Stufenschalter mindestens eine Antriebseinheit aufweist, die innerhalb des Transformatorgehäuses angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass auch eine mechanische Kraftübertragung von außerhalb des Transformatorgehäuses nach innerhalb des Transformatorgehäuses entfallen kann. Die Störanfälligkeit eines außerhalb des Transformatorgehäuses angeordneten Motorantriebs ist damit beseitigt. Auch ist eine bauraumsparende Konstruktion ermöglicht: sämtliche Komponenten des Stufenschalters sind innerhalb des Transformatorgehäuses aufgenommen.
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Bevorzugt ist die Antriebseinheit des Stufenschalters mittels einer Montageeinrichtung trennbar an der Spannungsregeleinheit befestigt.
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Bevorzugt weist der Stufenschalter eine Spannungsregeleinheit auf, wobei die Antriebseinheit demontierbar mittels einer Montageeinrichtung an der Spannungsregeleinheit montiert ist. Der Vorteil dieser Lösung ist die Möglichkeit der nachträglichen Montage der Antriebseinheit nach dem Trocknungsprozess des Aktivteiles, um die Einwirkung der hohen Trockentemperaturen des Trocknungsprozesses und der beim Trockenprozess verwendeten Lösungsmittel auf die Antriebseinheit zu vermeiden.
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Die im Transformatorenbau verwendeten hygroskopischen Isolierstoffe absorbieren die Feuchtigkeit von der umgebenden Atmosphäre. Um die erforderlichen elektrischen Eigenschaften der Isolation zu gewährleisten, wird vor dem Einbau des Aktivteiles des Transformators in das Transformatorgehäuse die Feuchtigkeit des Aktivteiles des Transformators mittels spezieller Trocknungsanlagen entfernt. Dabei kommt bevorzugt die Vapour-Phase-Trocknung zum Einsatz. Dabei ist der Aktivteil höheren Temperaturen ausgesetzt als beim späteren Betrieb des Transformators. Weiterhin kommen Lösungsmittel (z. B. Kerosin) zum Einsatz.
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Bei einer erfindungsgemäß innerhalb des Transformatorgehäuses angeordneten Antriebseinheit des Stufenschalters und der Befestigung der Antriebseinheit am Aktivteil des Transformators ist die Antriebseinheit direkt der Trocknungstemperatur und den beim Trockenprozess eingesetzten Lösungsmitteln ausgesetzt. Um diesen Einfluss zu vermeiden, ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, die Antriebseinheit und/oder sensible Mess- und Steuerelemente der Antriebseinheit demontierbar von der eigentlichen Spannungsregeleinheit auszuführen und erst nach dem Trocknungsprozess an den Stufenschalter zu montieren.
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Somit bleibt die Spannungsregeleinheit mit ihrer Vielzahl der zu den Anzapfungen der Transformatorwicklung führenden Stromleitern fest am Aktivteil befestigt, während die Antriebseinheit des Stufenschalters erst nach dem Trocknungsprozess an den Stufenschalter montiert wird.
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Dies hat weiterhin den Vorteil, dass die Antriebseinheit leicht zu Wartungs- und Reparaturzwecken demontiert und ausgetauscht werden kann. Der Stufenschalter ist modular aufgebaut. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Montageeinrichtung als Rasteinrichtung ausgebildet ist. Die Rasteinrichtung ermöglicht eine Steckverbindung zwischen der Spannungsregeleinheit und der Antriebseinheit. Dabei kann es vorteilhaft sein, eine Aufnahme und einen Anschlag der Antriebseinheit an der Spannungsregeleinheit vorzusehen. Dies gewährleistet einen sicheren Halt der Antriebseinheit an der Spannungsregeleinheit. Zusätzlich ist es bevorzugt, Führungsbolzen zur sicheren Verbindung zwischen der Antriebseinheit und der Spannungsregeleinheit vorzusehen.
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Um die Montage der Antriebseinheit sowie deren elektrischen Anschluss zu vereinfachen, sind die elektrischen Verbindungen zur Versorgung der Antriebseinheit bevorzugt als Steckverbindung ausgeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform sind dabei die Steckverbindungen in die Führungsbolzen der Montageeinrichtung integriert.
