EP2458606A1 - Laststufenschalter - Google Patents

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EP2458606A1
EP2458606A1 EP11008781A EP11008781A EP2458606A1 EP 2458606 A1 EP2458606 A1 EP 2458606A1 EP 11008781 A EP11008781 A EP 11008781A EP 11008781 A EP11008781 A EP 11008781A EP 2458606 A1 EP2458606 A1 EP 2458606A1
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EP
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switching
load tap
tap
switching elements
winding
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EP11008781A
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Michael Vetter
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Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Scheubeck GmbH and Co
Original Assignee
Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/0005—Tap change devices
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/50—Means for increasing contact pressure, preventing vibration of contacts, holding contacts together after engagement, or biasing contacts to the open position
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/22—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H3/24—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using pneumatic or hydraulic actuator
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/32—Driving mechanisms, i.e. for transmitting driving force to the contacts
    • H01H3/46—Driving mechanisms, i.e. for transmitting driving force to the contacts using rod or lever linkage, e.g. toggle
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/666—Operating arrangements

Definitions

  • the present invention relates to an on-load tap-changer with switching elements for uninterrupted switching between winding tapping of a tapped transformer.
  • Tap changers have been in use worldwide for many years for uninterrupted switching between different winding taps of step transformers in large numbers.
  • Such tap changer usually consist of a selector for powerless selection of the respective winding tap of the tapped transformer to be switched to, and a diverter switch for the actual switching from the previous to the new, preselected winding tap.
  • the diverter switch usually has switching contacts and resistance contacts. The switch contacts are used for direct connection of the respective winding tap with the load dissipation, the resistor contacts for short-term wiring, d. H. Bridging by means of one or more switching resistors.
  • vacuum interrupters to load switching prevents arcing in the oil and thus the oil pollution of the diverter switch oil. It allows extended maintenance intervals.
  • On-load tap-changers with vacuum interrupters are known with numerous different circuits with 2, 3, 4 or more switching vacuum interrupters per phase.
  • a typical circuit, here with 3 vacuum interrupters per phase, shows the DE 10 2007 004 530 A1 ,
  • actuation of the individual vacuum interrupters takes place by means of a shaft which can be rotated in both directions and which is rapidly rotated after the triggering of an energy accumulator.
  • a cam is fixedly arranged for actuating the vacuum interrupters on the shift shaft, which has on its front side for each vacuum interrupter a control cam in which a positively locked roller is positively acting, which acts on the actuating lever of the associated vacuum interrupter.
  • the cam is realized here in the form of a horizontally deviating from the circular contour circumferential groove, in the form-fitting engages the respective role.
  • control of the respective vacuum interrupter or the mechanical switching elements is thus carried out mechanically by means of the control cam and with the aid of various operating levers and the cam along rolling rollers, so that ultimately opening and closing the vacuum tubes or the mechanical switching elements is effected.
  • Each switching element must have a separate cam with one adapted for the respective switching sequence
  • Control cam which has an increase, or depression, for each individual actuation of the corresponding switching element, be provided. If the underlying switching sequence requires a multiple opening and closing of the respective switching element for switching from the stage n to the stage n + 1, the circular sector of the cam for each actuation during a switch is getting smaller, since the maximum for Available 360 degrees can not be expanded arbitrarily. Overall, this mechanical solution results in a relatively complex system consisting of a large number of individual components, by means of which the actual load changeover must take place smoothly in a very small available time window of only a few milliseconds.
  • Object of the present invention is therefore to provide an on-load tap-changer with vacuum interrupters or mechanical switching elements for uninterrupted switching between winding taps of a tapped transformer, which allows a reliable operation of any number of switching elements used regardless of the complexity of the switching sequence. Furthermore, it is an object of the invention to provide a technically simple and safe solution for this purpose, which also especially in vacuum interrupters bouncing, d. H. a short-term contact of the contact surfaces of the two plunger inside the vacuum interrupter in a switching operation, effectively prevents.
