EP2663989A1 - Stufenschalter - Google Patents

Stufenschalter

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EP2663989A1
EP2663989A1 EP11811329.9A EP11811329A EP2663989A1 EP 2663989 A1 EP2663989 A1 EP 2663989A1 EP 11811329 A EP11811329 A EP 11811329A EP 2663989 A1 EP2663989 A1 EP 2663989A1
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EP
European Patent Office
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tap changer
drive shaft
motor
switching
drive
Prior art date
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EP11811329.9A
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English (en)
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EP2663989B1 (de
Inventor
Christian Böger
Toni Hottner
Martin Jatta
Philipp Lederer
Sebastian Rehkopf
Klaus Schlepp
Rolf Strempel
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
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Publication date
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    • 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
    • H01H9/0027—Operating mechanisms

Definitions

  • the invention relates to a tap changer for uninterrupted switching between winding taps of a tapped transformer.
  • a motor drive is provided laterally outside the transformer tank of the tapped transformer or in the immediate vicinity, which has a drive motor and other components and a drive rod with the head of the in the
  • Transformer boiler built-in tap changer is connected and thus the stepper switch motor operated with each change.
  • a typical engine drive is
  • WO 01/92978 A1 for example, from WO 01/92978 A1 known. It includes a drive motor, a load gear, a control gear, monitoring and display elements, eg. Legs
  • the drive train d. H. Drive shafts, angle drive u. a., Individually adapted to the respective spatial conditions on the transformer and the tap changer head.
  • the actuating motor drive itself must also be matched to the respective tap changer with which it is intended to interact.
  • the number of adjustable voltage levels, the number of revolutions of the drive shaft per switching and the type of position indicator must be individually adapted to the corresponding tap changer.
  • this known arrangement is therefore complicated in structure and requires a customer-side adaptation of the individual modules to each other and accurate positioning each other.
  • the object of the invention is to provide a compact, low-cost tap changer, which does not have these disadvantages.
  • the invention is based on the general idea necessary for the drive
  • Step switch to arrange.
  • the motor drive according to the invention comprises both the actual electric drive motor and control gear, monitoring and display elements.
  • the monitoring elements comprise in a particularly simple manner both the end position limitation and the position signaling device.
  • the electric motor of the motor drive acts directly on the drive shaft of the tap changer, with which he is constantly mechanically connected, to a known energy storage.
  • the electric drive motor is designed as a geared motor, so that no additional transmission gear, as usual in the prior art, the step switch is more necessary.
  • the angle of rotation of such a geared motor corresponds to the angle of rotation of the drive shaft of the tap changer at a load switching.
  • the angle of rotation of such a geared motor corresponds to the angle of rotation of the drive shaft of the tap changer at a load switching.
  • Rotation angle of such a geared motor 40 degrees / circuit amount corresponds to a corresponding part of the Olgefäßes, in which can reach 9 positions.
  • Figure 1 shows the head of a tap changer according to the invention
  • a tap changer head 1 is shown, which is attached to the upper end of an only indicated Olgefäßes 2 of the tap changer.
  • Olgefäßes 2 of the tap changer.
  • the wall of the oil vessel 2 are - here only indicated - in one or more horizontal planes a, b, c fixed stage contacts n, n + 1, ... at a radial distance from each other, which corresponds to the respective pitch.
  • a centric In the oil vessel 2 is located in a known manner a centric
  • the tap changer head 1 is the actual compact motor drive, according to the invention as an integral part of the tap changer, comprising a geared motor 3.
  • This geared motor 3 is designed as a compact assembly and consists of the actual electric motor 3.1 and a gear assembly 3.2.
  • Transmission assembly 3.2 also has a by driving the electric motor 3.1 with a corresponding translation through the gear assembly 3.2 drivable hollow shaft 3.3, which is mechanically connected directly to the drive shaft 4 of the tap changer.
  • the motor drive has a control gear 5, which will be discussed in more detail below, a cover 6 and electric
  • Fig. 2 shows that the control gear 5 has a further drive shaft 8, which in turn is driven by the drive shaft 4 and thus the hollow shaft 3.3.
  • the drive shaft 8 With the drive shaft 8 in communication are gear wheels 9, 10, 11, 12th
  • the control gear 5 further comprises known cams 13, which are each provided with an end-face contour, which in turn correspond to cam switches 14.