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Vorzugsweise ist die Antriebseinheit mit einem Servomotor bestückt, welcher mit Mitteln zur Kontrolle der Winkelposition der Motorwelle ausgestattet ist.
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Die innerhalb des Transformatorgehäuses befindliche Isolierflüssigkeit des Transformators kühlt zugleich die Antriebseinheit.
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Weiter ist dabei bevorzugt, dass die Antriebseinheit unterhalb der Spannungsregeleinheit angeordnet ist. Während des Betriebes des Transformators kommt es zur Erwärmung der Isolierflüssigkeit. In den freien Ölräumen stellt sich entsprechend der jeweiligen temperaturabhängigen Dichte der Isolierflüssigkeit eine Schichtung der Isolierflüssigkeit ein. Eine Platzierung der Antriebseinheit unterhalb der Spannungsregeleinheit bewirkt, dass die sensiblen Antriebs- und Steuerelemente eine bessere Kühlung erfahren.
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Insbesondere ist auch bevorzugt, dass der Stufenschalter eine Schalt- bzw. Antriebswelle mit einem Hohlraum aufweist, in dem mindestens ein Stromleiter angeordnet ist, der mit der Antriebseinheit verbunden ist. Dies hat den Vorteil, dass die Spannungsversorgung der Antriebseinheit einfach und bauraumsparend über ohnehin vorhandene Komponenten der Spannungsregeleinheit erfolgen kann. Eine Abschirmung des Stromleiters gegen Störeinflüsse ist ebenso gewährleistet.
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Auch ist bevorzugt, dass die Schalt- bzw. Antriebswelle des Stufenschalters aus einem elektrisch isolierenden Faserverbundwerkstoff gebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass durch die elektrische Isolierung der Stromleiter sicher in der Schalt- bzw. Antriebswelle angeordnet werden kann. Faserverbundwerkstoffe zeichnen sich durch ihre guten mechanischen Eigenschaften und ihre mechanische Belastbarkeit aus.
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Es ist bevorzugt, dass der Transformator eine Kühlanlage mit einer Einströmöffnung für die Isolierflüssigkeit in das Transformatorgehäuse aufweist, wobei die Antriebseinheit des Stufenschalters unterhalb der Einströmöffnung angeordnet ist. Eine erfindungsgemäße Anordnung der Antriebseinheit des Stufenschalters unterhalb der Einströmöffnung für die von der Kühlanlage in das Transformatorgehäuse strömende Isolierflüssigkeit führt zur Zufuhr kalter Isolierflüssigkeit zu den sensiblen Bereichen der Antriebseinheit.
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Es ist bevorzugt, dass die Antriebseinheit unterhalb einer unteren Wicklungskante der Transformatorwicklung angeordnet ist.
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Die Isolierflüssigkeit strömt von der Kühlanlage zur Transformatorwicklung. Der Bereich unterhalb der Transformatorwicklung ist zumeist nicht oder wenig von dieser Strömung beeinflusst und weist somit eine niedrigere Temperatur auf. Somit ist dieser Bereich besonders für die sensiblen Antriebs- und Steuerelemente geeignet.
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Weiterhin ist bevorzugt, dass die Antriebseinheit mittels mindestens eines Lichtwellenleiters und/oder des Stromleiters mit einer auf einer dem Aktivteil des Transformators abgewandten Seite des Transformatorgehäuses angeordneten Überwachungs-/Steuereinheit mittels einer Durchführung verbunden ist.
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Die Überwachungs-/Steuereinheit ist außerhalb des Transformatorgehäuses angeordnet. Die Durchführung kann zugleich dem Stromleiter als auch dem Lichtwellenleiter dienen. Somit gewährleistet sie die Spannungsversorgung der Antriebseinheit über den Stromleiter. Ebenso ist die Überwachung und Steuerung des Stufenschalters über den Lichtwellenleiter gewährleistet.
