DE3833126A1

DE3833126A1 - Lastwaehler fuer stufentransformatoren

Info

Publication number: DE3833126A1
Application number: DE3833126A
Authority: DE
Inventors: Siegbert Dr Berger; Alfred Mayer; Karl Kurz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Priority date: 1988-09-29
Filing date: 1988-09-29
Publication date: 1990-04-05
Anticipated expiration: 2008-09-30
Also published as: US4978815A; DE3833126C2; JP2676633B2; JPH02128410A

Description

Die Erfindung betrifft Lastwähler für Stufentransformatoren zum Umschalten von einer Anzapfung zur nächsten mit auf einem Kreis angeordneten mit den Anzapfungen verbundenen festen Stufenkon takten, mit je Phase mindestens zwei auf dem Kreis gleichzeitig verschwenkbaren Schaltkontakten auf einem gemeinsamen Kontaktträger, mit je Phase zwei in den schwenkbaren Kontakt träger eingebauten elektrisch mit den Schaltkontakten in Reihe liegenden Vakuumschaltkontakten und mit einer auf dem Kreis an geordneten Nockenbahn zur Steuerung von Rollen zur Betätigung der Vakuumschaltkontakte.

Lastwähler dienen ebenso wie Stufenschalteinrichtungen mit voneinander getrennten Lastumschaltern und Wählern in Trans formatoren dazu, die Anzapfungen der Regelwicklungen dieser Transformatoren unter Last umzuschalten und damit Spannungs änderungen beim Verbraucher gezielt auszugleichen. Durch den Verzicht auf die Trennung des Lastumschalters vom Wähler lassen sich Lastwähler weniger aufwendig herstellen und einsetzen als die bisher überwiegend verwendeten Stufenschalteinrichtungen.

Beim Umschaltvorgang treten auch im Lastwähler an verschiedenen Kontakten Lichtbögen auf, die zum einen durch Zersetzung des sie umgebenden Transformatoröls und zum anderen durch Erosions produkte der Schaltkontakte das Transformatoröl verunreinigen und dadurch dessen elektrische Festigkeit beeinträchtigen. Durch die DE-B1-27 31 133 ist es bekannt, zur Vermeidung derartiger Lichtbögen das Ein- und Ausschalten des Stufenkurz schlußstromes an Vakuumschaltkontakten vorzunehmen. Zu diesem Zweck ist bei der bekannten Anordnung in Reihe mit je einer Schaltkontaktrolle je ein Vakuumschaltkontakt vorgesehen, von denen je Kontaktträger einer außerdem in Reihe mit einem Überschaltwiderstand liegt. Über die konstruktive Ausgestaltung eines derartigen Lastwählers mit Vakuumschaltkontakten ist dieser Druckschrift lediglich zu entnehmen, daß die Vakuumschalt kontakte auf dem schwenkbaren Kontaktträger untergebracht sind und daß zu ihrer Steuerung vorgesehene Rollen den Laststrom führen.

Durch die E-A3-01 51 740 ist der konstruktive Aufbau für einen Lastwähler ohne Vakuumschaltkontakte bekannt. Bei dieser Anord nung sind je Phase drei Kontaktrollen vorgesehen, die auf gleichzeitig Schaltnocken darstellenden festen Gegenkontakten ablaufen und Bewegungen von Teilen des schwenkbaren Kontaktträ gers steuern. Bei einem Schwenken des Kontaktträgers wird jeweils zunächst ein durch einen Überschaltwiderstand begrenzter Stufenkurzschlußstrom eingeschaltet, der unmittelbar darauf infolge des Weiterschwenkens des Kontaktträgers auch wieder unterbrochen wird. Die hierbei zwischen den festen Schalt kontakten und den Kontaktrollen auftretenden Lichtbögen haben wiederum die eingangs angegebene Wirkung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für einen Last wähler mit Vakuumschaltkontakten eine konstruktive Anordnung zu schaffen, die wirtschaftlich und betriebssicher einsetzbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe für einen Lastwähler der eingangs genannten Art dadurch gelöst,

- daß die Nockenbahn axial zwischen den festen Stufenkontakten und einem zusätzlich dazu vorgesehenen Schleifring angeordnet ist,
- daß die Nockenbahn gegenüber den Stufenkontakten sowie dem Schleifring einen deutlichen Abstand aufweist,
- daß die Nockenbahn, der die Stufenkontakte enthaltende Kreis und der Schleifring koaxial zueinander angeordnet sind,
- daß die Nockenbahn und die Rollen zur Betätigung der Vakuum schaltkontakte stromfrei sind und
- daß jeder der beiden Vakuumschaltkontakte elektrisch zwischen einem Schaltkontakt und einem auf dem Schleifring gleitenden Schleifkontakt liegt.