  • Above the transmission gears 9 ... 12 is a
  • Position indicator wheel 15 the front side has an upper part contour 15.1 and a lower part contour 15.2.
  • this partial contours 15.1 and 15.2 are either directly or, as shown here, by blocks 15.3, 15.4 position signaling contacts 16 actuated.
  • Switch monitoring device with a cam to provide horizontally split contour, but the device described therein refers to a powerless switching diverter, which has no motor drive at all, also it is above an upper gear stage arranged in a separate housing, so it can not with the position indicator wheel 15 of Invention are compared.
  • Sliding contact 17 is provided.
  • Position indicator on the other hand united by the specially trained position indicator wheel 15 - a compact and inexpensive solution.
  • terminals 18 are still shown, of which not shown electrical
  • Tap-changer head 1 directly provides an integral part of the tap-changer.
  • the invention dispenses with additional additional gear in the tap changer to the necessary translation of the rotational movement according to the prior art, rather, there is a direct actuation of the drive shaft 4 and thus the force accumulator of the tap changer by the hollow shaft 3.3.
  • the coaxial drive shaft 8 of the control gear 5 is actuated.
  • the motor drive with its components is an integral part of
  • the invention particularly advantageously combines the electrical limit stop, which according to IEC separately for the control and the motor circuit takes place, with the functionality of the position message.

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  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Description

Stufenschalter
Die Erfindung betrifft einen Stufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators.
In der Regel ist seitlich außen am Transformatorenkessel des Stufentransformators oder in dessen unmittelbarer Nähe ein Motorantrieb vorgesehen, der einen Antriebsmotor und weitere Bauteile aufweist und über ein Antriebsgestänge mit dem Kopf des in den
Transformatorenkessel eingebauten Stufenschalters in Verbindung steht und damit bei jeder Umschaltung den Stufenschalter motorisch betätigt. Ein typischer Motorantrieb ist
beispielsweise aus der WO 01/92978 A1 bekannt. Er beinhaltet einen Antriebsmotor, ein Lastgetriebe, ein Steuergetriebe, Überwachungs- und Anzeigeelemente, z. B. eine
Stellungsanzeige.
Bei einer derartigen Betätigung eines Stufenschalters durch einen dezentral angeordneten Motorantrieb muss der Antriebszug, d. h. Antriebswellen, Winkeltrieb u. a., individuell an die jeweiligen räumlichen Verhältnisse am Transformator sowie am Stufenschalterkopf angepasst werden.
Der betätigende Motorantrieb selbst muss ebenfalls auf den jeweiligen Stufenschalter, mit dem er zusammenwirken soll, abgestimmt sein. Insbesondere die Zahl der einstellbaren Spannungsstufen, die Zahl der Umdrehungen der Antriebswelle pro Umschaltung und die Art der Stellungsanzeige müssen individuell an den entsprechenden Stufenschalter angepasst werden.
Aus der DE-OS 24 10 641 ist es weiterhin bereits bekannt, eine Antriebseinheit, bestehend aus einem Asynchronmotor oder Gleichstrommotor mit stirnseitig angebautem Leistungsund Hilfsgetriebe, unmittelbar auf dem Transformatordeckel am Aufhängeflansch des Stufenschalters zu befestigen. Dabei kann das Wellenende des Leistungsgetriebes der Antriebseinheit auch direkt oder über eine Wellenführung mit der Antriebswelle des
Stufenschalters durch eine Kupplung verbunden werden. Damit ist eine Übertragung der Drehbewegung des Leistungsgetriebes auf den eigentlichen Stufenschalter möglich. Zwar wird bei dieser bekannten Lösung ein separates Antriebsgestänge mit Winkeltrieb entlang der Außenwandung des Transformatorenkessels vermieden, aber dennoch ist eine Anpassung und räumliche Zuordnung der Antriebseinheit bzw. des Antriebsmotors mittels der beschriebenen Kupplung an den darunter befindlichen Stufenschalter erforderlich.
Insbesondere zur Montage der Antriebseinheit ist eine genaue Positionierung relativ zur
Antriebswelle des Stufenschalter unabdingbar, damit es durch unerwünschtes Nichtfluchten von Wellenende des Leistungsgetriebes einerseits und Antriebswelle des Stufenschalters andererseits nicht zu Funktionsstörungen kommen kann. Ferner erfordert die bekannte Lösung, wie bereits erwähnt, in jedem Fall eine separate Kupplung und weist ein separates Hilfsgetriebe auf.
