DE202010011522U1

DE202010011522U1 - step switch

Info

Publication number: DE202010011522U1
Application number: DE202010011522U
Authority: DE
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Priority date: 2010-08-18
Filing date: 2010-08-18
Publication date: 2011-11-23
Anticipated expiration: 2020-08-19
Also published as: EP2421014A1

Abstract

Stufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators, aufweisend eine Antriebswelle, die von einem Motorantrieb betätigbar ist, wobei die Antriebswelle direkt auf Kontaktbetätigungsmittel und/oder einem Kraftspeicher, der seinerseits nach Auslösung Kontaktbetätigungsmittel antreibt, wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der die Antriebswelle (3, 6) betätigende Motorantrieb aus einem direkt antreibenden Schrittmotor (5) besteht und dass der Schrittmotor (5) oberhalb des Stufenschalters angeordnet und direkt mit der Antriebswelle (3, 6) verbunden ist.Step switch for uninterrupted switching between winding taps of a step transformer, comprising a drive shaft which can be actuated by a motor drive, the drive shaft acting directly on contact actuation means and / or an energy accumulator which in turn drives contact actuation means after tripping, characterized in that the drive shaft (3 , 6) actuating motor drive consists of a directly driving stepper motor (5) and that the stepper motor (5) is arranged above the step switch and is directly connected to the drive shaft (3, 6).

Description

Die Neuerung betrifft einen Stufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators.The innovation relates to a tap changer for uninterrupted switching between winding taps of a tapped transformer.

Stufenschalter sind seit vielen Jahren auf der Basis von zwei unterschiedlichen Funktionsprinzipien am Markt. Sogenannte Reaktorschalter, die besonders in Nord-Amerika verbreitet sind, besitzen eine Umschaltreaktanz, die eine langsame, kontinuierliche Umschaltung ermöglicht. Sogenannte Widerstandsschnellschalter hingegen, nach ihrem Erfinder auch Jansen-Schalter genannt, führen eine schnelle Umschaltung zwischen den Wicklungsanzapfungen durch, wobei Überschaltwiderstände kurzfristig den Kreisstrom bei der Lastumschaltung führen. Die letztgenannte Gattung von Stufenschaltern wiederum lässt sich im Lastwähler einerseits, bei denen die Wicklungsvorwahl und Lastumschaltung gleichzeitig vollzogen wird, sowie Stufenschalter mit getrenntem Wähler und separatem Lastumschalter unterteilen. Dabei wird vom Wähler zunächst eine leistungslose Vorwahl der Wicklungsanzapfung, auf die umgeschaltet werden soll, vorgenommen; nachfolgend führt der Lastumschalter dann die eigentliche schnelle Umschaltung durch. Typische Lastwähler sind die Typen OILTAP^®V und VACUTAP^®VV der Anmelderin. Typische Stufenschalter mit getrenntem Wähler und Lastumschalter sind die Typen OILTAP^®M und VACUTAP^®VM der Anmelderin.Tap changers have been on the market for many years based on two different operating principles. So-called reactor switches, which are particularly common in North America, have a switching reactance, which allows a slow, continuous switching. On the other hand, so-called resistance rapid-action switches, also called Jansen switches according to their inventor, perform a rapid changeover between the winding taps, in the short term switching resistors leading the circulating current during load switching. The latter type of tap changers in turn can be divided in the load selector on the one hand, in which the winding selection and load switching is performed simultaneously, and tap changer with separate selector and separate diverter switch. In this case, the voter first makes a power-less preselection of the winding tapping to which it is to be switched; Subsequently, the diverter switch then performs the actual fast switching. Typical load selector are the types OILTAP ^® V and VACUTAP ^® VV of the Applicant. Typical stages switches with separate selector and the diverter switch are the types OILTAP ^® M and VM VACUTAP ^® by the applicant.