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Ebenso ist bevorzugt, dass die Antriebseinheit als ein Torquemotor ausgebildet ist, der einen Durchmesser aufweist, der auf den Durchmesser der Spannungsregeleinheit abgestimmt ist. Dies hat den Vorteil, dass ein hohes Drehmoment erreicht werden kann. Auf einen Kraftspeicher kann somit verzichtet werden.
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Bevorzugt ist der Torquemotor steckbar ausgeführt, um eine schnelle Montage nach dem Trocknungsprozess des Aktivteiles des Transformators zu ermöglichen.
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Bevorzugt ist der Stator des Torquemotors mit optischen Sensoren bestückt, welche die Stellung des Rotors erfassen. Entsprechend dieser Stellungsinformationen werden über geeignete Leistungstreiber die Wicklungen des Motors von der Steuerelektronik angesteuert, um die gewünschte Schaltstellung der Spannungsregeleinheit des Stufenschalters zu erzielen.
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Dabei ist bevorzugt, dass die Spannungsregeleinheit ein zylindrisches Gehäuse aufweist, das im Bereich der Antriebseinheit als ein Stator des Torquemotors ausgebildet ist. Dazu kann ein die Spannungsregeleinheit umschließender, die feststehenden Schaltkontakte der Spannungsregeleinheit tragender Isolierzylinder zur Antriebseinheit verlängert werden und durch Aufnahme der Wicklung des Torguemotors den Stator der Antriebseinheit bilden.
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Bevorzugt weist also die Spannungsregeleinheit ein zylindrisches Gehäuse auf, welches zur Antriebseinheit verlängert ausgeführt ist und im Bereich der Antriebseinheit als ein Stator des Torquemotors ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass ohnehin vorhandene Komponenten der Spannungsregeleinheit als konstruktive Elemente des Torquemotors verwendet werden können. Eine bauraumsparende und kosteneffiziente Ausführung wird möglich.
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Auch kann auf eine Durchdringung der Spannungsregeleinheit durch Wellen verzichtet werden. Dazu werden in einer weiteren Ausführungsform die beweglichen Schaltkontakte auf einem beweglichen inneren Isolierzylinder angeordnet und dieser Isolierzylinder wird derart verlängert, dass er den Rotor der Antriebseinheit bildet. Dazu ist er im Bereich der Antriebseinheit auf seinem Umfang mit den Permanentmagneten des Rotors bestückt.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Torquemotor als Hohlläufer ausgebildet. Der Durchmesser des Hohlläufers kann dabei an den Außendurchmesser der Spannungsregeleinheit angenähert sein. Hierdurch wird ein hohes Drehmoment erzeugt.
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In einer weiteren speziellen Ausgestaltung ist die Wicklung des Torquemotors demontierbar ausgeführt.
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Weiterhin kann ein am Umfang des zylindrischen Gehäuses des Stufenschalters verlaufender Ring vorgesehen sein, der mit Nuten versehen ist. In diesen Nuten können abgefederte bewegliche Noppen für eine Arretierung der Spannungsregeleinheit im Ruhezustand sorgen.
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Weiterhin kann der Einsatz eines modifizierten, hochpoligen, permanenterregten Drehstrom-Synchronmotors mit Hohlwellenläufer vorgesehen sein.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann der Rotor der Antriebseinheit mit Mitteln zur Bewegung der Isolierflüssigkeit ausgestattet sein. Die Vorschaltwiderstände des Stufenschalters sind dann derart angeordnet, dass sie von der dadurch verursachten Strömung der Isolierflüssigkeit eine zusätzliche Kühlung erfahren.
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In einer speziellen, bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Spannungsregeleinheit zwei Antriebseinheiten aufweist, die auf gegenüberliegenden Seiten der Spannungsregeleinheit angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, dass die Übertragung des Drehmomentes verbessert wird. Weiterhin kann eine redundante Ausführung der Antriebseinheit erreicht werden.
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Schließlich ist bevorzugt, dass der Stufenschalter zwischen jeweils zwei Transformatorwicklungen an der Presskonstruktion des Transformatorkernes befestigt ist. Dies hat den Vorteil, dass eine bauraumsparende Bauweise erreicht wird.