Auch diese bekannte Anordnung ist mithin kompliziert im Aufbau und erfordert eine kundenseitige Anpassung der einzelnen Baugruppen aneinander und genaue Positionierung zueinander.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen kompakten, preisgünstigen Stufenschalter anzugeben, der diese Nachteile nicht aufweist.
Diese Aufgabe wird durch einen Stufenschalter mit den Merkmalen des ersten
Patentanspruches gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Der Erfindung liegt die allgemeine Idee zugrunde, den zum Antrieb notwendigen
Motorantrieb direkt am Stufenschalterkopf, quasi als integralen Bestandteil des
Stufenschalters, anzuordnen. Dabei umfasst der Motorantrieb erfindungsgemäß sowohl den eigentlichen elektrischen Antriebsmotor als auch Steuergetriebe, Überwachungs- und Anzeigeelemente.
Erfindungsgemäß umfassen die Überwachungselemente dabei auf besonders einfache Weise sowohl die Endstellungsbegrenzung als auch die Stellungsmeldeeinrichtung. Erfindungsgemäß wirkt der elektrische Motor des Motorantriebes direkt über die Antriebswelle des Stufenschalters, mit der er ständig mechanisch in Verbindung steht, auf einen an sich bekannten Kraftspeicher.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der elektrische Antriebsmotor dabei als Getriebemotor ausgebildet, so dass kein zusätzliches Übersetzungsgetriebe, wie nach dem Stand der Technik üblich, im Stufenschalter mehr erforderlich ist.
Bevorzugt entspricht der Drehwinkel eines solchen Getriebemotors dem Drehwinkel der Antriebswelle des Stufenschalters bei einer Lastumschaltung. Zum Beispiel kann der
Drehwinkel eines solchen Getriebemotors 40 Grad/Schaltung betragen, dies entspricht einer entsprechenden Teiligkeit des Olgefäßes, bei der sich 9 Stellungen erreichen lassen.
Die Erfindung soll nachfolgend an Hand von Zeichnungen beispielhaft noch näher erläutert werden.
Es zeigen:
Figur 1 den Kopf eines erfindungsgemäßen Stufenschalters
Figur 2 Steuergetriebe und Mittel zur Überwachung und Stellungsanzeige eines
solchen Stufenschalters allein in Detaildarstellung.
In Figur 1 ist ein Stufenschalterkopf 1 gezeigt, der auf dem oberen Ende eines nur angedeuteten Olgefäßes 2 des Stufenschalters befestigt ist. In der Wandung des Olgefäßes 2 befinden sich - hier nur angedeutet - in einer oder mehreren horizontalen Ebenen a, b, c feste Stufenkontakte n, n+1 , ... in einem radialen Abstand voneinander, der der jeweiligen Teilung entspricht. Im Ölgefäß 2 befindet sich auf bekannte Weise eine zentrische
Antriebswelle 4, die auf ebenfalls bekannte Weise einen Kraftspeicher aufzieht, d.h. dessen Aufzugsschlitten spannt. Nach Auslösung seines Abtriebsteiles betätigt der Kraftspeicher eine ebenfalls bekannte Schalteinrichtung, die von einem der festen Stufenkontakte auf einen benachbarten anderen Stufenkontakt umschaltet. Diese Bauteile, die der üblichen Funktion eines Stufenschalters entsprechen, sind der Übersichtlichkeit wegen hier nicht dargestellt. Oberhalb des Stufenschalterkopfes 1 befindet sich der eigentliche kompakte Motorantrieb, erfindungsgemäß als integraler Bestandteil des Stufenschalters, aufweisend einen Getriebemotor 3. Dieser Getriebemotor 3 ist als kompakte Baugruppe ausgebildet und besteht aus dem eigentliche Elektromotor 3.1 und einer Getriebebaugruppe 3.2. Die
Getriebebaugruppe 3.2 besitzt ferner eine durch Betätigung des Elektromotors 3.1 mit entsprechender Übersetzung durch die Getriebebaugruppe 3.2 antreibbare Hohlwelle 3.3, die direkt mit der Antriebswelle 4 des Stufenschalters mechanisch verbunden ist. Statt einer Hohlwelle sind auch andere Wellenformen möglich, wichtig ist allein die direkte Verbindung mit der Antriebswelle 4. Ferner besitzt der Motorantrieb ein Steuergetriebe 5, auf das weiter unten noch näher eingegangen wird, eine Abdeckhaube 6 sowie elektrische
Anschlusselemente 7.