  • an on-load tap changer having the features of the first claim.
  • the subclaims relate to particularly advantageous developments of the invention.
  • the invention is particularly suitable for on-load tap changers with vacuum interrupters as switching elements, but is not limited thereto.
  • the general inventive idea is no longer to mechanically actuate the individual switching elements, as in the prior art, with a single cam with separate cams, but directly hydraulically by means of a separate hinge device for each of the switching elements used.
  • the joint device according to the invention has for this purpose a gleich243en hydraulic cylinder with continuous piston rods, which cooperates via a cylinder connection with an angle-like articulated lever, which in turn is attached to the first side of a double-sided hinged leg whose second side is pivotally connected to an adapter, the linear is guided in a guide angle, such that the switching element connected to the adapter is switched on and off. Due to the separate hydraulic actuation of each individual switching elements, it is completely irrelevant how often the corresponding switching element during a switching sequence open or closed, ie on or off, must be.
  • FIG. 1 only the invention essential parts of an on-load tap changer according to the invention with vacuum interrupters shown and described. On the description and presentation of per se known features and for the essence of the invention not relevant components has been omitted.
  • FIG. 1 shows a hinge device 1 for actuating a vacuum interrupter, which is driven by a synchronous hydraulic cylinder 2 with continuous piston rods.
  • a cylinder bearing block 3 On the lower side of the hydraulic cylinder 2, a cylinder bearing block 3 is provided, which receives the hydraulic cylinder 2 articulated.
  • a fork-shaped cylinder connection 4 On the opposite side of the hydraulic cylinder, ie on the continuous piston rod, a fork-shaped cylinder connection 4 is fixed, via which a defined force in an angular hinge lever 5 can be introduced.
  • the connection between the cylinder port 4 and the articulated lever 5 is formed pivotable.
  • the angular joint lever 5 has in the illustration of FIG. 1 a horizontal Gelenkhebelarm 5.1 and a relatively arranged in the range of 90 ° to the vertical Gelenkhebelarm 5.2.
  • a joint bearing block 6 which is attached, for example, to the inner wall of an oil tank, not shown, the diverter switch.
  • This can for example, by a detachable screw connection, or by gluing on the inner wall of the oil vessel.
  • the lower end of the vertical Gelenkhebelarms 5.2 is also fork-shaped, so that the first side of a leg 7 can be pushed in between and is secured by a bolt 8 rotatably supported.
  • the second side of the leg 7 is received in a further fork-shaped receptacle of an adapter 9 and there secured in an analogous manner by means of a further bolt 9 rotatably supported.
  • the linkage 10 of the adapter 9 which continues downwards at the fork-shaped receptacle is guided in a bore 11 of a guide angle 12. For better coefficients of friction provides a provided in the bore 11 linear plain bearing 13th

Landscapes

  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Laststufenschalter mit Schaltelementen zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfung eines Stufentransformators. Die allgemeine erfinderische Idee besteht darin, die einzelnen Schaltelemente nicht mehr, wie nach dem Stand der Technik, mit einer einzigen Kurvenscheibe mit separaten Steuerkurven mechanisch anzusteuern bzw. zu betätigen, sondern direkt hydraulisch mittels einer separaten Gelenkvorrichtung für jedes der verwendeten Schaltelemente. Die erfindungsgemäße Gelenkvorrichtung weist hierfür einen gleichgängigen Hydraulikzylinder mit durchgängigen Kolbenstangen auf, der über einen Zylinderanschluss mit einem winkelartig ausgebildeten Gelenkhebel zusammenwirkt, der seinerseits wiederum an der ersten Seite eines doppelseitig angelenkten Schenkels befestigt ist, dessen zweite Seite mit einem Adapter gelenkig verbunden ist, der linear in einem Führungswinkel geführt wird, derart, dass das mit dem Adapter verbundene Schaltelement zu- und abschaltbar ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Laststufenschalter mit Schaltelementen zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfung eines Stufentransformators.