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Bevorzugt ist die Antriebseinheit bzw. der Motor der Antriebseinheit mittels einer Steckverbindung mit der Spannungsregeleinheit verbunden. Dadurch ist eine schnelle Montage der Antriebseinheit an die Spannungsregeleinheit nach dem Trocknungsprozess des Aktivteiles möglich. Um eine erneute Befeuchtung des Aktivteiles zu vermeiden, werden kurze Zeiten zwischen dem Trocknungsprozess des Aktivteiles des Transformators und dem Einbau des Aktivteiles in das Transformatorgehäuse angestrebt.
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Vorzugsweise ist der elektrische Anschluss der Antriebseinheit in die Führungsbolzen zur mechanischen Arretierung der Antriebseinheit integriert. Dadurch ist eine genaue Fixierung der elektrischen Anschlüsse gegeben und die Buchse des elektrischen Anschlusses ist damit stets korrespondierend zum entsprechenden Stecker angeordnet. Mit der mechanischen Befestigung mittels einer Rasteinrichtung und der Integration der elektrischen Anschlüsse in die entsprechenden Führungsbolzen wird gleichzeitig mit der mechanischen Verbindung die elektrische Verbindung hergestellt. Der Arbeitsschritt einer zusätzlichen, manuellen, elektrischen Koppelung der Antriebseinheit entfällt. Es ist nur eine kurze Zeitdauer zur Montage der Antriebseinheit nach dem Trockenprozess des Aktivteiles erforderlich. Weiterhin schützt der Führungsbolzen die elektrische Verbindung vor mechanischer Belastung.
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Bevorzugt ist zur Übertragung des Drehmomentes vom Motor der Antriebseinheit zur Spannungsregeleinheit ein Planetengetriebe vorgesehen. Das Planetengetriebe gewährleistet die Übertragung hoher Drehmomente bei konzentrischer Anordnung der Motorwelle und der Antriebswelle der Spannungsregeleinheit bei geringem Raumbedarf.
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Vorzugsweise ist der Durchmesser eines äußeren konzentrischen Hohlrades des Planetengetriebes mit dem Außendurchmesser der Spannungsregeleinheit derart abgestimmt, dass der Außendurchmesser der Antriebseinheit den Außendurchmesser der Spannungsregeleinheit nicht übersteigt. Damit wird das maximale Drehmoment erreicht, ohne die erforderlichen elektrischen Abstände des Stufenschalters zur Wicklung oder anderen spannungsführenden Bauteilen des Transformators zu erhöhen.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
- 1 einen Ausschnitt eines Transformators nach dem Stand der Technik;
- 2 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Transformators;
- 3 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Transformators mit einer Befestigung eines Stufenschalters an einem Transformatoraktivteil mittels einer Konsole;
- 4 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Transformators mit einer demontierten Antriebseinheit;
- 5 ein Detail der Befestigungseinrichtung der Antriebseinheit;
- 6 einen erfindungsgemäßen Transformator mit mehreren über einen Lichtwellenleiter zu einer Überwachungs-/Steuereinheit verbundenen Stufenschaltern;
- 7 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Transformators, bei dem der Stufenschalter zwei Antriebseinheiten aufweist;
- 8 die Antriebseinheit als einen steckbaren Torquemotor ausgeführt;
- 9 die Antriebseinheit unter Zwischenschaltung eines Planetengetriebes an der Spannungsregeleinheit angeordnet; und
- 10 eine Spannungsregeleinheit mit einer zylindrischen Hohlwelle.
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In der 1 ist eine Ausführungsform eines Transformators 1 des Standes der Technik gezeigt. Der Transformator 1 weist ein Transformatorgehäuse 2 auf. Innerhalb des Transformatorgehäuses 2 ist ein Aktivteil 3 angeordnet, der einen Transformatorkern 4 und eine Transformatorwicklung 5 aufweist. Es ist eine Hochspannungsdurchführung 6 von dem Inneren des Transformatorgehäuses 2 nach Außen vorgesehen. Weiterhin weist der Transformator 1 einen Stufenschalter 7 auf. Der Stufenschalter 7 weist eine Spannungsregeleinheit 8 sowie eine Antriebseinheit 9 auf. Das Innere des Transformatorgehäuses 2 ist mit Isolierflüssigkeit 10 zur Kühlung des Transformators 1 gefüllt.
