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Die
Erfindung betrifft einen Laststufenschalter mit einem Motorantrieb.
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Aus
der Firmendruckschrift der Anmelderin „Laststufenschalter AVT-Betriebsanleitung;
Druckimpressum BA 163/01de, 08021500, ist ein solcher Laststufenschalter
für Innenanlagen
bekannt, der zur Einstellung des Übersetzungsverhältnisses
eines Trockentransformators unter Last dient. Dieser bekannte Laststufenschalter
arbeitet nach dem Prinzip der Widerstands-Schnellschaltung. Er weist
einen Wähler
zur lastlosen Vorwahl der neuen Wicklungsanzapfung, auf die umgeschaltet
werden soll, sowie einen Lastumschalter zur eigentlichen nachfolgenden
Umschaltung auf. Als lastumschaltende Kontakte werden Vakuumschaltzellen
verwendet. Der elektrische Motorantrieb zur Betätigung des Schalters ist dabei
in das Gehäuse
des Laststufenschalters integriert.
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Die
geltenden Normen wie die IEC 60214 und VDE 0532 schreiben dabei
vor, dass der Motorantrieb eine Drehrichtungsüberwachung besitzt und Mittel
aufweist, die ein automatisches Beenden einer Umschaltung in der
einmal begonnenen Richtung gewährleisten.
Dies setzt eine Drehrichtungsinformation voraus. Um diese Anforderungen
zu gewährleisten,
wird beim bekannten Laststufenschalter ein Drehfeldkontrollrelais
zur Drehrichtungsüberwachung
und ein bistabiles Relais (Stromstossrelais) zum automatischen Beenden
einer einmal begonnenen Umschaltung eingesetzt. Diese elektronischen Komponenten
sind jedoch zum einen teuer und zum anderen bei rauen Umgebungsverhältnissen
problematisch.
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Aufgabe
der Erfindung ist es demnach, einen Laststufenschalter mit Motorantrieb
der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem auf einfache und kostengünstige Weise
die beschriebenen Sicherheitsanforderungen realisiert sind.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Laststufenschalter mit den Merkmalen des
Patentanspruches gelöst.
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Bei
der Erfindung weist der Laststufenschalter verschiedene neue Merkmale
auf, die in Kombination miteinander die beschriebenen Sicherheitsanforderungen
erfüllen.
Dabei werden die Drehrichtungsüberwachung
und der Wiederanlauf des Motorantriebes aus im Wesentlichen bereits
vorhandenen Meldungen abgeleitet. Besonders vorteilhaft ist, dass keine
zusätzlichen
mechanischen Komponenten mehr benötigt werden; sowohl das beschriebene Drehfeldkontrollrelais
als auch das bistabile Relais können
ersatzlos entfallen.
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Um
dies zu erreichen, sind folgende Merkmale vorgesehen: Zunächst einmal
sind induktive Näherungssensoren
am Lastumschalter des Laststufenschalters vorgesehen, die dessen
Position erfassen.
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Weiterhin
sind Mittel zur Entklinkungsüberwachung
am Gestänge
zwischen Motorantrieb und Laststufenschalter angeordnet, die Nockenschalter aufweisen.
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Weiterhin
sind Mittel zur mechanischen Laufmeldung des Motorantriebes vorgesehen;
diese wird mittels einer richtungsunabhängigen Nockenbahn direkt am
Wählerantrieb
erfasst. Schließlich
sind elektrische Mittel zur Laufmeldung der (bekannten) Motorschütze vorgesehen.
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Aus
der
DE 298 12 855
U1 ist bereits eine Antriebs- und Steuereinheit für einen
elektrischen Schalter bekannt, die eine Schaltstellungsanzeige mit
einer Anzeigescheibe aufweist. Dabei sind ebenfalls bereits Näherungssensoren
vorgesehen, mittels derer die relative Stellung dieser Anzeigescheibe
erfasst werden kann. Für
die Anwendung bei einem Laststufenschalter, insbesondere zur Drehrichtungsüberwachung,
ist diese Konstruktion jedoch nicht geeignet.
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Aus
der
DE 100 16 489
A1 ist ferner auch bereits ein zur Steuerung eines Motorantriebes
besonders ausgebildeter Stufenschalter bekannt, der elektrische
Näherungssensoren
aufweist. Der dort beschriebene Stufenschalter weist einen üblichen
Kraftspeicher mit Klinkenhebeln auf; diese Klinkenhebel arretieren
einen Schaltschlitten des Kraftspeichers. Zur Betätigung des
Stufenschalters wird diese Arretierung aufgehoben, und der Schaltschlitten
vollzieht eine sprungartige Bewegung. Hat er seine neue Endlage
erreicht, wird er wieder durch die Klinkenhebel arretiert und ist
bereit für
die nächste
Schaltung. Im Bereich der Klinkenhebel sind Näherungssensoren angeordnet,
die eine ordnungsgemäße Verklinkung der
Klinkenhebel des Schaltschlittens überwachen und dazu mit einem
Steuerkreis des Motorantriebes in Verbindung stehen. Zur Erfassung
der Position eines Lastumschalters und technischen Umsetzung der
eingangs erläuterten
Sicherheitsanforderungen, insbesondere zur Drehrichtungsüberwachung,
ist dieser bekannte Stufenschalter nicht geeignet.