Fig. 2 zeigt, dass das Steuergetriebe 5 eine weitere Antriebswelle 8 besitzt, die ihrerseits von der Antriebswelle 4 und damit der Hohlwelle 3.3 antreibbar ist. Mit der Antriebswelle 8 in Verbindung stehen Getriebezahnräder 9, 10, 11 , 12.
Das Steuergetriebe 5 weist weiterhin an sich bekannte Nockenscheiben 13 auf, die jeweils mit einer stirnseitigen Kontur versehen sind, die wiederum mit Nockenschaltern 14 korrespondieren. Oberhalb der Getriebezahnräder 9...12 befindet sich ein
Stellungsmelderad 15, das stirnseitig eine obere Teilkontur 15.1 sowie eine untere Teilkontur 15.2 aufweist. Durch diese Teilkonturen 15.1 und 15.2 werden entweder direkt oder, wie hier gezeigt, durch Klötze 15.3, 15.4 Stellungsmeldekontakte 16 betätigt.
Zwar ist es aus der WO 2007/065499 A1 bereits bekannt, eine
Schaltüberwachungseinrichtung mit einer Nockenscheibe mit horizontal geteilter Kontur vorzusehen, die dort beschriebene Vorrichtung bezieht sich jedoch auf einen leistungslos schaltenden Umsteller, der überhaupt keinen Motorantrieb aufweist, zudem ist sie oberhalb einer oberen Getriebestufe in einem separaten Gehäuse angeordnet, kann also nicht mit dem Stellungsmelderad 15 der Erfindung verglichen werden.
Auf dem Stellungsmelderad 15 sind erfindungsgemäß weiterhin auf einem horizontalen Teilkreis feste Stellungmeldekontakte 16 angeordnet, von denen nicht alle mit
Bezugszeichen versehen sind, deren Winkelabstand zueinander den jeweils möglichen Schaltstellungen des Stufenschalters entspricht. Femer ist oberhalb der
Stellungsmeldekontakte 16 ein je nach Schaltstellung mit diesen kontaktierbarer
Schleifkontakt 17 vorgesehen.
Ein solcher Schleifkontakt per se als Bestandteil eines separaten Motorantriebes ist aus der WO 98/36435 bereits bekannt. Im Gegensatz zur Erfindung wirkt er aber bei der bekannten Lösung mit festen Kontakten auf einer stationären, separaten Platine zusammen. Bei der Erfindung hingegen sind die Funktionalitäten von Schaltüberwachung einerseits und
Stellungsanzeige andererseits durch das besonders ausgebildete Stellungsmelderad 15 vereinigt - eine kompakte und preisgünstige Lösung.
Schließlich sind noch Klemmen 18 gezeigt, von denen nicht dargestellte elektrische
Verbindungen zum elektrischen Anschlusselement 7 hergestellt werden.
Es ist also gezeigt, dass der eigentliche Motorantrieb, bestehend aus dem Getriebemotor 3, der direkt mit der Antriebswelle 4 des Stufenschalters in Verbindung steht, sowie dem Steuergetriebe 5 von der Abdeckhaube 6 umschlossen ist und damit oberhalb des
Stufenschalterkopfes 1 direkt einen integralen Bestandteil des Stufenschalters bietet. Die Erfindung verzichtet damit auf zusätzliche weitere Getriebe im Stufenschalter zur nach dem Stand der Technik notwendigen Übersetzung der Drehbewegung, vielmehr erfolgt eine direkte Betätigung der Antriebswelle 4 und damit des Kraftspeichers des Stufenschalters durch die Hohlwelle 3.3. Gleichzeitig wird auch die gleichachsige Antriebswelle 8 des Steuergetriebes 5 betätigt. Bei der Erfindung wird die erzeugte Drehbewegung
erfindungsgemäß also doppelt genutzt: Einmal zur Übertragung des Drehmomentes auf die Antriebswelle 4, zum andern zum Antrieb der Steuerungseinrichtung, bestehend aus
Nockenscheibe 13 (korrespondierend mit Nockenschaltern 14) sowie
Stellungsmeldekontakten 16 (korrespondierend mit dem Schleifkontakt 17) durch die
Antriebswelle 8.