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Die Spannungsregeleinheit 8 des Standes der Technik ist innerhalb des Transformatorgehäuses 2 angeordnet. Sie steht über eine mechanische Verbindung mit dem Transformatorgehäuse 2 in Eingriff. Außerhalb des Transformatorgehäuses 2 ist die Antriebseinheit 9 angeordnet. Diese steht mit der Spannungsregeleinheit 8 in Wirkverbindung. Dies macht eine mechanische Kraftübertragung von außerhalb des Transformatorgehäuses 2 in sein Inneres notwendig. Die Antriebseinheit 9 wird durch einen Stromleiter 11 mit einer Überwachungs-/Steuereinheit 12 verbunden.
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2 zeigt einen Transformator 1 einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. In dieser Ausführungsform ist der Stufenschalter 7 in seiner Gesamtheit in dem Transformatorgehäuse 2 aufgenommen. Die Antriebseinheit 9 ist direkt unterhalb der Spannungsregeleinheit 8 angeordnet. Sie ist an dieser montiert. Es kann auf eine mechanische Kraftübertragung von der Antriebseinheit 9 von außerhalb des Transformatorgehäuses 2 in sein Inneres verzichtet werden. Ebenso ist keine mechanische Verbindung des Transformatorgehäuses 2 mit dem Stufenschalter 7, insbesondere mit der Spannungsregeleinheit 8, notwendig.
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Die Platzierung der Antriebseinheit 9 unterhalb der Spannungsregeleinheit 8 bewirkt, dass die temperatursensiblen Bauteile der Antriebseinheit 9 eine bessere Kühlung erfahren.
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Weiterhin ist die Antriebseinheit 9 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel unterhalb einer Wicklungskante 5.1 der Transformatorwicklung 5 angeordnet.
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3 zeigt weitere Details des erfindungsgemäßen Transformators 1. Zunächst ist die Spannungsregeleinheit 8 mit einer Schalt- bzw. Antriebswelle 13 abgebildet, die diese in einer Axialrichtung durchragt. Die Schalt- bzw. Antriebswelle 13 weist einen Hohlraum 14 auf. Dieser Hohlraum 14 ist in ihrem Inneren angeordnet. Der Hohlraum 14 nimmt den Stromleiter 11 auf. Dieser Stromleiter 11 dient der Spannungsversorgung der Antriebseinheit 9 an einem axialen Ende der Spannungsregeleinheit 8. Die Schalt- bzw. Antriebswelle 13 kann dabei vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Faserverbundwerkstoff gebildet sein. Das bietet zum einen mechanische Stabilität, zum anderen wird der Stromleiter 11 elektrisch von seiner Umgebung isoliert. Ohnehin vorhandene Komponenten, wie die Schalt- bzw. Antriebswelle 13, können so zur bauraumsparenden Konstruktion genutzt werden.
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Der Stufenschalter 7 ist mittels einer Konsole 15 an der Pressvorrichtung des Transformatorkernes 4 befestigt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei Konsolen 15 vorgesehen. Die freitragende Befestigung des Stufenschalters 7 kann auf bauraumsparende Weise erfolgen. Weder eine mechanische Kraftübertragung nach außerhalb des Transformatorgehäuses 2 noch eine mechanische Verbindung der Spannungsregeleinheit 8 mit dem Transformatorgehäuse 2 sind erforderlich.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Antriebseinheit 9 unterhalb der Einströmöffnung 16.1 der Isolierflüssigkeit 10 von einer Kühlanlage 16 in das Transformatorgehäuse 2 angeordnet. Die Isolierflüssigkeit 10 dient auch der Kühlung der Antriebseinheit 9. Eine erfindungsgemäße Anordnung der Antriebseinheit 9 des Stufenschalters unterhalb der Einströmöffnung 16.1 für die von der Kühlanlage 16 in das Transformatorgehäuse 2 strömende Isolierflüssigkeit 10 führt zur Zufuhr kalter Isolierflüssigkeit zu den sensiblen Bereichen der Antriebseinheit 9, wobei A2 der Abstand ist, mit dem die Antriebseinheit unter der Einströmöffnung 16.1 angeordnet ist.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Antriebseinheit 9 weiterhin unterhalb der Wicklungskante 5.1 der Transformatorwicklung 5 angeordnet, wobei A1 der Abstand ist, mit dem die Antriebseinheit 9 unter der Wicklungskante 5.1 angeordnet ist.