Gemäß zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung ist vorgesehen, daß die Nockenbahn einen Ring aus verschleißfestem elektrisch isolierenden Werkstoff darstellt, der gegebenenfalls aus mehreren Segmenten zusammengesetzt ist, deren jedes mindestens zwei Nocken aufweist und mit mindestens je einem Paßstift und je zwei Schrauben in einem Isolierstoffzylinder befestigt ist.

Andere zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung bestehen darin, daß die von der Nockenbahn gesteuerten Rollen von einer in einem Kontaktträger-Gehäuse geführten Gabel getragen sind, die entweder über ein topfähnliches Druckstück oder über einen auf Lagerböcken am Kontaktträger-Gehäuse gelagerten einarmigen Hebel die Vakuumschaltkontakte betätigt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 14 angegeben.

Der erfindungsgemäße Lastwähler ist sehr vorteilhaft, weil er durch die Trennung der zur mechanischen Steuerung der Vakuum schaltkontakte erforderlichen Baugruppe einerseits von der Baugruppe zur Führung der den Laststrom führenden Schalt kontakte andererseits einen einfachen, robusten und betriebs sicher arbeitenden konstruktiven Aufbau gewährleistet.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht und

Fig. 2 und 3 ein Querschnitt durch einen Lastwähler in stark verkleinertem Maßstab,

Fig. 4 ein Schaltbild eines Lastwählers in Form einer un symmetrischen Wimpelschaltung,

Fig. 5 einen Querschnitt,

Fig. 6 einen Längsschnitt und

Fig. 7 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsart eines schwenkbaren Kontaktträgers mit Vakuum-Schaltkontakten,

Fig. 8 einen Längsschnitt,

Fig. 9 einen Querschnitt und

Fig. 10 einen Teilquerschnitt einer zweiten Ausführungsart eines schwenkbaren Kontaktträgers für einen Lastwähler.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, dient ein Lastwähler 1 zur Verände rung des Übersetzungsverhältnisses eines Transformators, indem er eine Netzklemme 2 galvanisch mit festen Stufenkontakten 3 verbindet, die ihrerseits fest mit Anzapfungen einer Stufen wicklung 4 eines Transformators verbunden sind. Bei einer Um schaltung wird zunächst ein in Reihe mit einem Überschalt widerstand 5 liegender Schaltkontakt 6 auf den benachbarten Stufenkontakt 3 geschwenkt, wobei ein Vakuumschaltkontakt 7 vor dem Abheben des Schaltkontaktes 6 von dem Stufenkontakt 3 öff net und erst nach dem Anliegen des Schaltkontaktes 6 am näch sten Stufenkontakt 3 wieder schließt. Innerhalb des Umschalt vorgangs folgt nun die Öffnung eines Vakuumschaltkontaktes 8 der elektrisch in Reihe mit einem Schaltkontakt 9 liegt, so daß der Laststrom auf den Vakuum-Schaltkontakt 7 und den Schalt kontakt 6 kommutiert. Dabei wird beim Schalten in Richtung des Pfeiles 10 die Spannung erhöht und in Richtung des Pfeiles 11 die Spannung verkleinert.

Beim Schalten wird angestrebt, die Zeit zwischen dem Schließen des Vakuumschaltkontaktes 7 und dem folgenden Öffnen des Vakuum schaltkontaktes 8 so kurz wie möglich zu halten, weil während dieser Zeit eine Stufe der Stufenwicklung 4 elektrisch kurzge schlossen ist und die Stufenkurzschlußarbeit dieser Zeit vom Überschaltwiderstand 5 aufgenommen werden muß. Die erforderli che Abmessung des Überschaltwiderstands 5 sowie von dessen Kühleinrichtung hängen daher sehr stark von der Länge dieses Zeitraums ab. Andererseits darf aber auf keinen Fall der Laststrom unterbrochen werden.

Beim erfindungsgemäßen Lastwähler 1 erfolgt die Ableitung des Laststromes von den Vakuumschaltkontakten 7 und 8 zur Netz klemme 2 über Schleifkontakte 12 und einen Schleifring 13. Der Schleifring 13 ist aus Kupferblech gerollt, hat ein U-Profil und ist auf einem Tragring auf der Innenseite eines Isolier stoffzylinders 14 angeordnet. Der Schleifring 13, der Tragring und die Netzklemme 2 sind an dem Isolierstoffzylinder 14 miteinander verschraubt.