  • Stufenschalter sind seit vielen Jahren zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen von Stufentransformatoren in großen Zahlen weltweit im Einsatz. Solche Stufenschalter bestehen üblicherweise aus einem Wähler zur leistungslosen Anwahl der jeweiligen Wicklungsanzapfung des Stufentransformators, auf die umgeschaltet werden soll, und einem Lastumschalter zur eigentlichen Umschaltung von der bisherigen auf die neue, vorgewählte Wicklungsanzapfung. Der Lastumschalter weist dazu üblicherweise Schaltkontakte und Widerstandskontakte auf. Die Schaltkontakte dienen dabei zur direkten Verbindung der jeweiligen Wicklungsanzapfung mit der Lastableitung, die Widerstandskontakte zur kurzzeitigen Beschaltung, d. h. Überbrückung mittels eines oder mehrerer Überschaltwiderstände. Die Entwicklungen der letzten Jahre führten jedoch weg von Lastumschaltern mit mechanischen Schaltkontakten. Stattdessen werden vermehrt Vakuumschaltröhren oder auch Thyristoren als Schaltelemente eingesetzt.
  • Die Verwendung von Vakuumschaltröhren zur Lastumschaltung verhindert eine Lichtbogenbildung im Öl und damit die Ölverschmutzung des Lastumschalteröles. Sie gestattet damit verlängerte Wartungsintervalle. Laststufenschalter mit Vakuumschaltröhren sind mit zahlreichen unterschiedlichen Schaltungen mit 2, 3, 4 oder auch mehr schaltenden Vakuumschaltröhren pro Phase bekannt. Eine typische Schaltung, hier mit 3 Vakuumschaltröhren pro Phase, zeigt die DE 10 2007 004 530 A1 .
  • In der DE 42 31 353 A1 erfolgt die Betätigung der einzelnen Vakuumschaltröhren durch eine in beiden Richtungen drehbare Schaltwelle, die nach Auslösung eines Kraftspeichers schnell gedreht wird. Dabei ist zur Betätigung der Vakuumschaltröhren auf der Schaltwelle eine Kurvenscheibe fest angeordnet, die an ihrer Stirnseite für jede Vakuumschaltröhre eine Steuerkurve aufweist, in der formschlüssig eine Rolle zwangsgeführt ist, die auf den Betätigungshebel der zugeordneten Vakuumschaltröhre einwirkt. Die Steuerkurve wird hier in Form einer horizontal von der Kreiskontur abweichenden umlaufenden Nut realisiert, in die formschlüssig die jeweilige Rolle eingreift.
  • Die Ansteuerung der jeweiligen Vakuumschaltröhre oder auch der mechanischen Schaltelemente erfolgt damit mechanisch mittels der Steuerkurve und unter Zuhilfenahme von verschiedenen Betätigungshebeln und die Steuerkurve entlang wälzenden Rollen, so dass letzten Endes ein Öffnen und Schließen der Vakuumröhren oder der mechanischen Schaltelemente bewirkt wird. Für jedes Schaltelement muss eine separate Kurvenscheibe mit einer für die jeweilige Schaltsequenz angepassten
  • Steuerkurve, die für jede einzelne Betätigung des entsprechenden Schaltelementes eine Erhöhung, bzw. Vertiefung aufweist, vorgesehen sein. Wenn die zu Grunde liegende Schaltsequenz ein mehrfaches Öffnen und Schließen des jeweiligen Schaltelementes für eine Umschaltung von der Stufe n auf die Stufe n+1 erforderlich macht, wird der Kreissektor der Kurvenscheibe für jede einzelne Betätigung während einer Umschaltung immer kleiner, da sich die maximal zur Verfügung stehenden 360 Grad nicht beliebig erweitern lassen. Insgesamt betrachtet ergibt sich aus dieser mechanischen Lösung ein relativ komplexes, aus einer Vielzahl von Einzelbauteilen bestehendes System, mittels dem in einem sehr kleinen zur Verfügung stehenden Zeitfenster von nur wenigen Millisekunden die eigentliche Lastumschaltung reibungslos erfolgen muss.