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4 zeigt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Transformators 1. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Antriebseinheit 9 von der Spannungsregeleinheit 8 demontiert abgebildet. Es ist eine Montageeinrichtung 17 vorgesehen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Montageeinrichtung 17 als eine Rasteinrichtung mit Raststeckern ausgebildet. Es kann ebenso ein Führungsbolzen (nicht dargestellt) zur sicheren Verbindung von Antriebseinheit 9 und Spannungsregeleinheit 8 vorgesehen sein. Ebenso abgebildet ist eine Antriebsachse 18 der Antriebseinheit 9. Die Montageeinrichtung 17 dient der Aufnahme und dem Anschlag der Antriebseinheit 9 an der Spannungsregeleinheit 8 für einen sicheren Halt.
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5 zeigt eine Ansicht einer steckbaren Antriebseinheit 9. Um die Montage der Antriebseinheit sowie deren elektrischen Anschluss zu vereinfachen, sind die elektrischen Verbindungen zur Versorgung der Antriebseinheit als elektrische Steckverbindung 17.2 ausgeführt. In der dargestellten Ausführungsform sind dabei die Steckverbindungen in die Führungsbolzen 17.1 der Montageeinrichtung 17 integriert. Im dargestellten Beispiel sind die Führungsbolzen 17.1 an ihren Außenkanten als mechanische Arretierungsflächen ausgebildet, während innen koaxial jeweils Buchsen für die elektrische Steckverbindung 17.2 angeordnet sind.
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Zwischen den im Ausführungsbeispiel einen kreisringförmigen Querschnitt aufweisenden Führungsbolzen und den koaxial in diesen angeordneten Steckverbindungen ist eine elektrische Isolation aus Kunststoff angeordnet. Alternativ kann der Führungsbolzen auch aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff gefertigt sein.
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Die eine Steckverbindung bildenden Stecker und Buchsen können auch als Mehrfachstecker, z. B. als Klinkenstecker ausgeführt sein. Weiterhin können mehrere Führungsbolzen vorhanden sein, von denen nur eine Teilmenge mit einer elektrischen Steckverbindung versehen ist.
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Auf dem zur Spannungsregeleinheit gehörenden Gegenstück ist jeweils eine Aufnahmevorrichtung für den Führungsbolzen, sowie der Stecker der Steckverbindung angeordnet.
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6 zeigt einen erfindungsgemäßen Transformator 1 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel ist für jede der drei Phasen des Transformators 1 jeweils ein eigener Stufenschalter 7 vorgesehen. Jeder Stufenschalter 7 ist mittels einer Konsole 15 an dem Transformatorkern 4 befestigt. Durch eine den Abstand zwischen den Transformatorwicklungen 5 nutzende Anordnung der Stufenschalter 7 wird insbesondere eine bauraumsparende Unterbringung im Transformatorgehäuse 2 erreicht.
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Weiterhin erfolgt die Übertragung der Steuer- und Kontrollsignale im Ausführungsbeispiel ausschließlich über Lichtwellenleiter 19. Dies schließt die Meldung der Schaltstellungen sowie die Überwachung des Gleichlaufes der Spannungsregeleinheiten ein.
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Die einzelnen Stufenschalter 7 sind dazu untereinander sowie mit der Überwachungs- und Steuereinheit 12 mittels Lichtwellenleitern 19 verbunden. Dies hat den Vorteil, dass zwischen den einzelnen Stufenschaltern keine elektrischen Signalleitungen notwendig sind und somit keine elektrischen Abstände zu den Transformatorwicklungen zu beachten sind. Es ist eine effektive Nutzung des Raumes zwischen den Wicklungen zur Platzierung der Stufenschalter möglich.
