EP2569785A1 - Umsteller für einen transformator - Google Patents

Umsteller für einen transformator

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Publication number
EP2569785A1
EP2569785A1 EP11707088A EP11707088A EP2569785A1 EP 2569785 A1 EP2569785 A1 EP 2569785A1 EP 11707088 A EP11707088 A EP 11707088A EP 11707088 A EP11707088 A EP 11707088A EP 2569785 A1 EP2569785 A1 EP 2569785A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contact
opening
longitudinal axis
cooling medium
mla
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11707088A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Schuster
Harald Hochmuth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Scheubeck GmbH and Co
Original Assignee
Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Maschinenfabrik Reinhausen GmbH, Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG filed Critical Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Publication of EP2569785A1 publication Critical patent/EP2569785A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01H9/0016—Contact arrangements for tap changers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/62—Heating or cooling of contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F29/00—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00
    • H01F29/02—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with tappings on coil or winding; with provision for rearrangement or interconnection of windings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/52—Cooling of switch parts
    • H01H2009/523—Cooling of switch parts by using heat pipes

Definitions

  • the invention relates to a diverter for a transformer according to the preamble of claim 1.
  • the transformation ratio in the unloaded, i. Ström- and voltage-free state by means of a diverter is changeable.
  • the transformer is particularly adaptable to different loads.
  • Generic diverters consist of a plurality of mutually parallel, beabs- tandeten and circularly arranged around a central longitudinal axis contact bars and a relative to the contact rods rotatable contact arrangement, which is positionable by rotating about the central longitudinal axis in a plurality of switching positions and wherein in the different switching positions in each case two contact rods via the contact arrangement conductive connected to each other.
  • the contact arrangement consists for example of a plurality of contact elements which are individually spring-loaded with respect to the central longitudinal axis radially displaceable and are pressed by springs against the contact rods.
  • the essential aspect of the invention is that to produce a convection cooling the contact bars are at least partially hollow and each have at least a first opening for flowing in a cooling medium and at least one second opening for the outflow of a cooling medium, wherein the first and second openings along the central longitudinal axis are arranged spaced from each other.
  • the cooling medium due to convection i. flow through this interior due to a temperature gradient in the interior of the contact rod and thereby absorb heat from the inside of the contact rod and dissipate.
  • the wall of the contact rod is cooled not only by the flow caused on the outside by convection, but also on the inside and thereby advantageously lowered the contact temperature.
  • the insulating oil contained in the housing of the diverter forms the cooling medium, so that no further coolant is required.
  • the contact rods are tubular and the first and / or second opening is formed by the open tube ends.
  • the pipe end can be closed by means of a connecting line or a closing element, for example a hemispherical closing element, and the first and / or second opening can be introduced into this closing element.
  • a closing element for example a hemispherical closing element
  • the first and / or second opening may also be a bore, which is introduced laterally into the wall of the contact rod, so that the interior of the contact rod is opened through these openings to the outside.
  • the first opening is preferably arranged below and the second opening above the contact arrangement, so that the cooling medium can flow past the place of heat generation and thereby dissipate the heat.
  • the figure shows an example of a diverter according to the invention with convection cooling in a side view.
  • the reference numeral 1 in the figure denotes a diverter, which is shown detached from the housing.
  • the diverter 1 consists of a plurality of mutually parallel, spaced and circularly arranged about a central longitudinal axis MLA contact bars 2, which are arranged by an upper and a lower cage ring 3 fixed to each other.
  • a selector shaft 4 is provided along the central longitudinal axis MLA, which is mounted rotatably about this central longitudinal axis MLA in the cage rings 3.
  • a contact assembly 5 is fixed to the shift shaft 4, which projects radially from this shift shaft 4 and is designed for the conductive connection of two contact rods 2.
  • the contact assembly 5 is formed by a contact plate set having a plurality of spaced apart contact elements 5.1, each contact element 5.1 individually spring-loaded at least radially relative to the shift shaft 4 is displaceable.
  • the contact rods 2 are at least partially hollow with an inner space 8 and have at least a first opening 6 for flowing a cooling medium in this interior 8 of the contact rod 2 and at least a second opening 7 for discharging the cooling medium from the interior eighth of the contact rod 2 out, wherein the first and second openings 6, 7 along the central longitudinal axis MLA are arranged spaced from each other.
  • the cooling medium is preferably an insulating oil with which the housing (not shown) of the diverter 1 is filled and which completely surrounds the contact rods 2.
  • the contact rods 2 are tubular.
  • the tube interior thus forms the interior 8, which can be traversed by the insulating oil by convection flow.
  • one tube end may form the first opening 6 and the opposite tube end the second tube opening 7.
  • the tube ends may be closed by hemispherical caps, so that the formation of leakage currents to minimize the electric field strength between the individual contact bars 2 is reduced.
  • the first or second openings 6, 7 can then be introduced into these hemispherical caps, so that the cooling medium flows through the entire contact rod 2.
  • the first and second openings are each introduced laterally into the wall 2.1 of the contact rods 2, wherein the first opening 6 lies below the contact arrangement 5 and the second opening 7 lies above the contact arrangement 5.
  • the first or second opening 6, 7 may be laterally inserted into the wall 2.1 of the contact rod 2 and be provided a further opening at the free ends of the contact rod 2.