Alle Stufenschalter, unabhängig von ihrem Funktionsprinzip, werden üblicherweise von einem Motorantrieb betätigt. Der Motorantrieb umfasst in der Regel einen Drehstromasynchronmotor, der mit Hilfe einer Steuerung eingeschaltet und nach Erreichen der jeweils gewünschten Spannungsstufe wieder abgeschaltet wird. Der Motorantrieb umfasst weiterhin ein Lastgetriebe sowie entsprechende Steuer- und Anzeigemittel. Die Drehbewegung des Antriebsmotors wird über eine Wellenführung und ein Winkelgetriebe auf den jeweiligen Stufenschalter übertragen. Eine frühe Bauform eines solchen Motorantriebes ist aus der DE-OS 24 10 641 bekannt; es existieren zahlreiche andere Ausführungen solcher Motorantriebe von den verschiedensten Herstellern. Solche Motorantriebe sind komplexe Geräte mit einer Vielzahl mechanischer und elektrischer Komponenten und entsprechend teuer. Üblicherweise sind sie seitlich außen am Transformatorkessel montiert und beanspruchen dort nicht unerheblichen Platz. Schließlich ist auch in jedem Fall ein Antriebsstrang erforderlich, der die Drehbewegung vom Motorantrieb hin zum Stufenschalter, der betätigt werden soll, überträgt.All tap changers, regardless of their operating principle, are usually operated by a motor drive. The motor drive usually includes a three-phase asynchronous, which is turned on by means of a controller and switched off again after reaching the respective desired voltage level. The motor drive further comprises a load gear and corresponding control and display means. The rotational movement of the drive motor is transmitted via a shaft guide and an angle gear on the respective tap changer. An early design of such a motor drive is from the DE-OS 24 10 641 known; There are numerous other versions of such motor drives from different manufacturers. Such motor drives are complex devices with a variety of mechanical and electrical components and correspondingly expensive. Usually, they are mounted laterally on the outside of the transformer tank and take up considerable space there. Finally, in any case, a drive train is required, which transmits the rotational movement from the motor drive to the tap changer, which is to be operated.

Die übertragene Drehbewegung des Motorantriebes dient üblicherweise zum Aufzug eines Kraftspeichers, nach dessen Auslösung eine schnelle Schaltbewegung erzeugt wird. Solche Kraftspeicher sind in unterschiedlichsten Ausführungsformen bekannt; eine frühe Bauform ist in der DE-OS 19 56 369 beschrieben. Allen diesen Kraftspeicher ist das gleiche Grundprinzip gemeinsam: Es erfolgt ein kontinuierlicher Aufzug eines Aufzugsteils, während dessen Aufzugsfedern gespannt werden, nachfolgend erfolgt die sprungartige Auslösung eines Abtriebsteils, bei der sich die Kraftspeicherfedern wieder entspannen.The transmitted rotary motion of the motor drive is usually used to lift an energy accumulator, after its triggering a fast switching movement is generated. Such energy storage are known in various embodiments; an early design is in the DE-OS 19 56 369 described. The same basic principle is common to all these energy accumulators: there is a continuous lift of an elevator part, during which the elevator springs are tensioned, followed by the sudden release of an output part, in which the energy storage springs relax again.

Aufgabe der Neuerung ist es, einen einfach zu betätigenden und einfach aufgebauten Stufenschalter anzugeben. Insbesondere ist es Aufgabe der Neuerung, den bisher notwendigen Motorantrieb ganz entfallen zu lassen.The object of the innovation is to specify an easy-to-operate and simply constructed tap-changer. In particular, it is an object of the innovation to omit the previously necessary motor drive completely.

Diese Aufgabe wird durch die Neuerung gelöst. Schutzanspruch 1 betrifft einen neuerungsgemäßen Stufenschalter; die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Neuerung.This task is solved by the innovation. Protection claim 1 relates to a renewal tap changer according to the invention; the dependent claims relate to advantageous developments of the innovation.