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7 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Stufenschalters 7. In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Antriebseinheiten 9 vorgesehen. Diese sind auf gegenüberliegenden Seiten der Spannungsregeleinheit 8 angeordnet. Dabei ist vorgesehen, dass von der Antriebseinheit 9 der Stromleiter 11 und der Lichtwellenleiter 19 mittels der Durchführung 31 mit der Überwachungs-/Steuereinheit 12 verbunden sind. Eine besonders bauraumsparende Konstruktion wird erreicht.
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8 zeigt die Spannungsregeleinheit 8 mit einer Antriebseinheit 9, die als ein Torquemotor ausgebildet ist. Der Torquemotor ist steckbar ausgeführt und über eine entsprechende Montageeinrichtung mit der Spannungsregeleinheit 8 verbunden.
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Die Drehbewegung des Torquemotors wird über eine lösbare Kupplung auf die Schalt- bzw. Antriebswelle 13 der Spannungsregeleinheit 8 übertragen und führt zu einer Bewegung der auf einem Kontaktträger befindlichen beweglichen Schaltkontakte 27. Die Spannungsregeleinheit ist von einem, die hier nicht dargestellten feststehenden Schaltkontakte tragenden Isolierzylinder 25 umschlossen.
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Der Durchmesser des Torquemotors ist, wie gezeigt, auf den Durchmesser der Spannungsregeleinheit 8 abgestimmt. Die Abstimmung bezweckt einen möglichst hohen Durchmesser des Luftspaltes zwischen Rotor 29 und Stator 28, ohne durch den Gesamtaußendurchmesser der Antriebseinheit 9 die erforderlichen elektrischen Abstände des gesamten Stufenschalters zur Transformatorwicklung oder anderen spannungsführenden Bauteilen zu erhöhen. Da die Kraftwirkung des Torquemotors im Luftspalt zwischen Rotor 29 und Stator 28 entsteht und das Drehmoment mit steigendem Durchmesser des Luftspaltes steigt, kann mittels dieser Abstimmung des Durchmessers ein hohes Drehmoment erreicht werden.
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Weiterhin besitzt die derart ausgeführte Antriebseinheit 9 eine hohe Antriebssteifigkeit und kann ohne Verdrehspiel arbeiten. Es kann dann auf die nach dem Stand der Technik vorgesehenen Kraftspeicher verzichtet werden.
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Weiterhin kann die Wicklung 23 des Torquemotors demontierbar angeordnet sein. Dazu werden die Einzelspulen 23.1 der Wicklung 23 bevorzugt gemeinsam mit dem Magnetkern 24 des Stators 28 zumindest teilweise in einer Vergussmasse eingebettet und bilden eine Baugruppe, welche mit einer steckbaren Montageeinrichtung versehen wird.
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Im Ausführungsbeispiel ist der Torquemotor als Innenläufer ausgeführt. Die Permanentmagneten 22 sind auf dem innenliegenden Rotor 29 der Antriebseinheit 9 angebracht.
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Der Torquemotor kann in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung als Außenläufer (Hohlläufer) ausgebildet sein, um das Drehmoment weiter zu erhöhen.
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9 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Antriebseinheit 9 mit einer als Rasteinrichtung ausgebildeten Montageeinrichtung an der Spannungsregeleinheit 8 befestigt ist. Die Übertragung der Drehbewegung der Antriebseinheit 9 geschieht mittels eines Planetengetriebes 20. Das Planetengetriebe 20 gewährleistet die Übertragung hoher Drehmomente bei konzentrischer Anordnung der Motorwelle und der Antriebswelle der Spannungsregeleinheit 8 bei geringem Raumbedarf.