Bei der Erfindung ist der Motorantrieb mit seinen Komponenten integraler Bestandteil des
Stufenschalters. Nicht nur Antriebsgestänge selbst, sondern auch individuelle Anpassungen, Kupplungen, Justierungen u.a. entfallen vollständig. Die Erfindung kombiniert besonders vorteilhaft die elektrische Endstellungsbegrenzung, die gemäß IEC separat für den Steuer- und den Motorstromkreis erfolgt, mit der Funktionalität der Stellungsmeldung. Bei der
Erfindung ist, wie erläutert, auf vorteilhafte Weise das Stellungsmelderad 15 gleichzeitig Träger der Stellungsmeldekontakte 16, die, wie ebenfalls erläutert, von dem Schleifkontakt 17 stellungsabhängig beschaltbar sind. Dies führt zu einem insgesamt kompakten, einfachen und preisgünstigen Aufbau.
(613)

Claims

Patentansprüche
1. Stufenschalter zur Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines
Stufentransformators,
aufweisend ein Ölgefäß (2), in dessen Wandung feste Stufenkontakte (n, n+1 , ...) angeordnet sind,
wobei im Inneren des Ölgefäßes (2) eine drehbare Antriebswelle (4) vorgesehen ist, die bewegliche Schaltmittel zur Beschaltung der festen Stufenkontake (n, n+1 ,...) trägt und/oder mit solchen Schaltmitteln mechanisch in Verbindung steht,
wobei oberhalb des Ölgefäßes (2) und mit diesem verbunden ein Stufenschalterkopf (1) angeordnet ist, der Mittel zur Übertragung einer Drehbewegung auf die Antriebswelle (4) besitzt,
dadurch gekennzeichnet,
dass oberhalb des Stufenschalterkopfes (1) als integraler Bestandteil des Stufenschalters ein Motorantrieb fest angeordnet ist,
dass der Motorantrieb einen Elektromotor (3.1) aufweist, der mit der Antriebswelle (4) mechanisch verbunden ist,
dass der Motorantrieb weiterhin ein vom Elektromotor (3.1) antreibbares Steuergetriebe (5) besitzt, das Nockenscheiben (13) aufweist, die mit Nockenschaltern (14)
korrespondieren
und dass das Steuergetriebe (5) eine weitere Antriebswelle (8) aufweist, die gleichachsig zur ins Ölgefäß (2) führenden Antriebswelle (4) angeordnet ist.
2. Stufenschalter nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Elektromotor (3.1) auch direkt mit der weiteren Antriebswelle (8) verbunden ist.
3. Stufenschalter nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Steuergetriebe (5) ein ebenfalls antreibbares Stellungsmelderad (15) besitzt, das sowohl Mittel zur Schaltüberwachung als auch Mittel zur Stellungsmeldung aufweist
4. Stufenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Elektromotor (3.1) ein Getriebemotor (3) mit einer mit dem eigentlichen Elektromotor integrierten Getriebebaugruppe (3.2) ist.
5. Stufenschalter nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Getriebemotor (3) eine antreibbare Hohlwelle (3.3) besitzt, die mechanisch mit der Antriebswelle (4) verbunden ist.
6. Stufenschalter nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Hohlwelle (3.3) mechanisch mit der weiteren Antriebswelle (8) verbunden ist.
7. Stufenschalter nach einem der Ansprüche 3 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Stellungsmelderad (15) als Mittel zur Schaltüberwachung mindestens eine stirnseitige Kontur (15.1 , 15.2) aufweist, durch die jeweils Stellungsmeldekontakte (16) betätigbar sind.
8. Stufenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Stellungsmelderad (15) als Mittel zur Stellungsmeldung auf einem horizontalen Teilkreis feste Stellungsmeldekontakte (16) aufweist, deren Winkelabstand zueinander den jeweils möglichen Schaltstellungen des Stufenschalters entspricht
und dass ein korrespondierender, je nach Schaltstellung mit einem der festen
Stellungsmeldekontakte (16) kontaktierbarer Schleifkontakt (17) angeordnet ist.
9. Stufenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Abdeckhaube (6) vorgesehen ist, die den gesamten Motorantrieb umschließt und auf dem Stufenschalterkopf (1) aufliegt.
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