EP2842148A1 - Verfahren zur ausmittelung eines laststufenschalters - Google Patents

Verfahren zur ausmittelung eines laststufenschalters

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EP2842148A1 EP13715631.1A EP13715631A EP2842148A1 EP 2842148 A1 EP2842148 A1 EP 2842148A1 EP 13715631 A EP13715631 A EP 13715631A EP 2842148 A1 EP2842148 A1 EP 2842148A1
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausmittelung eines Laststufenschalters zur Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators. Die allgemeine erfinderische Idee besteht darin, eine vordefinierte Betriebsstellung des Laststufenschalters zu erreichen, indem nach der Inbetriebnahme des Laststufenschalters ein Motorantrieb von einer parametrierten Steuereinrichtung in eine erste Drehrichtung aktiviert wird, so dass der Laststufenschalter seine stationären Betriebsstellungen, also die verschiedenen Wicklungsanzapfungen des Stufentransformators, in Richtung der ersten Wicklungsanzapfung beginnt zu durchlaufen, wobei mittels der Steuereinrichtung das Erreichen der Endstellung des Laststufenschalters erkannt wird, wobei wiederum nachfolgend der Motorantrieb in eine zweite Drehrichtung aktiviert wird, so dass der Laststufenschalter anschließend den Regelbereich in der entgegengesetzten Umschaltrichtung bis zum Erreichen der ersten stationären Betriebsstellung durchläuft, und wobei anschließend eine Konfiguration der ersten stationären Betriebsstellung als vordefinierte Betriebsstellung mit Hilfe der nichtflüchtig gespeichert Parametrierung der Steuereinrichtung erfolgt.

Description

Verfahren zur Ausmittelung eines Laststufenschalters
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausmittelung eines Laststufenschalters zur Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen eines
Stufentransformators.
Laststufenschalter sind seit vielen Jahren zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen von Stufentransformatoren in großen Zahlen weltweit im Einsatz. Sogenannte Reaktorschalter, die besonders in Nord-Amerika verbreitet sind, besitzen eine Umschaltreaktanz, die eine langsame, kontinuierliche Umschaltung ermöglicht. Laststufenschalter nach dem Widerstandsschnellschalt-Prinzip 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 im Isolieröl. Stattdessen werden vermehrt Vakuumschaltzellen als Schaltelemente eingesetzt.
Ein derartiger Laststufenschalter mit Vakuumschaltröhren ist beispielsweise aus der DE 10 2009 043 171 A1 offenbart. Hier trägt ein Lastumschalter eine von einem Kraftspeicher antreibbare Antriebswelle mit mindestens einer Kurvenscheibe. Die Kurvenscheibe weist mehrere Steuerkurven auf, wobei zwei an der Kurvenscheibe stirnseitig angeordnete
Steuerkurven eine von einer Kreisform abweichende Kontur nach Art von Nocken aufweisen, an der kontaktschlüssig jeweils eine über einen Kipphebel mit einer Vakuumschaltröhre verbundene Rolle geführt wird, die die profilierte Kontur der jeweiligen Steuerkurve abgreift.
Üblicherweise werden die aus dem Stand der Technik bekannten Laststufenschalter dem Kunden als fertig montierte Erzeugnisse ausgeliefert und von diesem vor Ort in einen bestehenden Stufentransformator eingebaut. Hierfür wird von dem Hersteller eine
Betriebsanweisung beigefügt, die den Einbau der Stufenregeleinrichtung leicht
nachvollziehbar dokumentiert und beschreibt. Die Inbetriebnahme, d.h. das Kuppeln, der Stufenregeleinrichtung samt Motorantrieb mit dem Stufentransformator und dessen Steuerelektronik erfordert in einzelnen Montageschritten das manuell gesteuerte Beschälten verschiedener Stufenpositionen der Regelwicklung des Stufentransformators, indem die Stufenregeleinrichtung zwischen benachbarten, mit der Regelwicklung elektrisch verbundenen Festkontakten, umgeschaltet wird. Dieser Vorgang ist nach dem Stand der Technik zeitaufwändig und mitunter fehlerbehaftet.
