EP2663989B1

EP2663989B1 - Tap changer

Info

Publication number: EP2663989B1
Application number: EP11811329.9A
Authority: EP
Inventors: Christian Böger; Toni Hottner; Martin Jatta; Philipp Lederer; Sebastian Rehkopf; Klaus Schlepp; Rolf Strempel
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Scheubeck GmbH and Co
Priority date: 2011-01-12
Filing date: 2011-12-24
Publication date: 2014-10-01
Anticipated expiration: 2031-12-24
Also published as: DE102011008394B4; WO2012095155A1; CN103282985A; DE102011008394A1; EP2663989A1; BR112013012668A2

Description

Die Erfindung betrifft einen Stufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators.The invention relates to a tap changer for uninterrupted switching between winding taps of a tapped transformer.

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.As a rule, 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 is connected via a drive linkage with the head of the built in the transformer tank tap changer and thus with each switching the tap changer motor actuated. A typical motor drive is for example from the WO 01/92978 A1 known. It includes a drive motor, a load gear, a control gear, monitoring and display elements, eg. B. a position indicator.

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.In such an operation of a tap changer by a decentralized motor drive, 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.

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.The actuating motor drive itself must also be matched to the respective tap changer with which it is intended to interact. In particular, 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.

Aus der DE-OS 24 10 641 ist es weiterhin bereits bekannt, eine Antriebseinheit, bestehend aus einem Asynchronmotor oder Gleichstrommotor mit stirnseitig angebautem Leistungs- und 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.From the DE-OS 24 10 641 It is also already known to attach a drive unit consisting of an asynchronous motor or DC motor with front-mounted power and auxiliary gear, directly on the transformer cover on suspension flange of the tap changer. In this case, the shaft end of the power transmission of the drive unit can also be connected directly or via a shaft guide with the drive shaft of the tap changer by a coupling. For a transmission of the rotational movement of the power transmission to the actual tap changer is possible.

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.
Eine weitere Stufenschalteranordnung ist aus der US 2 560 002 A bekannt.Although a separate drive linkage with angular drive along the outer wall of the transformer tank is avoided in this known solution, but still an adaptation and spatial allocation of the drive unit or the drive motor by means of the described coupling to the underlying step switch is required. In particular, for mounting the drive unit is an exact positioning relative to the drive shaft of the tap changer indispensable so that it can not come to malfunction due to undesirable misalignment of shaft end of the power transmission on the one hand and drive shaft of the tap changer. Furthermore, the known solution, as already mentioned, in each case requires a separate clutch and has a separate auxiliary transmission.
Another tap changer arrangement is known from US 2 560 002 A known.

Auch diese bekannte Anordnung ist mithin kompliziert im Aufbau und erfordert eine kundenseitige Anpassung der einzelnen Baugruppen aneinander und genaue Positionierung zueinander.Also, 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.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen kompakten, preisgünstigen Stufenschalter anzugeben, der diese Nachteile nicht aufweist.The object of the invention is to provide a compact, low-cost tap changer, which does not have these disadvantages.

Diese Aufgabe wird durch einen Stufenschalter mit den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.This object is achieved by a tap changer having the features of the first claim. The subclaims relate to advantageous developments of the invention.

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.The invention is based on the general idea of arranging the motor drive necessary for the drive directly on the tap changer head, as it were, as an integral part of the tap changer. In this case, the motor drive according to the invention comprises both the actual electric drive motor and control gear, monitoring and display elements.

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.According to the invention, the monitoring elements comprise in a particularly simple manner both the end position limitation and the position signaling device. According to the invention, 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.

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.According to a preferred embodiment of the invention, 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.

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 Ölgefäßes, bei der sich 9 Stellungen erreichen lassen.Preferably, 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. For example, the angle of rotation of such a geared motor can be 40 degrees / circuit, this corresponds to a corresponding part of the oil vessel, which can reach 9 positions.

Die Erfindung soll nachfolgend an Hand von Zeichnungen beispielhaft noch näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail by way of example with reference to drawings.

Es zeigen:

Figur 1: den Kopf eines erfindungsgemäßen Stufenschalters
Figur 2: Steuergetriebe und Mittel zur Überwachung und Stellungsanzeige eines solchen Stufenschalters allein in Detaildarstellung.

Show it:

FIG. 1: the head of a tap changer according to the invention
FIG. 2: Control gear and means for monitoring and position indicator of such a tap changer alone in detail.

In Figur 1 ist ein Stufenschalterkopf 1 gezeigt, der auf dem oberen Ende eines nur angedeuteten Ölgefäßes 2 des Stufenschalters befestigt ist. In der Wandung des Ölgefäßes 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.In FIG. 1 a tap changer head 1 is shown, which is mounted on the upper end of an only indicated oil vessel 2 of the tap changer. In 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 division. In the oil vessel 2 is located in a known manner a central drive shaft 4, which raises a likewise known manner an energy storage, that spans the elevator carriage. After triggering its output member of the energy storage actuates a likewise known switching device, which switches from one of the fixed stage contacts to an adjacent other stage contact. These components, which correspond to the usual function of a tap changer, are not here for the sake of clarity shown. Above 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. The gear 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. Instead of a hollow shaft and other waveforms are possible, only the direct connection with the drive shaft 4 is important. Furthermore, the motor drive has a control gear 5, which will be discussed in more detail below, a cover 6 and electrical connection elements. 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. Fig. 2 shows that the control gear 5 has a further drive shaft 8, which in turn can be driven by the drive shaft 4 and thus the hollow shaft 3.3. With the drive shaft 8 in communication are gear wheels 9, 10, 11, 12th

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.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 gear wheels 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. By 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.