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In der dargestellten bevorzugten Ausgestaltung ist ein Durchmesser eines äußeren konzentrischen Hohlrades 20.1 des Planetengetriebes 20 mit dem Durchmesser der Spannungsregeleinheit 8 derart abgestimmt, dass er sich, um ein hohes Drehmoment zu erreichen, an den Durchmesser der Spannungsregeleinheit 8 soweit annähert, dass der gesamte Außendurchmesser der Antriebseinheit 9 inklusive der Befestigungsstege nicht den Außendurchmesser der Spannungsregeleinheit 8 übersteigt. Somit wird ein hohes Drehmoment erreicht und die Antriebseinheit 9 beeinflusst nicht die Positionierung des Stufenschalters 7 bezüglich der erforderlichen elektrischen Abstände zur Transformatorwicklung 5 und anderen spannungsführenden Teilen des Transformators 1. Im Ausführungsbeispiel ist unterhalb der Antriebseinheit 9 die Steuerelektronik 30 der Antriebseinheit 9 platziert.
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10 zeigt eine spezielle Ausgestaltung, bei der ein die feststehenden Schaltkontakte 26 der Spannungsregeleinheit 8 tragender Isolierzylinder 25 zur Antriebseinheit 9 verlängert ausgeführt ist und die Wicklung 23 der Antriebseinheit 9 aufnimmt.
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In einer weiteren speziellen Ausgestaltung der 9 kann, wie dargestellt, auf eine Durchdringung der Spannungsregeleinheit 8 mit Wellen verzichtet werden. In diesem Fall kann ein drehbar gelagerter innerer Isolierzylinder 21 vorgesehen sein, auf dem die beweglichen Schaltkontakte 27 der Spannungsregeleinheit 8 angeordnet sind. Der drehbare Isolierzylinder 21 ist im Ausführungsbeispiel zur Antriebseinheit 9 verlängert und kann an seinem Umfang mit den Permanentmagneten 22 des Rotors 29 bestückt sein. Diese korrespondieren mit der auf dem Stator 28 angeordneten Wicklung 23.
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Der Innenraum des die beweglichen Schaltkontakte 27 tragenden drehbaren Isolierzylinders 21 kann in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung zur Unterbringung von Lastschaltelementen, z. B. Vakuumschaltzellen, oder elektronischen Schaltelementen genutzt werden.
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Sowohl der äußere, die feststehenden Kontakte tragende Isolierzylinder 25 als auch der innere die beweglichen Schaltkontakte 27 tragende drehbare Isolierzylinder 21 können durch ein Traggerüst oder durch Stege gebildet sein, welche eine zylindrische Kontur nachbilden und jeweils die Anordnung der Schaltkontakte 26, 27 auf kreisförmigen Kontaktbahnen gewährleisten.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Transformator
- 2
- Transformatorgehäuse
- 3
- Aktivteil des Transformators
- 4
- Transformatorkern
- 5
- Transformatorwicklung
- 5.1
- untere Wicklungskante
- 6
- Hochspannungsdurchführung
- 7
- Stufenschalter
- 8
- Spannungsregeleinheit
- 9
- Antriebseinheit
- 10
- Isolierflüssigkeit
- 11
- Stromleiter
- 12
- Überwachungs-/Steuereinheit
- 13
- Schalt- bzw. Antriebswelle der Spannungsregeleinheit
- 14
- Hohlraum
- 15
- Konsole
- 16
- Kühlanlage
- 16.1
- Einströmöffnung für die Isolierflüssigkeit in das Transformatorgehäuse
- 17
- Montageeinrichtung
- 17.1
- Führungsbolzen
- 17.2
- elektrische Steckverbindung
- 18
- Antriebsachse
- 19
- Lichtwellenleiter
- 20
- Planetengetriebe
- 20.1
- äußeres Hohlrad des Planetengetriebes
- 21
- drehbarer Isolierzylinder
- 22
- Permanentmagnet
- 23
- Wicklung
- 23.1
- Einzelspulen der Wicklung
- 24
- Magnetkern des Stators
- 25
- Isolierzylinder der Spannungsregeleinheit
- 26
- feststehender Schaltkontakt der Spannungsregeleinheit
- 27
- beweglicher Schaltkontakt der Spannungsregeleinheit
- 28
- Stator der Antriebseinheit
- 29
- Rotor der Antriebseinheit
- 30
- Steuerelektronik der Antriebseinheit
- 31
- Durchführung
- A1
- Abstand zwischen Antriebseinheit und Wicklungskante
- A2
- Abstand zwischen Antriebseinheit und Einströmöffnung