Aus der DE 197 05 576 AI ist eine Stellungsmeldeanordnung für einen Laststufenschalter bekannt geworden. Stellungsmeldeanordnungen als Bestandteil des Motorantriebes von Stufenschaltern o. ä. dienen dazu, die jeweilige Stellung des Stufenschalters o. ä. elektrisch zu erfassen und zu übermitteln; dies wiederum ist einerseits Ausgangspunkt für die eigentliche Stellungsanzeige und andererseits als Istwert Grundlage nachfolgender Steuerbzw. Regelfunktionen.
Bekannte Stellungsmeldeanordnungen für Stufenschalter bestehen aus einer kreisförmigen Anordnung einer Vielzahl von Meldekontakten, wobei mindestens je einem Meldekontakt eine Betriebsstellung des Stufenschalters o. dgl. zugeordnet ist. Dabei werden die
Meldekontakte mittels eines drehbaren zentralen Meldekontakthebels, der mit dem
Stufenschalter, genauer gesagt mit dem Motorantrieb des Stufenschalters, in Verbindung steht, beschaltet. Dabei wird der Meldekontakthebel bei jeder Änderung der Betriebsstellung des Stufenschalters, d. h. bei der Umschaltung von einer Wicklungsanzapfung auf eine andere, lediglich um einen Schaltwinkel bewegt, der dem Abstand zweier benachbarter Meldekontakte entspricht. Infolge der kontinuierlichen Bewegung des Meldekontakthebels kommt es jedoch zu einer sehr langsamen Kontakttrennung, die sich, abhängig vom jeweiligen Schaltvorgang, über mehrere Sekunden erstrecken kann. Eine solche
Stellungsmeldeanordnung ist also nicht geeignet, wenn über die Meldekontakte mit
Gleichstrom betriebene Stromkreise geführt werden oder ganz allgemein höhere Ströme geschaltet werden sollen.
Bei diesen aus dem Stand der Technik bekannten Stellungsmeldeanordnungen ist also jedem Meldekontakt eine feste Betriebsstellung des Stufenschalters, d. h.
Wicklungsanzapfung der Regelwicklung des Stufentransformators, zugeordnet. Auch hier muss die mechanische Kopplung bzw. die Justierung des Stufenschalters mit der
Stellungsmeldeanzeige nach einem fest definierten Schaltplan erfolgen, da ansonsten falsche Betriebsstellungen von der Stellungsmeldeanordnung angezeigt werden. Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Ausmittelung eines Laststufenschalters zur Umschaltung zwischen verschiedenen
Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators anzugeben, das, ohne manuell gesteuertes Beschälten verschiedener Stufenpositionen der Regelwicklung, eine Justierung einer vordefinierten Betriebsstellung des Laststufenschalters ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Ausmittelung eines Laststufenschalters zur Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators mit den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst. Die Unteransprüche betreffen dabei besonders bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. Unter Ausmittelung wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung das Erreichen einer vordefinierten Betriebsstellung des
Laststufenschalters verstanden.
Die allgemeine erfinderische Idee besteht darin, eine vordefinierte Betriebsstellung des Laststufenschalters zu erreichen, indem nach der Inbetriebnahme des Laststufenschalters ein Motorantrieb von einer parametrierten Steuereinrichtung in eine erste Drehrichtung aktiviert wird, so dass der Laststufenschalter seine stationären Betriebsstellungen, also die verschiedenen Wicklungsanzapfungen des Stufentransformators, in Richtung der ersten Wicklungsanzapfung beginnt zu durchlaufen, wobei mittels der Steuereinrichtung das Erreichen der Endstellung des Laststufenschalters erkannt wird, wobei wiederum
nachfolgend der Motorantrieb in eine zweite Drehrichtung aktiviert wird, so dass der
Lasstufenschalter anschließend den Regelbereich in der entgegengesetzten
Umschaltrichtung bis zum Erreichen der ersten stationären Betriebsstellung durchläuft, und wobei anschließend eine Konfiguration der ersten stationären Betriebsstellung als
vordefinierte Betriebsstellung mit Hilfe der nichtflüchtig gespeicherten Parametrierung der Steuereinrichtung erfolgt. Damit definiert das erfindungsgemäße Verfahren nach
Inbetriebnahme des Laststufenschalters eigenständig eine erste stationäre Betriebsstellung als Bezugsgröße für alle nachfolgenden Schalthandlungen. Da diese definierte
Betriebsstellung softwaregestützt nichtflüchtig gespeichert wird, ist damit zu jedem späteren Zeitpunkt nachvollziehbar, wie viel Umschaltungen in welche Umschaltrichtung der
Laststufenschalter vollzogen hat und damit letzten Endes in welcher stationären
Betriebsstellung sich der Laststufenschalter aktuell befindet. Mit anderen Worten wird nach dem Wesen der Erfindung also der mechanische Anschlag des Regelbereiches des
Laststufenschalters verwendet, um nachfolgend eine Normierung auf eine definierte stationäre Betriebsstellung des Laststufenschalters vorzunehmen. Nach einer besonderen Weiterbildung der Erfindung erkennt die Steuereinrichtung den mechanischen Endanschlag des Regelbereiches des Laststufenschalters, indem die
Stromstärke des Motorantriebs nach dessen Aktivierung in eine erste Drehrichtung nicht flüchtig gespeichert und in definierten Zeitabständen mit einem in der Steuereinrichtung als Stromgrenzwert parametrierten Höchstwert verglichen wird. Überschreitet dabei der aktuell ermittelte Stromwert den definierten Sollwert, so wird ein elektrisches Signal generiert, das der Steuereinrichtung den mechanischen Endanschlag des Laststufenschalters anzeigt.