Landscapes

  • Transformer Cooling (AREA)
  • Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Umsteller für einen Transformator bestehend aus mehreren zueinander parallelen, beabstandeten und kreisförmig um eine Mittellängsachse (MLA) angeordneten Kontaktstäben (2) und einer gegenüber den Kontaktstäben (2) drehbeweglichen Kontaktanordnung (5), wobei zur Erzeugung einer Konvektionskühlung die Kontaktstäbe (2) zumindest teilweise hohl ausgebildet sind und jeweils zumindest eine erste Öffnung (6) zum Einströmen eines Kühlmediums und jeweils zumindest eine zweite Öffnung (7) zum Ausströmen eines Kühlmediums aufweisen und wobei die erste und zweite Öffnung (6, 7) entlang der Mittenlängsachse (MLA) zueinander beabstandet angeordnet sind.

Description

„Umsteller für einen Transformator"
Die Erfindung bezieht sich auf einen Umsteller für einen Transformator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Aus dem Stand der Technik sind Transformatoren bekannt, deren Transformationsverhältnis im unbelasteten, d.h. ström- und spannungsfreien Zustand mittels eines Umstellers veränderbar ist. Damit ist der Transformator insbesondere an unterschiedliche Belastungen anpassbar.
Gattungsgemäße Umsteller bestehen aus mehreren zueinander parallelen, beabs- tandeten und kreisförmig um eine Mittellängsachse angeordneten Kontaktstäben und einer gegenüber den Kontaktstäben drehbeweglichen Kontaktanordnung, die durch Drehen um die Mittellängsachse in mehrere Schaltstellungen positionierbar ist und wobei in den unterschiedlichen Schaltstellungen jeweils zwei Kontaktstäbe über die Kontaktanordnung leitend miteinander verbunden sind. Die Kontaktanordnung besteht beispielsweise aus mehreren Kontaktelementen, die einzeln federbelastet gegenüber der Mittellängsachse radial verschiebbar sind und durch Federn an die Kontaktstäbe angedrückt werden.
Um eine bestimmte Kontakttemperatur im Bereich der Kontaktanordnung nicht zu überschreiten, ist es notwendig die Kontaktfläche an den über die Kontaktanordnung zu übertragenden Strom anzupassen. Diese Anpassung kann insbesondere durch eine geeignete Anzahl von Kontaktelementen erfolgen.
Nachteilig hierbei ist, dass bei hohen zu übertragenden Strömen eine große Anzahl von Kontaktelementen erforderlich ist, was zum einen zu erhöhten Herstellungskosten für den Umsteller führt, zum anderen ein erhöhtes Betätigungsdrehmoment beim Umschalten des Umstellers zur Folge hat. Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, einen Umsteller anzugeben, bei dem die Kontakttemperatur im Bereich der Kontaktanordnung einfach und kostengünstig reduziert werden kann. Die Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.
Der wesentliche Aspekt der Erfindung besteht darin, dass zur Erzeugung einer Kon- vektionskühlung die Kontaktstäbe zumindest teilweise hohl ausgebildet sind und jeweils zumindest eine erste Öffnung zum Einströmen eines Kühlmediums und jeweils zumindest eine zweite Öffnung zum Ausströmen eines Kühlmediums aufweisen, wobei die erste und zweite Öffnung entlang der Mittenlängsachse zueinander beabstandet angeordnet sind. Durch die erste und zweite Öffnung kann das Kühlmedium bedingt durch Konvektion, d.h. aufgrund eines Temperaturgradienten im Innenraum des Kontaktstabes diesen Innenraum durchströmen und dabei Wärme von der Innenseite des Kontaktstabes aufnehmen und abführen. Dadurch wird die Wandung des Kontaktstabes nicht nur durch die an der Außenseite durch Konvektion hervorgerufene Strömung, sondern auch innenseitig gekühlt und dadurch die Kontakttemperatur vorteilhaft abgesenkt. Vorzugsweise bildet das im Gehäuse des Umstellers befindliche Isolieröl das Kühlmedium aus, so dass kein weiteres Kühlmittel erforderlich ist.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Kontaktstäbe rohrförmig ausgebildet und die erste und/oder zweite Öffnung wird durch die offenen Rohrenden gebildet. Dadurch wird ein sehr effektives Durchströmen der Kontaktstäbe erreicht, da über die offenen Rohrenden das Kühlmittel ungehindert in den Rohrinnenraum eintreten kann.
Alternativ kann das Rohrende mittels einer Anschlussleitung oder eines Abschlusselements, beispielsweise einem halbkugelförmigen Abschlusselement verschlossen sein und die erste und/oder zweite Öffnung in dieses Abschlusselement eingebracht sein. Durch ein derartiges Abschlusselement können die elektrischen Eigenschaften der Kontaktstäbe des Umstellers verbessert werden. Die erste und/oder zweite Öffnung kann auch eine Bohrung sein, die seitlich in die Wandung des Kontaktstabs eingebracht ist, so dass der Innenraum des Kontaktstabs durch diese Öffnungen nach außen geöffnet ist. Hierbei ist vorzugsweise die erste Öffnung unterhalb und die zweite Öffnung oberhalb der Kontaktanordnung angeordnet, so dass das Kühlmedium am Ort der Wärmeentstehung vorbeifließen und dabei die Wärme abführen kann.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert werden. Zudem ergeben sich Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung auch aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