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Laststufenschalter mit Vakuumschaltröhren oder auch mechanischen Schaltelementen zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators anzugeben, der unabhängig von der Komplexität der Schaltsequenz eine zuverlässige Betätigung einer beliebig großen Anzahl verwendeter Schaltelemente erlaubt. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, hierfür eine technisch einfache und sichere Lösung anzubieten, die zudem besonders bei Vakuumschaltröhren ein Prellen, d. h. eine kurzzeitige Berührung der Kontaktflächen der beiden Stößel im Inneren der Vakuumschaltröhre bei einem Umschaltvorgang, wirkungsvoll unterbindet.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Laststufenschalter mit den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst. Die Unteransprüche betreffen dabei besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. Die Erfindung ist besonders für Laststufenschalter mit Vakuumschaltröhren als Schaltelementen geeignet, aber nicht darauf beschränkt.
  • Die allgemeine erfinderische Idee besteht darin, die einzelnen Schaltelemente nicht mehr, wie nach dem Stand der Technik, mit einer einzigen Kurvenscheibe mit separaten Steuerkurven mechanisch anzusteuern bzw. zu betätigen, sondern direkt hydraulisch mittels einer separaten Gelenkvorrichtung für jedes der verwendeten Schaltelemente. Die erfindungsgemäße Gelenkvorrichtung weist hierfür einen gleichgängigen Hydraulikzylinder mit durchgängigen Kolbenstangen auf, der über einen Zylinderanschluss mit einem winkelartig ausgebildeten Gelenkhebel zusammenwirkt, der seinerseits wiederum an der ersten Seite eines doppelseitig angelenkten Schenkels befestigt ist, dessen zweite Seite mit einem Adapter gelenkig verbunden ist, der linear in einem Führungswinkel geführt wird, derart, dass das mit dem Adapter verbundene Schaltelement zu- und abschaltbar ist. Durch die separate hydraulische Betätigung jeder einzelnen Schaltelemente ist es völlig unerheblich, wie oft das entsprechende Schaltelement während einer Schaltsequenz geöffnet bzw. geschlossen, d. h. zu- oder abgeschaltet, werden muss.
  • Zwar ist es aus der DE 195 34 601 oder auch der BE 697 080 schon grundsätzlich bekannt geworden, die Schaltelemente eines Laststufenschalters hydraulisch zu beschalten, nur entnimmt der Fachmann diesem bekannten Stand der Technik nicht die allgemeine erfinderische Idee der vorliegenden Anmeldung, zur Beschaltung der jeweiligen Schaltelemente eine Gelenkvorrichtung mit den Merkmalen des ersten Patentanspruches zu verwenden. Jedoch ist es die erfindungsgemäße Gelenkvorrichtung, die ein Prellen der im Inneren der Vakuumschaltröhre befindlichen Stößel wirkungsvoll verhindert, da eine Sperrung in der Totlage beim Schließen der Gelenkvorrichtung erreicht wird, indem in dieser Position der Gelenkhebel und der Schenkel parallel in der Vertikalen stehen und damit besondere Vorteile bietet.
  • Die Erfindung soll nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren noch näher erläutert werden.
  • Es zeigt:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung eines Teils eines erfindungsgemäßen Laststufenschalters, hier mit Vakuumschaltröhren.
  • Aus Übersichtlichkeitsgründen sind nachstehend in Figur 1 nur die erfindungswesentlichen Teile eines erfindungsgemäßen Laststufenschalters mit Vakuumschaltröhren gezeigt und beschrieben. Auf die Beschreibung und Darstellung an sich bekannter Merkmale und für das Wesen der Erfindung nicht relevanter Bauteile wurde verzichtet.