Nach einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der mechanische Endanschlag des Regelbereiches des Laststufenschalters über die Steuereinrichtung detektiert, indem mittels eines Sensors in regelmäßigen Zeitabständen die
Rotationsgeschwindigkeit der Antriebswelle des Motorantriebes detektiert. Ist der ermittelte Wert der Rotationsgeschwindigkeit gleich 0, so wird ein elektrisches Signal generiert, das der Steuereinrichtung den mechanischen Endanschlag des Laststufenschalters anzeigt.
Nach einer wiederum weiteren Ausführungsform der Erfindung wird beim Durchlaufen des Regelbereichs des Laststufenschalters in eine erste Drehrichtung bei jedem Erreichen einer nächsten stationären Betriebsstellung ein Meldekontakt beschaltet, wobei der
Auslösezeitpunkt, d. h. die Beschaltung des Meldekontaktes, mittels der Steuereinrichtung nichtflüchtig gespeichert wird, wobei die Zeit zwischen zwei Auslösezeitpunkten mit einem maximal zulässigen Grenzwert verglichen wird, wobei bei Überschreiten des maximal zulässigen Grenzwertes ein elektrisches Signal generiert wird, das der Steuereinrichtung den mechanischen Endanschlag des Laststufenschalters anzeigt. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass mit der Antriebwelle des Motorantriebs mindestens eine
Nockenscheibe in Dreheingriff gebracht wird, die ihrerseits wenigstens einen Mikroschalter je Umdrehung der Nockenscheibe betätigt. Je nach Übersetzungsverhältnis kann die
Umdrehung der Nockenscheibe synchron mit einer Umschaltung des Lastumschalters von einer ersten auf eine benachbarte zweite stationäre Betriebsstellung erfolgen. Der
Mikroschalter löst also pro Umdrehung der Nockenscheibe und damit pro Umschaltung, also zulässiger stationärer Betriebsstellung des Laststufenschalters, einmal aus und meldet damit einen erfolgreich abgeschlossenen Umschaltvorgang.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachstehend noch beispielhaft an Hand einer Figur näher erläutert werden.
Die Figur zeigt einen schematischen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ausgangspunkt des erfindungsgemäßen Verfahrens bildet die Inbetriebnahme des
Laststufenschalters mit einem Stufentransformator. Bei der Inbetriebnahme wird der
Laststufenschalter mit seinen Anschlusskontakten an der Regelwicklung des
Stufentransformators angeschlossen, der Motorantrieb montiert und der Laststufenschalter samt Motorantrieb an eine softwaregestützte elektronische Steuereinrichtung
angeschlossen, die ihrerseits wiederum mit einer Ausgabeeinrichtung verbunden werden kann. Die Steuereinrichtung ist bei Inbetriebnahme zu parametrieren, insbesondere ist dabei eine anfängliche Bewegungsrichtung der Antriebswelle des Motorantriebs zu definieren, weiterhin ist die Anzahl zulässiger stationärer Betriebsstellungen des Laststufenschalters anzugeben und schlussendlich zu definieren, wo der Anfang des Regelbereiches, d.h. die erste zulässige stationäre Betriebsstellung, und das Ende des Regelbereiches, also die letzte zulässige Betriebsstellung, des Laststufenschalters liegt. Diese Parameter sind in der Steuereinrichtung nicht flüchtig zu speichern. Wie bereits erläutert, weisen Laststufenschalter üblicherweise einen 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 auf. Abhängig von dem, dem Laststufenschalter zu Grunde liegendem Schaltertyp, sind bei einer Regelwicklung mit beispielsweise 5 Wicklungsanzapfungen nach dem
Widerstandsschnellschalt-Prinzip 5 stationäre Betriebsstellungen zulässig und nach dem Rekatorschaltprinzip 9 stationäre Betriebsstellungen, da hier Mittelstellungen als stationäre Betriebsstellungen zulässig sind.