Der Neuerung liegt die allgemeine Idee zugrunde den Antrieb des Stufenschalters direkt durch einen Schrittmotor „vor Ort” vorzunehmen. Dadurch entfallen sowohl der eigentliche Motorantrieb als auch der bisher erforderliche Antriebsstrang hin zum Stufenschalter. Bei einem Stufenschalter des Lastwählertyps kann der Schrittmotor direkt dessen Schaltersäule mit einer beliebigen Teiligkeit ansteuern, z. B. mit einem Drehwinkel von 30 Grad, der in vielen Fällen dem Abstand zwischen den Kontakten benachbarter Wicklungsanzapfungen, die beschaltet werden können, entspricht. Besonders vorteilhaft ist etwa eine Geschwindigkeit des Schrittmotors derart, dass diese Drehbewegung von 30 Grad in ca. 60 ms vollzogen wird. Moderne, kommerziell verfügbare Schrittmotoren leisten dies. Bei einem Stufenschalter mit getrenntem Wähler und Lastumschalter vollführt der Schrittmotor üblicherweise einen Drehwinkel von 180 Grad, während dessen der beschriebene Kraftspeicher aufgezogen wird. Nach dessen Auslösung vollzieht sich, wie beschrieben, die eigentliche Lastumschaltung.The innovation is based on the general idea to drive the tap changer directly by a stepper motor "on site" make. This eliminates both the actual motor drive and the previously required drive train to the tap changer. In a tap changer of the load selector type, the stepper motor can directly control its switch column with any division, for. B. with a rotation angle of 30 degrees, which in many cases corresponds to the distance between the contacts of adjacent winding taps that can be connected. A speed of the stepping motor is particularly advantageous such that this rotational movement of 30 degrees is completed in about 60 ms. Modern, commercially available stepper motors do this. In a tap changer with separate selector and diverter switch the stepper motor usually performs a rotation angle of 180 degrees, during which the described energy storage is mounted. After its release takes place, as described, the actual load switching.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Neuerung kann beim letztgenannten Stufenschaltertyp auch der Kraftspeicher entfallen. Dabei erzeugt der Schrittmotor selbst die erforderliche rasche Drehbewegung und betätigt damit den Lastumschalter direkt.In an advantageous development of the innovation can be omitted in the last-mentioned tap-changer type and the energy storage. The stepper motor itself generates the required rapid rotational movement and thus actuates the diverter switch directly.

Die Neuerung soll nachfolgend an Hand von drei schematischen Darstellungen näher erläutert werden.The innovation will be explained in more detail below with reference to three schematic representations.

Es zeigen:Show it:

1 einen Stufenschalter des Lastwählertyps in schematischer Darstellung von oben 1 a tap changer of the load selector type in a schematic representation from above

2 einen solchen Stufenschalter in konkreterer Darstellung der tatsächlichen Bauelemente 2 Such a tap changer in a more concrete representation of the actual components

3 einen Kraftspeicher eines Stufenschalters mit getrenntem Wähler und getrenntem Lastumschalter. 3 a power storage of a tap changer with separate selector and separate diverter switch.