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Die
Erfindung soll nachfolgend beispielhaft noch näher erläutert werden. Es zeigen:
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1 die Anordnung der induktiven
Näherungssensoren
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2 die Mittel zur Entklinkungsüberwachung
am Gestänge
zwischen Motorantrieb und Laststufenschalter
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3 die Mittel zur mechanischen
Laufmeldung am Wählerantrieb
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4 ein vollständiges Schaltbild
des Motorantriebes als Bestandteil des erfindungsgemäßen Laststufenschalters
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5 einen Schaltungsauszug
mit Sicherheitseinrichtungen
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6 einen schematischen Schaltablauf
bei der Umschaltung von einer Wicklungsanzapfung des Trockentransformators
zu einer (benachbarten) anderen Wicklungsanzapfung.
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In 1 ist gezeigt, wie die Position
des Lastumschalters über
induktive Näherungssensoren S70,
S71 am Lastumschalter erfasst wird. Dabei wird eine Gerade/Ungerade-Meldung
erzeugt, die über weiter
unten noch erläuterte
Hilfsschütze
K13 und K14 vervielfacht wird. Der Lastumschalter selbst schaltet
ca. 20 Grad vor dem Ende einer Schaltung. Dabei wird im gesamten
Ausführungsbeispiel
auf einen gesamten Drehwinkel bei jeder Lastumschaltung von 360
Grad ausgegangen.
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In 2 sind die Mittel zur Entklinkungsüberwachung
im Detail dargestellt. Dafür
ist am Gestänge zwischen
Motorantrieb und Stufenschalter eine Nockenbahn vorgesehen, in der
Figur schwarz ausgeführt,
die in eine Richtung um 130 Grad verbreitert ist, so dass mit ihr
korrespondierende Nockenschalter S23 bzw. S24 – je nach aktueller Stellung
und angesteuerter Laufrichtung – 25
Grad nach Beginn bzw. vor Ende einer Umschaltung auf- bzw. abschalten.
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In 3 sind die Mittel zur mechanischen Laufmeldung
des Motorantriebes gezeigt. Es ist eine richtungsunabhängig wirkende
Nockenbahn dargestellt, die direkt am Wählerantrieb angeordnet ist.
Ein Nockenschalter S13 schaltet hierbei 35 Grad nach dem Beginn
der Umschaltung auf und 35 Grad vor Ende der Umschaltung wieder
ab. Die Bewegung des Wählers
selbst beginnt erst bei einem Drehwinkel größer 35 Grad.
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In 4 ist das Schaltbild gemäß der Erfindung
gezeigt, das darüber
hinaus auch andere, bekannte, aber für die Erläuterung der Gesamtfunktion notwendige
Bestandteile aufweist. Das Gleiche gilt für die in 5 dargestellte eigentliche Überwachungseinheit.
In diesen beiden Darstellungen bedeuten:
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- F2
- Lichtbogenüberwachungseinheit
- H1
- Signallampe
- K1
- Motorschütz
- K2
- Motorschütz
- K13
- Hilfsschütz des Näherungssensors
S70
- K14
- Hilfsschütz des Näherungssensors
S71
- K20
- Schrittschaltrelais
- K29
- Zeitrelais
- M1
- Motor
- Q1
- Motorschutzschalter
- S3
- Höher/Tiefer-Schalter
- S4
- Begrenzungsschalter
für K1
- S5
- Begrenzungsschalter
für K2
- S8
- A
und B: Sicherheitsschalter
- S13
- Nockenschalter
- S23
- Nockenschalter
- S24
- Nockenschalter
- S38
- Potentiometerkontakt
- S70
- Näherungssensor
- S71
- Näherungssensor
- X...
- Terminals.
