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Die Neuerung betrifft einen Stufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators.
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Solche Stufenschalter sind prinzipiell als Einbauschalter oder als Anbauschalter bekannt.
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Ein typischer Einbauschalter besitzt üblicherweise einen Lastumschalter in einem separaten Ölgefäß zur eigentlichen unterbrechungslosen Lastumschaltung und darunter angeordnet einen Wähler zur Vorwahl der Wicklungsanzapfung des Stufentransformators, auf die nachfolgend umgeschaltet werden soll. Ein solcher Einbauschalter wird, daher der Name, von oben vollständig in den ölgefüllten Transformatorkessel eingeführt und montiert. Dabei ist durch das separate Ölgefäß des Lastumschalters gewährleistet, dass sich dessen Ölvolumen nicht mit dem umgebenden Isolieröl im Transformatorkessel vermischt. Dabei ist es generell notwendig, elektrische Leitungen als sog. Leitungsgerüst von den einzelnen Wicklungsanzapfungen im Inneren des Transformators durch Transformatorkessel hin zum Stufenschalter zu führen
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Ein typischer Anbauschalter, wie er beispielsweise aus der Firmendruckschrift der Reinhausen Manufacturing Inc.: „VACUTAP
® RMV-A On-Load Tap-Changer for Regulating Transformers” bekannt ist, besitzt ein separates, umschließendes Gehäuse, in der Regel aus Blech, und wird seitlich an der Außenwandung des Transformators platziert. Das Gehäuse eines solchen Anbauschalters ist mit Isolieröl gefüllt. Auch hierbei ist es notwendig, die elektrischen Leitungen von den einzelnen Wicklungsanzapfungen im Inneren des Transformators durch den gesamten Transformatorkessel hindurch und weiterhin zusätzlich durch ein abdichtendes sogen. Transformatoren-Board, auch als Barrier-Board bezeichnet, nach außen zum seitlich angebauten Stufenschalter zu führen. Die
DE 29 23 170 beschreibt ein solches Transformatoren-Board, dort als „Klemmenbrett” bezeichnet. Es ist notwendig, weil der angebaute Stufenschalter in einem separaten ölgefüllten Gehäuse untergebracht ist, dass vom ebenfalls ölgefüllten Transformatorkessel durch eine öldichte Trennwand getrennt ist, wobei am „Klemmenbrett” die Anschlüsse zur Verbindung der Transformatorenanzapfungen mit dem Stufenschalter vorgesehen sind.
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Sowohl das notwendige Leitungsgerüst als auch das Transformatoren-Board sind aufwändig und teuer.
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Weiterhin ist es beim gesamten Stand der Technik notwendig, einen separaten Ölkreislauf für den Stufenschalter vorzusehen, der in der Regel auch ein separates Schutzrelais, eigene Rohrleitungen sowie einen separaten Ausdehner und auch separaten Luftentfeuchter enthält.
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Aufgabe der Neuerung ist es, die Nachteile dieser bekannten Lösungen zu vermeiden und einen einfach aufgebauten, preisgünstigen Stufenschalter anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch einen Stufenschalter mit den Merkmalen des ersten Schutzanspruches gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Neuerung.
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Gemäß der Neuerung weist der erfindungsgemäße Stufenschalter kein separates Ölgefäß auf; er lässt sich besonders vorteilhaft am oder direkt im Transformator, in dessen Ölvolumen, anordnen. Dadurch, dass der Stufenschalter kein separates, ihn vollständig umschließendes und abdichtendes Gehäuse und damit kein separates Ölvolumen mehr aufweist, sind weder ein Transformatoren-Board noch besondere Dichtungen mehr notwendig.
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Diese neuerungsgemäße Lösung ist auch für Hermetiklösungen geeignet. Das Volumen des Transformatorkessels ist um Größenordnungen größer als das bisherige separate Ölvolumen von Stufenschaltern nach dem Stand der Technik, so dass eine eventuelle geringfügige Ölverschmutzung durch den Stufenschalter hingenommen werden kann. Dies besonders dann, wenn der Stufenschalter mit Vakuumschaltzellen statt mechanischer, lichtbogenerzeugender Kontakte ausgestattet ist.
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Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet des neuerungsgemäßen Stufenschalters liegt im Bereich eines maximalen Durchgangsstromes von 400 A und einer maximalen Stufenspannung von 1500 V.
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Aus der
DE 10 2008 027 274 ist es zwar bereits bekannt, entgegen dem langjährigen Stand der Technik eine Durchmischung der Ölvolumen von Transformator und Stufenschalter zuzulassen, dies bezieht sich dort aber lediglich auf ein vorgeschlagenes gemeinsames Ölausdehnungsgefäß oberhalb des Transformators. Die Neuerung hingegen verzichtet konsequent auf ein separates Ölvolumen und ein eigenes Gehäuse des Stufenschalters selbst.
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Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist der Stufenschalter als Anbauschalter am Transformator vorgesehen. Da ein gemeinsames Ölvolumen vorhanden ist, kann auf das nach dem Stand der Technik bisher erforderliche, oben diskutierte Barrier-Board verzichtet werden.
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Gemäß einer zweiten Ausfuhrungsform der Neuerung ist der Stufenschalter im Inneren des Transformators im Bereich der Zwickel der Transformatorwindungen angeordnet. Dies hat den besonderen Vorteil nur kurzer Leitungen von den Wicklungsanzapfungen hin zum jeweiligen Stufenschalter. Weiterhin bestehen beste Voraussetzungen für eine ideale Kühlung, da der Stufenschalter direkt im Hauptölstrom des Transformators liegt.