Die Schleifkontakte 12 sind gegen Federn 15 in einem Führungs arm 16 verschiebbar. Der Führungsarm 16 hat zusammen mit einem entsprechenden Führungsarm 17 für die Schaltkontakte 6 und einem Schaltkontaktträger 18 eine gemeinsame Grundplatte 19, die auf einer Schaltwelle 20 befestigt ist. Auf in Umfangs richtung von der Grundplatte 19 vorstehenden Leisten ist ein Teilzylinder 21 angebracht, der als Stütze für den die Form einer Drahtwendel aufweisenden Überschaltwiderstand 5 dient.

Zwei Gabeln 22 tragen auf den sich gegenseitig zugekehrten Zinkenseiten Führungsrollen 23, die in radialen Nuten des Schaltkontaktträgers 18 gleiten und den Gabeln 22 radiale Bewe gungen gestatten. Der Querholm jeder der Gabeln 22 bildet zusammen mit radial außen vorstehenden Stegen einen Lagerbock für Rollen 24, die eine Nockenbahn 25 auf der Innenseite des Isolierstoffzylinders 14 abtasten, so daß die Gabeln 22 bezogen auf die Schaltwelle 20 Radialbewegungen ausführen. Jede der Gabeln 22 weist Lager für zwei Rollen 24 auf, jedoch trägt normalerweise lediglich die zur Steuerung eines elektrisch in Reihe mit dem Schaltkontakt 9 liegenden Vakuumschaltkontaktes 8 tatsächlich zwei Rollen 24 während in der anderen Gabel 22 lediglich auf der der benachbarten Gabel 22 zugekehrten Seite eine Rolle 24 eingebaut ist.

Die Nockenbahn 25 gemäß der Ausführung nach Fig. 2 ist aus einer Vielzahl von Teilen zusammengesetzt. Dagegen ist die Nockenbahn 25 gemäß der Ausführungsform nach Fig. 3 aus nur drei Segmenten zusammengesetzt, deren jedes in nicht näher dargestellter Art und Weise von einem Paßstift arretiert und von zwei Schrauben im Isolierstoffzylinder 14 gehalten ist. In jedem Fall besteht die Nockenbahn 25 aus verschleißfestem, elektrisch isolierendem Werkstoff.

Jede der Gabeln 22 stützt sich bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 5 bis 7 in Richtung auf die Schaltwelle 20 über einen Hebel 26 und eine äußere Hülse 27 auf einer Druckfeder 28 ab. Der einarmige Hebel 26 hat im Querschnitt ein in Richtung auf einen Vakuumschaltkontakt 7 oder 8 offenes U-Profil und stützt sich in der Gabel 22 über zwei in Aussparungen der Profilstege des Hebels 26 eingepaßte drehbar gelagerte Scheiben ab. Der einarmige Hebel 26 ist aus Isolierwerkstoff hergestellt und umfaßt das freie Ende eines beweglichen Kontaktbolzens 30 der Vakuumschaltkontakte 7 oder 8 und ein von dem Kontaktbolzen 30 kraftschlüssig getragenes Anschlußstück 31. Der einarmige Hebel 26 trägt etwa in der Mitte zwischen seiner Lagerstelle in gehäusefesten Lagerböcken 32 und der Lagerung der Scheiben 29 auf jedem seiner beiden Stege je eine Nase 33, so daß ein definierter Angriffspunkt zwischen dem Hebel 26 und der äußeren Hülse 27 besteht.

Die Druckfeder 28 ist auf ihrer Außenseite von der äußeren Hülse 27 und auf ihrer Innenseite von einer inneren Hülse 34 geführt. Die innere Hülse 34 ihrerseits weist an ihrem unteren Ende einen von einem Schaltkontaktträgergehäuse 35 geführten umlaufenden Flansch auf. Die innere Hülse 34 führt außerdem den mit seinem festen Kontakt und Kontaktplatten in der Grundplatte 19 befestigten Vakuumschaltkontakt 7 bzw. 8.

Im beweglichen Kontaktbolzen 30 der Vakuumschaltkontakte 7 und 8 ist jeweils eine konzentrische Bohrung zur Aufnahme einer Druckfeder 37 vorgesehen, die einen Hilfsbolzen 38 von unten gegen den Hebel 26 drückt. Die maximale Verschiebung der Gabeln 22 in radialer Richtung nach außen zwischen einander benachbar ten Nocken der Nockenbahn 25 ist durch gehäusefeste Anschlag schrauben 39 begrenzt, die mit Anschlagklötzchen 40 auf den Gabeln 22 zusammenwirken. Die Anschlagklötzchen 40 dienen gleichzeitig als Befestigungspunkte für Anschlußleiter 41, die von den Anschlußstücken 31 ausgehen.