Nachfolgend wird ein Motorantrieb von der dann parametrierten Steuereinrichtung in eine erste Drehrichtung aktiviert, so dass der Laststufenschalter seine stationären
Betriebsstellungen, also die verschiedenen Wicklungsanzapfungen des
Stufentransformators, in Richtung der ersten Wicklungsanzapfung beginnt zu durchlaufen. Mit erster Wicklungsanzapfung ist hier die der Stammwicklung des Stufentransformtors am nächsten gelegene Wicklungsanzapfung der Regelwicklung gemeint - also der Beginn des Regelbereiches eines Stufentransformators. Bei dem Motorantrieb handelt sich
beispielsweise um einen aus dem Stand der Technik bekannten Schrittmotor.
In einem wiederum nachfolgenden Verfahrensschritt wird das Erreichen der Endstellung mittels der Steuereinrichtung erkannt. Unter Endstellung wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung der mechanische Endanschlag des Laststufenschalters verstanden, gegen den der bewegte Teil des Laststufenschalters fährt, wenn er den Anfang bzw. das Ende seines Regelbereiches erreicht hat. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die
Steuereinrichtung den mechanischen Endanschlag des Regelbereiches des
Laststufenschalters erkennt, indem die Stromstärke des Motorantriebs nach dessen
Aktivierung in eine erste Drehrichtung nicht flüchtig gespeichert und in definierten
Zeitabständen mit einem in der Steuereinrichtung als Stromgrenzwert parametrierten Höchstwert verglichen wird. Überschreitet dabei der aktuell ermittelte Stromwert den definierten Sollwert, so wird ein elektrisches Signal generiert, das der Steuereinrichtung den mechanischen Endanschlag des Laststufenschalters anzeigt. Alternativ ist es auch möglich, dass der mechanische Endanschlag des Regelbereiches des Laststufenschalters über die Steuereinrichtung detektiert wird, indem mittels eines Sensors in regelmäßigen
Zeitabständen die Rotationsgeschwindigkeit der Antriebswelle des Motorantriebes nicht detektiert. Ist der ermittelte Wert der Rotationsgeschwindigkeit gleich 0, so wird ein elektrisches Signal generiert, das der Steuereinrichtung den mechanischen Endanschlag des Laststufenschalters anzeigt. Nach einer wiederum weiteren Ausführungsform der Erfindung wird beim Durchlaufen des Regelbereichs des Laststufenschalters in eine erste Drehrichtung bei jedem Erreichen einer nächsten stationären Betriebsstellung ein Meldekontakt beschaltet, wobei der Auslösezeitpunkt, d. h. die Beschaltung des Meldekontaktes, mittels der Steuereinrichtung nichtflüchtig gespeichert wird, wobei die Zeit zwischen zwei
Auslösezeitpunkten mit einem maximal zulässigen Grenzwert verglichen wird, wobei bei Überschreiten des maximal zulässigen Grenzwertes ein elektrisches Signal generiert wird, das der Steuereinrichtung den mechanischen Endanschlag des Laststufenschalters anzeigt. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass mit der Antriebwelle des Motorantriebs mindestens eine Nockenscheibe in Dreheingriff gebracht wird, die ihrerseits wenigstens einen Mikroschalter je Umdrehung der Nockenscheibe betätigt. Je nach
Übersetzungsverhältnis kann die Umdrehung der Nockenscheibe synchron mit einer
Umschaltung des Lastumschalters von einer ersten auf eine benachbarte zweite stationäre Betriebsstellung erfolgen. Der Mikroschalter löst also pro Umdrehung der Nockenscheibe und damit pro Umschaltung, also zulässiger stationärer Betriebsstellung des
Laststufenschalters, einmal aus und meldet damit einen erfolgreich abgeschlossenen Umschaltvorgang.