  • Figur 1 zeigt eine Gelenkvorrichtung 1 zur Betätigung einer Vakuumschaltröhre, die von einem gleichgängigen Hydraulikzylinder 2 mit durchgängigen Kolbenstangen angetrieben wird. An der unteren Seite des Hydraulikzylinders 2 ist ein Zylinderlagerbock 3 vorgesehen, der den Hydraulikzylinder 2 gelenkig aufnimmt. An der gegenüberliegenden Seite des Hydraulikzylinders, also an dessen durchgängiger Kolbenstange, ist ein gabelförmig ausgebildeter Zylinderanschluss 4 befestigt, über den eine definierte Kraft in einen winkelförmigen Gelenkhebel 5 einleitbar ist. Die Verbindung zwischen dem Zylinderanschluss 4 und dem Gelenkhebel 5 ist dabei verschwenkbar ausgebildet. Der winkelförmige Gelenkhebel 5 weist in der Darstellung der Figur 1 einen horizontalen Gelenkhebelarm 5.1 und einen im Bereich von 90° dazu relativ angeordneten vertikalen Gelenkhebelarm 5.2 auf. Seinerseits wiederum verschwenkbar gehalten wird der Gelenkhebel 5 von einem Gelenklagerbock 6, der beispielweise an Innenwandung eines nicht dargestellten Ölgefäßes des Lastumschalters befestigt ist. Dies kann beispielsweise durch eine lösbare Schraubenverbindung erfolgen, oder durch Verkleben an der Innenwandung des Olgefäßes. Das untere Ende des vertikalen Gelenkhebelarms 5.2 ist ebenfalls gabelförmig geformt, so dass die erste Seite eines Schenkels 7 dazwischen geschoben werden kann und mittels eines Bolzens 8 drehbar gelagert gesichert wird. Die zweite Seite des Schenkels 7 wird in einer weiteren gabelförmig ausgebildeten Aufnahme eines Adapters 9 aufgenommen und dort in analoger Weise mittels eines weiteren Bolzens 9 drehbar gelagert gesichert. Das an der gabelförmigen Aufnahme nach unten hin weitergeführte Gestänge 10 des Adapters 9 wird dabei in einer Bohrung 11 eines Führungswinkels 12 geführt. Für bessere Reibwerte sorgt ein in der Bohrung 11 vorgesehenes lineares Gleitlager 13.

Claims (3)

  1. Laststufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators,
    aufweisend einen Wähler zur leistungslosen Anwahl der jeweiligen Wicklungsanzapfung des Stufentransformators, auf die umgeschaltet werden soll,
    einen Lastumschalter zur eigentlichen Umschaltung von der beschalteten auf die neue, vorgewählte Wicklungsanzapfung,
    und Betätigungsmittel zum Zu- bzw. Abschalten von Schaltelementen,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Betätigungsmittel eine Gelenkvorrichtung (1) ist, die einen gleichgängigen Hydraulikzylinder (2) mit durchgängigen Kolbenstangen aufweist, der über einen Zylinderanschluss (4) mit einem winkelartig ausgebildeten Gelenkhebel (5) zusammenwirkt, der seinerseits wiederum an der ersten Seite eines doppelseitig angelenkten Schenkels (7) befestigt ist und dessen zweite Seite mit einem Adapter (9) gelenkig verbunden ist, der linear in einem Führungswinkel geführt wird, derart, dass das mit dem Adapter (9) jeweils verbundene Schaltelement zu- und abschaltbar ist.
  2. Laststufenschalter nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die verwendeten Schaltelemente Vakuumschaltröhren sind.
  3. Laststufenschalter nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die verwendeten Schaltelemente mechanische Kontakte sind.
EP20110008781 2010-11-30 2011-11-04 Laststufenschalter Not-in-force EP2458606B1 (de)

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