Die Ausführungsform gemäß den Fig. 8 bis 10 ist gegenüber der vorher beschriebenen Ausführungsform geringfügig vereinfacht und vorzugsweise zur Anwendung bei kleineren Schaltleistungen vorgesehen. Die Schaltkontakte 6 und 9 sind bei dieser Ausführung in das Kontaktträgergehäuse 35 miteingebaut und durchdringen die Gabeln 22. Auch bei dieser Anordnung besteht jedoch ein deutlicher räumlicher Abstand zwischen den strom führenden Schaltkontakten 6 und 9 einerseits und andererseits den laststromfreien Rollen 14. Bei dieser vereinfachten Form ist der Hebel 26 durch ein topfähnliches Druckstück 42 ersetzt, das die Radialbewegungen der Gabel 22 unmittelbar auf die äußere Hülse 27 überträgt und wird die Funktion der inneren Hülse 34 vom Gehäuse des zugehörigen Vakuumschaltkontaktes 7 bzw. 8 übernommen. Da das Druckstück 42 gegenüber dem Kontakt bolzen 30 keinerlei Kippbewegungen ausführt, drückt bei dieser Ausführung die Druckfeder 37 unmittelbar, d.h. unter Fortfall des Hilfsbolzens 38, gegen das Druckstück 42.

Unabhängig von der Ausführungsform des schwenkbaren Schaltkon taktträgers 18 sind im Ruhezustand jeweils beide Gabeln 22 radial nach innen gedrückt, so daß entweder über den Hebel 26 oder über das Druckstück 42 die äußere Hülse 27 und mit ihr das bewegliche Ende der Druckfeder 28 in Richtung auf die Schalt welle 20 verschoben sind. In dieser Stellung ist das Anschluß stück 31 und damit der Kontaktbolzen 30 des jeweils zugehörigen Vakuumschaltkontaktes 7 oder 8 von der äußeren Hülse 27 ent kuppelt, so daß der atmosphärische Druck den Vakuumschalt kontakt 7 bzw. 8 schließt.

Sobald bei einer Schwenkbewegung die Rollen 24 von einer Nocke der Nockenbahn 25 ablaufen und dadurch die zugehörige Gabel 22 sich in radialer Richtung nach außen bewegt, drückt die Druckfeder 28 die äußere Hülse 27 gegen das Anschlußstück 31 und hebt über die kraftschlüssige Verbindung zwischen diesem und dem Kontaktbolzen 30 den beweglichen Kontakt des Vakuum schaltkontaktes 7 bzw. 8 an. Beim Auflaufen auf die nächste Nocke der Nockenbahn 25 wird die Gabel 22 dann wieder radial nach innen geschoben und drückt dabei die äußere Hülse 27 und die Druckfeder 28 nach innen, so daß der atmosphärische Druck wiederum den Vakuumschaltkontakt 7 bzw. 8 schließt.

Das Kontaktträgergehäuse 35 und die Grundplatte 19 sind so gestaltet, daß durch einfaches Austauschen der Hülsen 27 und 34 Vakuumschaltkontakte 7 und 8 mit geringfügig unterschiedlichen Abmessungen unterschiedlicher Typen verschiedener Hersteller einsetzbar sind.

Claims

1. Lastwähler für Stufentransformatoren zum Umschalten von einer Anzapfung zur nächsten

- mit auf einem Kreis angeordneten mit den Anzapfungen verbundenen festen Stufenkontakten (3),
- mit je Phase mindestens zwei auf dem Kreis gleichzeitig ver schwenkbaren Schaltkontakten (6, 9) auf einem gemeinsamen Kontaktträger (18) ,
- mit je Phase zwei in den schwenkbaren Kontaktträger (18) eingebauten elektrisch mit den Schaltkontakten (6, 9) in Reihe liegenden Vakuum-Schaltkontakten (7, 8) und
- mit einer auf dem Kreis angeordneten Nockenbahn (25) zur Steuerung von Rollen zur Betätigung der Vakuum-Schaltkontakte (7, 8),