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Nachfolgend
soll die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Laststufenschalters mit
Motorantrieb, speziell dessen Sicherheitseinrichtung zur Erfüllung der
in der Beschreibungseinleitung genannten technischen Forderungen,
noch einmal im Zusammenhang erläutert
werden. Nach der Ansteuerung eines der Motorschütze K1 oder K2 läuft Motor M1
des Motorantriebes an. Nach 25 Grad wechseln die Nockenschalter
S23/S24 ihre Position (s. 2). 35
Grad nach Beginn der Schaltung schaltet der weitere Nockenschalter
S13 die Wiederanlaufeinrichtung bzw. die Drehrichtungsüberwachung
aktiv (s. 3). Während der
Nockenschalter S13 aktiv ist, wechseln weder der Lastumschalter
und damit die induktiven Näherungssensoren
S70/S71 sowie deren Hilfsschütze
K13/K14 (s. 1) zur Vervielfachung der
Meldung, noch die Nockenschalter S23, S24 der Entklinkungsüberwachung
(s. 2) ihre Position.
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Während dieser
Zeit werden folgende Betriebszustände abgefragt:
Lastumschalterposition
gerade (K13 aktiv, K14 inaktiv)
Laufrichtung rechts (K2 aktiv,
K1 inaktiv, S24 aktiv, S23 inaktiv)
Lastumschalterposition
gerade (K13 aktiv, K14 inaktiv)
Laufrichtung links (K1 aktiv,
K2 inaktiv, S23 aktiv, S24 inaktiv)
Lastumschalterposition
ungerade (K14 aktiv, K13 inaktiv)
Laufrichtung rechts (K2 aktiv,
K1 inaktiv, S23 aktiv, S24 inaktiv)
Lastumschalterposition
ungerade (K14 aktiv, K13 inaktiv)
Laufrichtung links (K1 aktiv,
K2 inaktiv, S24 aktiv, S23 inaktiv).
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Damit
sind nach den Regeln der Permutation alle möglichen Betriebszustände, von
denen jeweils einer vorliegt, abfragbar. Die Abfrage selbst erfolgt durch
die elektrische Verschaltung der eben erwähnten Meldekontakte. Sie wirken
direkt auf den Motorschutzschalter Q1 (Drehrichtungsüberwachung)
bzw. die Motorschütze
K1, K2 (Wiederanlaufeinrichtung).
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Nachfolgend
sollen die Schaltabläufe
an Hand des in 4 gezeigten
Schaltbildes noch einmal detailliert erläutert werden. Die Steuerung
selbst funktioniert dabei nach dem Prinzip der Schrittschaltung
und erfüllt
die Anforderungen der IEC 60214. Die beiden Motorschütze K1,
K2 steuern den Motor in jeweils unterschiedliche Drehrichtung an,
der Motorschutzschalter Q1 schützt
diesen Motor vor Überlastung
und verfügt über eine
Auslösespule
zur Abschaltung. Alle nachfolgend verwendeten Gradangaben beziehen
sich wiederum auf einen vollständigen Drehwinkel
von 360 Grad je Umschaltung.
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a) Lastumschalterposition
ungerade, Ansteuerung rechts
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Der
Lastumschalter steht in Position ungerade, S71 betätigt, K14
angezogen und S23 betätigt. Nach
Ansteuerung des Motorschützes
K2 läuft
der Motor M1 in Laufrichtung „rechts" an. Nach 25 Grad hat
der Nockenschalter für
die Entklinkungsüberwachung
die Position erreicht, die er in der gesamten Überprüfungsphase (35 Grad...325 Grad)
behält. Ausgehend
von 2 ändern sich
in diesem Fall die Zustände
nicht; S23 bleibt betätigt,
S24 nicht betätigt. Der
Nockenschalter S13 (3)
wird nach 35 Grad betätigt
und aktiviert die Überprüfungs- und
Wiederanlaufphase.
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Über den
Nockenschalter S13 (aktiviert), den Öffner des Hilfsschütz K13 (nicht
aktiviert) zur Vervielfältigung
der Positionsmeldung des Lastumschalters, wird am Nockenschalter
S24 (nicht aktiviert) Spannung angelegt. Ist auf Grund der richtigen
Drehrichtung S24 nicht aktiviert, wird Spannung an die Spule des
Motorschützes
für Laufrichtung „rechts" K2 gelegt; der Wiederanlauf
ist bis zum Abfallen des Nockenschalters S13 gewährleistet. Ist S24, z. B. auf Grund
eines falschen Drehfeldes an den Anschlussklemmen, aktiviert, wird
mit Aufschalten des Nockenschalters S13 der Motorschutzschalter
Q1 über
den Hilfskontakt des Motorschützes
K2:53–54
ausgelöst.
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b) Lastumschalterposition
ungerade, Ansteuerung links
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Der
Lastumschalter steht in Position ungerade, S71 betätigt, K14
angezogen und S23 betätigt. Nach
Ansteuerung des Motorschützes
K1 läuft
der Motor M1 in Laufrichtung „links" an. Nach 25 Grad
hat der Nockenschalter für
die Entklinkungsüberwachung
die Position erreicht, die er in der gesamten Überprüfungsphase (35 Grad...325 Grad)
behält. Ausgehend
von 2 wird S24 betätigt; S23
fällt zurück. Der
Nockenschalter S13 (3)
wird nach 35 Grad betätigt
und aktiviert die Überprüfungs- und Wiederanlaufphase.