Es wird aber ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Erfindung keinesfalls auf die angegebenen Beispiele beschränkt sein soll.
Die Figur zeigt beispielhaft einen erfindungsgemäßen Umsteller mit Konvektionsküh- lung in einer seitlichen Ansicht.
Mit dem Bezugszeichen 1 ist in der Figur ein Umsteller bezeichnet, der losgelöst vom Gehäuse dargestellt ist. Der Umsteller 1 besteht aus mehreren, zueinander parallelen, beabstandeten und kreisförmig um eine Mittellängsachse MLA angeordneten Kontaktstäben 2, die durch einen oberen und einen unteren Käfigring 3 fest zueinander angeordnet sind. Zudem ist entlang der Mittenlängsachse MLA eine Schaltwelle 4 vorgesehen, die drehbar um diese Mittellängsachse MLA in den Käfigringen 3 gelagert ist. Zwischen dem ersten und zweiten Käfigring 3 ist an der Schaltwelle 4 eine Kontaktanordnung 5 befestigt, die radial von dieser Schaltwelle 4 absteht und zur leitenden Verbindung von zwei Kontaktstäben 2 ausgebildet ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Kontaktanordnung 5 durch ein Kontaktlamellenpaket gebildet, das mehrere zueinander beabstandete Kontaktelemente 5.1 aufweist, wobei jedes Kontaktelement 5.1 einzeln federbelastet zumindest radial gegenüber der Schaltwelle 4 verschiebbar ist.
Gemäß dem die Erfindung tragenden Gedanken sind die Kontaktstäbe 2 zumindest teilweise hohl mit einem Innenraum 8 ausgebildet und weisen zumindest eine erste Öffnung 6 zum Einströmen eines Kühlmediums in diesen Innenraum 8 des Kontaktstabes 2 und zumindest eine zweite Öffnung 7 zum Ausströmen des Kühlmediums aus dem Innenraum 8 des Kontaktstabes 2 heraus auf, wobei die erste und zweite Öffnung 6, 7 entlang der Mittellängsachse MLA zueinander beabstandet angeordnet sind. Das Kühlmedium ist vorzugsweise ein Isolieröl, mit dem das Gehäuse (nicht dargestellt) des Umstellers 1 befüllt ist und das die Kontaktstäbe 2 vollständig umgibt.
Durch die hohle Ausbildung der Kontaktstäbe 2 und die zumindest eine erste und eine zweite Öffnung 6, 7 wird im Innenraum 8 des Kontaktstabs 2 eine Konvektions- strömung ermöglicht. Bedingt durch die Übertragung von hohen Strömen von einem ersten Kontaktstab 2 über die Kontaktanordnung 5 auf einen weiteren Kontaktstab 2 werden diese Kontaktstäbe 2 insbesondere im Bereich der Kontaktanordnung 5 erwärmt. Diese Erwärmung führt zu einer Erwärmung des im Bereich der Kontaktanordnung 5 befindlichen Isolieröls, und zwar des Isolieröls im Innenraum 8 des Kontaktstabs 2 und des den Kontaktstab 2 außen umgebenden Isolieröls. Das Isolieröl kann über die erste Öffnung 6 in den Innenraum 8 des Kontaktstabs 2 einfließen, steigt aufgrund der Erwärmung bedingt durch Konvektion nach oben und tritt über die zweite Öffnung 7 aus dem Innenraum 8 des Kontaktstabs 2 aus. Somit wird eine Konvektionsströmung im Innenraum 8 erreicht, die eine Kühlung der Innenseite des Kontaktstabes 2 bewirkt und dadurch die Kontakttemperatur reduziert. So ist es möglich, bei einem fest vorgegebenen Betriebsstrom durch die Kontaktanordnung 5 bzw. durch die Kontaktstäbe 2 die Kontaktfläche zu reduzieren, d.h. beispielsweise eine geringere Anzahl von Kontaktelementen 5.1 in der Kontaktanordnung 5 zu verwenden.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Kontaktstäbe 2 rohrförmig ausgebildet. Der Rohrinnenraum bildet somit den Innenraum 8, der von dem Isolieröl durch Konvektionsströmung durchflössen werden kann. Bei der Verwendung von rohrförmigen Kontaktstäben 2 kann ein Rohrende die erste Öffnung 6 und das gegenüberliegende Rohrende die zweite Rohröffnung 7 bilden. Alternativ hierzu können die Rohrenden von halbkugelförmigen Kappen verschlossen sein, sodass die Bildung von Kriechströmen zur Minimierung der elektrischen Feldstärke zwischen den einzelnen Kontaktstäben 2 reduziert wird. In diese halbkugelförmigen Kappen können dann die ersten bzw. zweiten Öffnungen 6, 7 eingebracht sein, sodass das Kühlmedium den gesamten Kontaktstab 2 durchströmt.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die erste und zweite Öffnung jeweils seitlich in die Wandung 2.1 der Kontaktstäbe 2 eingebracht, wobei die erste Öffnung 6 unterhalb der Kontaktanordnung 5 und die zweite Öffnung 7 oberhalb der Kontaktanordnung 5 liegt. Alternativ hierzu kann die erste oder zweite Öffnung 6, 7 seitlich in die Wandung 2.1 des Kontaktstabs 2 eingebracht sein und die eine weitere Öffnung an den freien Enden des Kontaktstabs 2 vorgesehen sein.
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrunde liegende Erfindungsgedanke verlassen wird. Bezugszeichenliste
Umsteller
Kontaktstab
.1 Wandung
Käfigring
Schaltwelle
Kontaktanordnung
.1 Kontaktelement
erste Öffnung
7 zweite Öffnung
8 Innenraum
MLA Mittellängsachse