dadurch gekennzeichnet,

- daß die Nockenbahn (25) axial zwischen den festen Stufenkontak ten (3) und einem zusätzlich dazu vorgesehenen Schleifring (13) angeordnet ist,
- daß die Nockenbahn (25) gegenüber den Stufenkontakten (3) sowie dem Schleifring (13) einen deutlichen Abstand aufweist,
- daß die Nockenbahn (25), der die Stufenkontakte (3) enthaltende Kreis und der Schleifring (13) koaxial zueinander angeordnet sind,
- daß die Nockenbahn (25) und die Rollen (24) zur Betätigung der Vakuumschaltkontakte (7, 8) stromfrei sind und
- daß jeder der beiden Vakuumschaltkontakte (7, 8) elektrisch zwischen einem Schaltkontakt (6, 9) und einem auf dem Schleif ring (13) gleitenden Schleifkontakt (12) liegt.

2. Lastwähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Stufenkontakte (3), die Nockenbahnen (25) und der Schleifring (13) auf der Innenseite eines Isolierstoffzylinders (14) angeordnet sind.

3. Lastwähler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nocken bahn (25) einen Ring aus verschleißfestem, elektrisch isolie rendem Werkstoff darstellt.

4. Lastwähler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der die Nockenbahn (25) darstellende Ring aus mehreren Segmenten zu sammengesetzt ist, deren jedes mindestens zwei Nocken aufweist und mit mindestens je einem Paßstift und je zwei Schrauben im Isolierstoffzylinder (14) befestigt ist.

5. Lastwähler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Vakuumschaltkontakte (7, 8) jedes Kontaktträgers (18) durch eine Druckfeder (28) geöffnet wird, die zwischen zylindrischen Wänden von zwei zueinander und zu dem zugehörigen Vakuumschalt kontakt (7, 8) konzentrischen Hülsen (27, 34) geführt ist, die zusammen mit dem Vakuumschaltkontakt (7, 8) in ein Kontaktträ gergehäuse (35) eingebaut sind.

6. Lastwähler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die innere der beiden Hülsen (34) bodenlos ist und aus Isolierwerkstoff besteht und daß die andere Hülse (27) im Kontaktträger-Gehäuse (35) in ihrer Achsrichtung verschiebbar ist und in einer Öffnung ihres Bodens einen beweglichen Kontaktbolzen (30) des Vakuum schaltkontaktes (7, 8) führt.

7. Lastwähler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem freien Ende des beweglichen Kontaktbolzens (30) des Vakuum schaltkontaktes (7, 8) kraftschlüssig ein Anschlußstück (31) befestigt ist, das bei einer Entspannung der Druckfeder (28) von der äußeren Hülse (27) mitgenommen wird und den Vakuum schaltkontakt (7, 8) gegen den atmosphärischen Druck öffnet.

8. Lastwähler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Nockenbahn (25) gesteuerten Rollen (24) von einer im Kontakt trägergehäuse (35) geführten Gabel (22) getragen sind.

9. Lastwähler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gabel (22) über ein topfähnliches Druckstück (42) die äußere Hülse (27) bewegt und die Druckfeder (28) spannt bzw. sich ent spannen läßt.

10. Lastwähler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gabel (22) das freie Ende eines auf Lagerböcken (32) am Kontaktträger gehäuse (35) gelagerten einarmigen Hebels (26) umfaßt, der mit zwei im gleichen Abstand von seiner Drehachse auf der dem Vakuumschaltkontakt (7, 8) zugewandten Seite angebrachten Nasen (33) den beweglichen Kontaktbolzen (30) und das von diesem getragene Anschlußstück (31) flankiert und auf die äußere Hülse (27) drückt.

11. Lastwähler nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der einarmige Hebel (26) im Querschnitt ein in Richtung auf den Vakuumschaltkontakt (7, 8) offenes U-Profil aufweist und sich in der Gabel (22) über zwei in Aussparungen der Profilstege eingepaßte drehbar gelagerte Scheiben (29) abstützt.

12. Lastwähler nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in einer konzentrischen Bohrung des beweglichen Kontaktstückes eine Druckfeder (37) von einem Hilfsbolzen (38) zusammengedrückt ist, der sich an dem topfähnlichen Druckstück (42) bzw. an dem einarmigen Hebel (26) abstützt und bei Zerstörung des Vakuums in dem zugehörigen Vakuumschaltkontakt (7, 8) einen Notbetrieb gewährleistet.

13. Lastwähler nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Bewegung der Gabel (22) in Richtung auf die Nocken bahn (25) durch einstellbare Anschläge (39) an dem Kontaktträ gergehäuse (35) begrenzt ist.

14. Lastwähler nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einer Gabel (22) zwei Rollen (24) vorgesehen sind.