Der in 1 gezeigte Stufenschalter besitzt einen Isolierzylinder 1, an dessen Umfang auf bekannte Weise feste Kontakte 2 angeordnet sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde nur einer dieser Kontakte mit Bezugszeichen versehen; die in Klammern gesetzten Ziffern bezeichnen die jeweilige Anzapfung, hier beträgt die Zahl der Anzapfungen 12. Im Inneren des Isolierzylinders 1 befindet sich eine zentrische Schalt- bzw. Antriebswelle 3, die einen beweglichen Kontaktträger 4 trägt, der jeweils einen der festen Kontakte 2 kontaktiert. Neuerungsgemäß erfolgt die Betätigung, d. h. Drehbewegung der zentrischen Antriebswelle 3 durch einen hier nur mit Strichpunktlinien angedeutet Schrittmotor 5, der eine beliebige Teiligkeit aufweisen kann. Im hier dargestellten Beispiel vollführt der Schrittmotor 5 und damit die Antriebswelle 3 bei jeder Umschaltung von einer Wicklungsanzapfung auf eine benachbarte Wicklungsanzapfung einen Drehwinkel α von 30 Grad.The in 1 Tap changer shown has an insulating cylinder 1 , on its circumference in a known manner fixed contacts 2 are arranged. For reasons of clarity, only one of these contacts has been provided with reference numerals; the numbers in brackets denote the respective tap, here is the number of taps 12 , Inside the insulating cylinder 1 There is a central shift or drive shaft 3 that is a moving contact carrier 4 carries, each one of the fixed contacts 2 contacted. According to innovation, the operation, ie rotational movement of the central drive shaft 3 by a stepper motor indicated here only with dashed lines 5 which may have any division. In the example shown here, the stepper motor performs 5 and thus the drive shaft 3 at each switching from one winding tap to an adjacent winding tap, a rotation angle α of 30 degrees.

In 2 ist dieser Stufenschalter mit seiner konkreten möglichen Ausführungsform dargestellt. Auch hier ist wieder der Isolierzylinder 1 gezeigt, an dessen Umfang sich die festen Kontakte 2 befinden. Um den zentrischen Drehpunkt 3 herum angeordnet ist hier eine Schaltwelle 6, die wiederum den bereits erläuterten Kontaktträger 4 trägt. Diese Schaltwelle 6 wird neuerungsgemäß direkt durch einen hier nicht gezeigten Schrittmotor angetrieben. Weiterhin gezeigt ist hier, um die Schaltwelle 6 herum, ein Teilzylinder 7, der den mindestens einen Überschaltwiderstand 8 trägt. Auf dem Kontaktträger 4 sind zwei Gabeln 9, 10 angeordnet, die an ihrem freien Ende Rollen 11, 11a tragen, die den jeweiligen festen Kontakt 2, abhängig von der Stellung der Schaltwelle 6, kontaktieren. Noch gezeigt sind hier Schleifringe 12, 13 zur Lastableitung sowie die jeweiligen Netzklemmen 14, 15, 16, jeweils für eine Phase. Auch in dieser Darstellung ist der entsprechende Drehwinkel α angedeutet, der Winkel also, den neuerungsgemäß der Schrittmotor und damit die Schaltwelle 6 bei einer Umschaltung vollführen.In 2 this tap-changer is shown with its concrete possible embodiment. Again, the insulating cylinder is again 1 shown on the periphery of the fixed contacts 2 are located. Around the centric pivot 3 arranged around here is a switching shaft 6 , in turn, the previously described contact carrier 4 wearing. This switching shaft 6 is renewal driven directly by a stepper motor, not shown here. Further shown here is the shift shaft 6 around, a part cylinder 7 that has at least one over-resistance 8th wearing. On the contact carrier 4 are two forks 9 . 10 arranged to roll at their free end 11 . 11a wear the respective firm contact 2 , depending on the position of the switching shaft 6 , to contact. Slip rings are still shown here 12 . 13 for load dissipation and the respective power terminals 14 . 15 . 16 , each for one phase. Also in this illustration, the corresponding rotation angle α is indicated, ie the angle, according to the renewal of the stepping motor and thus the shift shaft 6 perform at a changeover.