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Bei beiden Ausführungsformen der Neuerung ist es besonders vorteilhaft, den jeweiligen Antriebsmotor direkt am Stufenschalter vorzusehen, d. h. unter Öl anzuordnen. Damit ist kein Antriebsgestänge mehr erforderlich, und es entfällt das bisher erforderliche Kuppeln.
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Die Neuerung soll nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert werden.
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Es zeigen:
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1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stufenschalters als Anbauschalter
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2 eine zweite Ausführungsform als Einbauschalter
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3 eine weitere Ausführungsform als Einbauschalter.
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In 1 ist ein Regeltransformator 1 gezeigt, der einen ihn vollständig umschließenden, mit Isolieröl gefüllten Transformatorkessel 2 aufweist. Im Transformatorkessel 2 befinden sich die Regelwicklungen 3 für alle drei Phasen. Am Transformator 1 ist seitlich ein Stufenschalter 4 angeordnet, der ein ihn nur teilweise umschließendes Gehäuse 5 besitzt. Das Gehäuse 5 ist mit seiner offenen Seite einer Öffnung 6 im Transformatorkessel 2 zugewandt. Der Stufenschalter 4 steht also mit dem Ölvolumen im Inneren des Transformatorkessels 2 in Verbindung. Zwar ist auch hier eine Dichtung 7 vorgesehen, die nach außen die Verbindungsstelle zwischen einem Anschlussflansch 8 des Transformatorkessels 2 und einem Anschlussflansch 9 des Gehäuses 5 des Stufenschalters 4 abdichtet, aber das gemeinsame Ölvolumen ist nicht getrennt, so dass – entgegen dem Stand der Technik – kein Transformator-Board notwendig ist. Die beschriebene Dichtung 7 dient hier vielmehr zur Abdichtung des einzigen, gesamten Ölvolumens nach außen. Dargestellt sind noch die elektrischen Verbindungsleitungen 10 hin zum Stufenschalter 4, die aus Übersichtlichkeitsgründen nicht alle mit Bezugszeichen versehen sind.
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2 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stufenschalters als Einbauschalter. Gezeigt ist hier wiederum ein Regeltransformator 1 mit ebenfalls einem Transformatorkessel 2, der ihn vollständig umschließt und die Ölfüllung aufnimmt Dargestellt sind ebenfalls wieder Regelwicklungen 3, 4, 5 für die jeweiligen Phasen, die Wicklungsausleitungen besitzen, die wiederum mit dem jeweiligen Stufenschalter elektrisch in Verbindung stehen. Direkt im Bereich jeder dieser Regelwicklungen 3, 4, 5 ist dazu erfindungsgemäß ein Stufenschalter angeordnet, der jeweils einen Wähler 6.1, 6.2, 6.3 sowie einen Lastumschalter 7.1, 7.2, 7.3 aufweist. Es ist im Rahmen der Erfindung auch möglich, die jeweiligen Wähler 6.1...6.3 und die dazugehorigen Lastumschalter 7.1...7.3 jeweils zu einem kombinierten Stufenschalter nach dem Lastwählerprinzip zusammenzufassen Direkt oberhalb jedes Lastumschalters 7.1...7.3 befindet sich direkt im Transformatorkessel 2 ein separater Motorantrieb 8, 9, 10. Damit entfallen die nach dem Stand der Technik mit einem außenliegenden Motorantrieb erforderlichen Antriebsgestänge ins Innere des Transformatorkessels zu den entsprechenden Stufenschaltern vollständig. Gezeigt ist hier noch, außerhalb des Transformatorkessels 2 angeordnet, ein Steuergehäuse 11, das die elektrischen Steuer- und Anzeigemittel für die jeweiligen Motorantriebe 8...10 aufnimmt. Die elektrischen Verbindungsleitungen hin zu den Antrieben 8...10 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit hier nicht dargestellt. Die Motorantriebe 8...10 sind demnach im Isolieröl angeordnet; es kann sich um bekannte Drehstrom-Asynchronmotore, Schrittmotore, Torquemotore oder andere Antriebe handeln.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Abweichend von der in 2 dargestellten Ausführungsform ist hier im Inneren des Transformatorkessels 2 ein einziger Motorantrieb 12 vorgesehen, der über Gestänge 13.1, 13.2, 13.3 auf die entsprechenden Lastumschalter 7.1...7.3 der wiederum im Bereich der Regelwicklungen 3...5 angeordneten Stufenschalter wirkt.
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Sowohl die in 2 als auch die in 3 gezeigten Ausführungsformen eines Stufenschalters ohne ihn vollständig umschließendes eigenes Gehäuse besitzen gemeinsam mit dem sie umschließenden Transformatorkessel 2 ein einziges, gemeinsames Ölvolumen. Damit ist kein separater Ölkreislauf – wie nach dem Stand der Technik – mehr erforderlich, separate Rohrleitungen, Ausdehner, Schutzrelais, Luftentfeuchter usw, die bei bekannten Lösungen erforderlich sind, können entfallen. Durch die räumliche Nähe zwischen dem jeweiligen Stufenschalter bzw. dem jeweiligen einphasigen Stufenschaltermodul und der jeweiligen Wicklung, mit der, genauer gesagt deren Wicklungsausleitungen, er elektrisch in Verbindung steht, entfallen die – nach dem Stand der Technik erforderlichen – Leitungsgerüste durch den gesamten Transformatorkessel nach außen. Die erfindungsgemäßen Stufenschalter sind vollständig im Transformatorkessel 2 angeordnet
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Die in 2 gezeigte Ausfuhrungsform bietet darüber hinaus den Vorteil, dass durch die direkte Anordnung modularer Motorantriebe an den jeweiligen Stufenschaltern und damit ebenfalls im ölgefüllten Transformatorkessel die – nach dem Stand der Technik erforderlichen – Antriebsgestänge entfallen konnen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2923170 [0004]
- DE 102008027274 [0012]