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Über den
Nockenschalter S13 (aktiviert), den Öffner des Hilfsschütz K13 (nicht
aktiviert) zur Vervielfältigung
der Positionsmeldung des Lastumschalters, wird am Nockenschalter
S24 (aktiviert) Spannung angelegt. Ist auf Grund der richtigen Drehrichtung
S24 aktiviert, wird Spannung an die Spule des Motorschützes für Laufrichtung „links" K1 gelegt; der Wiederanlauf
ist bis zum Abfallen des Nockenschalters S13 gewährleistet. Ist S24, z. B. auf
Grund eines falschen Drehfeldes an den Anschlussklemmen, nicht aktiviert,
wird mit Aufschalten des Nockenschalters S13 der Motorschutzschalter
Q1 über
den Hilfskontakt des Motorschützes
K1:53–54
ausgelöst.
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c) Lastumschalterposition
gerade, Ansteuerung rechts
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Der
Lastumschalter steht in Position gerade, S70 betätigt, K13 angezogen und S24
betätigt.
Nach Ansteuerung des Motorschützes
K2 läuft
der Motor M1 in Laufrichtung „rechts" an. Nach 25 Grad
hat der Nockenschalter für
die Entklinkungsüberwachung
die Position erreicht, die er in der gesamten Überprüfungsphase (35 Grad...325 Grad)
behält.
Ausgehend von 2 ändern sich
in diesem Fall die Zustände nicht;
S24 bleibt betätigt,
S23 nicht betätigt.
Der Nockenschalter S13 (3)
wird nach 35 Grad betätigt und
aktiviert die Überprüfungs- und
Wiederanlaufphase.
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Über den
Nockenschalter S13 (aktiviert), den Öffner des Hilfsschütz K14 (nicht
aktiviert) zur Vervielfältigung
der Positionsmeldung des Lastumschalters, wird am Nockenschalter
S23 (aktiviert) Spannung angelegt. Ist auf Grund der richtigen Drehrichtung
S23 nicht aktiviert, wird Spannung an die Spule des Motorschützes für Laufrichtung „links" K2 gelegt; der Wiederanlauf
ist bis zum Abfallen des Nockenschalters S13 gewährleistet. Ist S23, z. B. auf
Grund eines falschen Drehfeldes an den Anschlussklemmen, aktiviert,
wird mit Aufschalten des Nockenschalters S13 der Motorschutzschalter
Q1 über
den Hilfskontakt des Motorschützes
K2:53–54
ausgelöst.
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d) Lastumschalterposition
gerade, Ansteuerung links
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Der
Lastumschalter steht in Position gerade, S70 betätigt, K13 angezogen und S24
betätigt.
Nach Ansteuerung des Motorschützes
K1 läuft
der Motor M1 in Laufrichtung „rechts" an. Nach 25 Grad
hat der Nockenschalter für
die Entklinkungsüberwachung
die Position erreicht, die er in der gesamten Überprüfungsphase (35 Grad...325 Grad)
behält.
Ausgehend von 2 wird
S23 betätigt,
S24 fällt
zurück.
Der Nockenschalter S13 (3)
wird nach 35 Grad betätigt und
aktiviert die Überprüfungs- und Wiederanlaufphase.
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Über den
Nockenschalter S13 (aktiviert), den Öffner des Hilfsschütz K14 (nicht
aktiviert) zur Vervielfältigung
der Positionsmeldung des Lastumschalters, wird am Nockenschalter
S23 (aktiviert) Spannung angelegt. Ist auf Grund der richtigen Drehrichtung
S23 aktiviert, wird Spannung an die Spule des Motorschützes für die Laufrichtung „links" K1 gelegt; der Wiederanlauf
ist bis zum Abfallen des Nockenschalters S13 gewährleistet. Ist S23, z. B. auf
Grund eines falschen Drehfeldes an den Anschlussklemmen, nicht aktiviert,
wird mit Aufschalten des Nockenschalters S13 der Motorschutzschalter
Q1 über
den Hilfskontakt des Motorschützes
K1:53–54
ausgelöst.
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Fehler
in der Überwachungs-
und Wiederanlaufeinrichtung werden, da alle Kontakte der Nockenschalter
S23 und S24 angeschlossen sind, automatisch erkannt und führen zu
einer Auslösung
des Motorschutzschalters Q1. Liegt ein Fehler in der Erkennung der
jeweiligen Position des Lastumschalters vor, sind entweder beide Überwachungskreise
elektrisch aktiv oder inaktiv; beides führt zu einer Auslösung des
Motorschutzschalters Q1.