3 zeigt einen Kraftspeicher eines anderen Stufenschaltertyps, bei dem Wähler und eigentlicher Lastumschalter getrennt sind. Dabei erfolgt üblicherweise zu Beginn der Umschaltung eine zunächst leistungslose Vorwahl des Wählers, gleichzeitig wird der Kraftspeicher aufgezogen. Nach Zurücklegen eines Drehwinkels von 180 Grad wird dann der bekannte Kraftspeicher ausgelöst und die eigentliche Lastumschaltung schnell vollzogen. Hier ist nur schematisch wiederum ein Schrittmotor 5 gezeigt, der auf einer Antriebswelle 21 wirkt, die zum Kraftspeicher 17 führt. Die Antriebswelle 21 betätigt einen Exzenter 20, der wiederum einen Aufzugsschlitten 18 spannt. Die bekannten Kraftspeicherfedern sind hier weggelassen. Die Spannung des Aufzugsschlittens 18 durch den Exzenter 20 erfolgt dadurch, dass dieser gegen einen seitlichen Klotz 18a drückt. Ein solcher Klotz ist für beide Richtungen vorhanden, hier jedoch ist nur einer mit einem Bezugszeichen versehen. Nach maximaler Spannung, d. h. Auslenkung des Aufzugsschlittens 18 wird das Abtriebsteil 19 ausgelöst und vollführt eine schnelle Bewegung, die in eine Drehbewegung der Abtriebswelle 22 umgesetzt wird, die einen bekannten Lastumschalter 23 schnell betätigt. Bei dieser Ausführungsform vollführt der Schrittmotor 5 eine Drehbewegung von 180 Grad. Während bei dem in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel die Drehbewegung des Schrittmotors und den Winkel α in beiden Richtungen möglich ist, erfolgt beim im Ausführungsbeispiel 3 gezeigten Gerät eine Betätigung um den Winkel b = 180 Grad stets in derselben Richtung. 3 shows a power storage of another tap-changer type, are separated in the selector and actual diverter switch. In this case, usually at the beginning of switching an initially powerless preselection of the selector, at the same time the energy storage is mounted. After covering a rotation angle of 180 degrees then the known power storage is triggered and the actual load switching completed quickly. Here is only a schematic turn a stepper motor 5 shown on a drive shaft 21 acts, to the energy storage 17 leads. The drive shaft 21 operates an eccentric 20 which in turn is a lift carriage 18 stressed. The known power storage springs are omitted here. The tension of the elevator carriage 18 through the eccentric 20 takes place in that this against a lateral block 18a suppressed. Such a block is available for both directions, but here only one is provided with a reference numeral. After maximum tension, ie deflection of the elevator carriage 18 becomes the stripping section 19 triggers and performs a rapid movement, resulting in a rotational movement of the output shaft 22 is implemented, which is a known diverter switch 23 quickly operated. In this embodiment, the stepper motor performs 5 a rotation of 180 degrees. While at the in the 1 and 2 shown embodiment, the rotational movement of the stepping motor and the angle α in both directions is possible, the device shown in the embodiment 3, an actuation by the angle b = 180 degrees always in the same direction.

In Weiterbildung der Neuerung ist es auch bei diesem Typ eines Stufenschalters möglich, den Kraftspeicher vollständig wegzulassen und den Lastumschalter durch einen schnell bewegbaren Schrittmotor direkt zu betätigen; dies ist z. B. durch einen Torquemotor möglich.In a further development of the innovation, it is also possible in this type of tap changer to omit the energy storage completely and to actuate the diverter switch directly by a fast-moving stepper motor; this is z. B. possible by a torque motor.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 2410641 [0003]
DE 1956369 [0004]

Claims

Stepping switch for uninterrupted switching between winding taps of a tapped transformer, comprising a drive shaft which can be actuated by a motor drive, wherein the drive shaft acts directly on contact actuating means and / or a force accumulator, which in turn drives contact actuating means after being triggered, characterized in that the drive shaft ( 3 . 6 ) actuating motor drive from a directly driving stepping motor ( 5 ) and that the stepper motor ( 5 ) above the tap changer and directly to the drive shaft ( 3 . 6 ) connected is.

Tap changer according to claim 1, characterized in that the stepping motor has a selectable selectivity, d. H. a preselectable fixed rotation angle (a, b) per switching has.

Tap changer according to claim 1 or 2, characterized in that the stepping motor is a torque motor.

Tap changer according to one of claims 1 to 3, characterized in that the tap changer is a load selector.

Tap changer according to claim 1 to 3, characterized in that the tap changer has a separate selector and separate diverter switch.