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.Although it is from the WO 2007/065499 A1 already known to provide a switching monitoring device with a cam with horizontally split contour, but the device described therein relates to a powerless switching diverter, which has no motor drive at all, it is also located above an upper gear stage in a separate housing, so it can not the position indicator wheel 15 of the invention are compared.

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. Ferner ist oberhalb der Stellungsmeldekontakte 16 ein je nach Schaltstellung mit diesen kontaktierbarer Schleifkontakt 17 vorgesehen.On the position indicator wheel 15 according to the invention further fixed position reporting contacts 16 are arranged on a horizontal pitch circle, of which not all are provided with reference numerals whose angular distance from one another the respective possible Switching positions of the tap changer corresponds. Further, above the position indicator contacts 16, depending on the switching position with these contactable sliding contact 17 is provided.

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.Such a sliding contact per se as part of a separate motor drive is from the WO 98/36435 already known. In contrast to the invention, however, it acts together in the known solution with fixed contacts on a stationary, separate board. In the invention, however, the functionalities of switching monitoring on the one hand and position indicator on the other hand by the specially trained position indicator wheel 15 are combined - a compact and inexpensive solution.

Schließlich sind noch Klemmen 18 gezeigt, von denen nicht dargestellte elektrische Verbindungen zum elektrischen Anschlusselement 7 hergestellt werden.Finally, terminals 18 are still shown, of which not shown electrical connections to the electrical connection element 7 are made.

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.It is thus shown that the actual motor drive, consisting of the gear motor 3, which is directly connected to the drive shaft 4 of the tap changer, and the control gear 5 is enclosed by the cover 6 and thus above the tap changer head 1 directly an integral part of the tap changer offers. 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. At the same time the coaxial drive shaft 8 of the control gear 5 is actuated. In the invention, the rotary motion generated is thus used twice: once for transmitting the torque to the drive shaft 4, on the other to drive the control device consisting of cam 13 (corresponding to cam switches 14) and position signaling contacts 16 (corresponding to the sliding contact 17) the drive shaft. 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.In the invention, the motor drive with its components is an integral part of the tap changer. Not only drive rods themselves, but also individual adjustments, couplings, adjustments etc. are completely eliminated. 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. In the invention, as explained, in an advantageous manner, the position indicator wheel 15 at the same time support the position indicator contacts 16, which, as also explained, are connected positionally dependent on the sliding contact 17. This leads to an overall compact, simple and inexpensive construction.

Claims

Tap changer for changeover between winding taps of a tapped transformer, comprising an oil vessel (2), in which fixed tap contacts (n, n+1, ...) are arranged, wherein a rotatable drive shaft (4), which carries movable switching means for connection with the fixed tap contacts (n, n+1, ...) and/or is mechanically connected with such switching means, is provided in the interior of the oil vessel (2),
wherein a tap changer head (1), which comprises means for transmission of a rotational movement to the drive shaft (4), is arranged above the oil vessel (2) and connected therewith,
wherein a motor drive is fixedly arranged directly at the tap changer head (1) of the tap changer,
wherein the motor drive comprises an electric motor (3.1), which is mechanically connected with the drive shaft (4),
wherein the motor drive further comprises a control transmission (5), which is drivable by the electric motor (3.1) and which has cam discs, and
wherein the control transmission (5) comprises a further drive shaft (8), which is co-axial with the drive shaft (4) extending in the oil vessel (2),
characterised in that
the fixed tap contacts (n, n+1, ...) are disposed in the wall of the oil vessel (2),
the drive shaft extends centrally in the oil vessel (2),
the cam discs (13) co-operate with cam switches (14),
the control transmission (5) comprises a similarly drivable setting reporting wheel (15) which comprises not only means for monitoring switching, but also means for reporting setting, and
the setting reporting wheel (15) has, as means for monitoring switching, at least one end profile (15.1, 15.2) by which respective setting reporting contacts (16) are actuable.
Tap changer according to claim 1, characterised in that the electric motor (3.1) is a transmission motor (3) with a transmission subassembly (3.2) integrated with the actual electric motor.
Tap changer according to claim 2, characterised in that the transmission motor (3) has a drivable hollow shaft (3.3) mechanically connected with the drive shaft (4).
Tap changer according to claim 3, characterised in that the hollow shaft (3.3) is mechanically connected with the further drive shaft (8).
Tap changer according to any one of claims 1 to 4, characterised in that the setting reporting wheel (15) comprises, as means for setting reporting, setting reporting contacts (16), which are fixed on a horizontal part circle and the angular spacing of which from one another corresponds with the respective possible switching settings of the tap changer, and that a corresponding wiper contact (17), which is contactable with one of the fixed setting reporting contacts (16) depending on the respective switch setting, is arranged.