Claims

Patentansprüche
1 . Umsteller für einen Transformator bestehend aus mehreren zueinander parallelen, beabstandeten und kreisförmig um eine Mittellängsachse (MLA) angeordneten Kontaktstäben (2) und einer gegenüber den Kontaktstäben (2) drehbeweglichen Kontaktanordnung (5), dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung einer Konvektionskühlung die Kontaktstäbe (2) zumindest teilweise hohl ausgebildet sind und jeweils zumindest eine erste Öffnung (6) zum Einströmen eines Kühlmediums und jeweils zumindest eine zweite Öffnung (7) zum Ausströmen eines Kühlmediums aufweisen, wobei die erste und zweite Öffnung (6, 7) entlang der Mittenlängsachse (MLA) zueinander beabstandet angeordnet sind.
2. Umsteller nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstäbe (2) rohrförmig ausgebildet sind.
3. Umsteller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Öffnung (6, 7) durch ein Rohrende des Kontaktstabs (2) gebildet ist.
4. Umsteller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Öffnungen (6, 7) im freien Endbereich des Kontaktstabs (2) eingebracht ist.
5. Umsteller nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Öffnungen (6, 7) eine Bohrung ist, die seitlich in die Wandung (2.1 ) des Kontaktstabs (2) eingebracht ist.
6. Umsteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bezogen auf die Mittellängsachse (MLA) die erste Öffnung (6) unterhalb und die zweite Öffnung (7) oberhalb der Kontaktanordnung (5) angeordnet ist.
7. Umsteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium das Isolieröl des Transformators ist.
EP11707088A 2010-05-11 2011-02-23 Umsteller für einen transformator Withdrawn EP2569785A1 (de)

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