In einem folgenden Verfahrensschritt wird der Motorantrieb von der Steuereinrichtung in eine zweite Drehrichtung aktiviert, so dass der Wähler anschließend den Regelbereich in der entgegengesetzten Umschaltrichtung bis zum Erreichen der ersten stationären
Betriebsstellung durchläuft und bei Erreichen der ersten stationären Betriebsstellung stoppt. Abschließend erfolgt eine Konfiguration der ersten stationären Betriebsstellung als vordefinierte Betriebsstellung mit Hilfe der nichtflüchtig gespeicherten Parametrierung der Steuereinrichtung. Damit definiert das erfindungsgemäße Verfahren nach Inbetriebnahme des Laststufenschalters eigenständig eine erste stationäre Betriebsstellung als Bezugsgröße für alle nachfolgenden Schalthandlungen. Da diese definierte Betriebsstellung
softwaregestützt nichtflüchtig gespeichert wird, ist damit zu jedem späteren Zeitpunkt nachvollziehbar, wie viel Umschaltungen in welche Umschaltrichtung der Laststufenschalter vollzogen hat und damit letzten Endes, in welcher stationären Betriebsstellung sich der Laststufenschalter aktuell befindet. Mit anderen Worten wird nach dem Wesen der Erfindung also der mechanische Anschlag des Regelbereiches des Laststufenschalters verwendet, um nachfolgend eine Normierung auf eine definierte stationäre Betriebsstellung des
Laststufenschalters vorzunehmen.

Claims

Patentansprüche
1 , Verfahren zur Ausmittelung eines mitteis eines Motorantriebs betätigbaren
Laststufenschalters zur Umschaitung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators,
gekennzeichnet durch nachfolgende Verfahrensschritte:
- dass nach Inbetriebnahme des Laststufenschalters der Motorantrieb von einer
parametrierten Steuereinrichtung in eine erste Drehrichtung aktiviert wird, so dass der Laststufenschalter seine stationären Betriebsstellungen, also die verschiedenen
Wicklungsanzapfungen des Stufentransformators, in Richtung der ersten
Wicklungsanzapfung beginnt zu durchlaufen,
- dass mittels der Steuereinrichtung das Erreichen der Endstellung des
Laststufenschalters detektiert wird,
- dass der Motorantrieb in eine zweite Drehrichtung aktiviert wird, so dass der
Laststufenschalter anschließend den Regelbereich in der entgegengesetzten
Umschaltrichtung bis zum Erreichen der ersten stationären Betriebsstellung durchläuft,
- und dass anschließend eine Konfiguration der ersten stationären Betriebsstellung als vordefinierte Betriebsstellung mit Hilfe der nichtflüchtig gespeichert Parametrierung der Steuereinrichtung erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
dass mittels der Steuereinrichtung das Erreichen der Endstellung des Laststufenschalters detektiert wird, indem die Stromstärke des Motorantriebs nach dessen Aktivierung in eine erste Drehrichtung nicht flüchtig gespeichert wird,
dass in definierten Zeitabständen diese nichtflüchtig gespeicherte Stromstärke mit einem in der Steuereinrichtung als Stromgrenzwert parametrierten Höchstwert verglichen wird, und dass bei Überschreitung der aktuell ermittelten Stromstärke von einem vorab definierten Sollwert ein elektrisches Signal von der Steuereinrichtung generiert wird, so dass die Steuereinrichtung den mechanischen Endanschlag des Laststufenschalters anzeigt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinrichtung das Erreichen der Endstellung des Laststufenschalters detektiert wird, indem mittels eines Sensors in regelmäßigen Zeitabständen die
Rotationsgeschwindigkeit der Antriebswelle des Motorantriebes detektiert wird, dass bei Erreichen des ermittelten Wertes der Rotationsgeschwindigkeit von 0 ein elektrisches Signal von der Steuereinrichtung generiert wird, so dass die
Steuereinrichtung den mechanischen Endanschlag des Laststufenschalters anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass mittels der Steuereinrichtung das Erreichen der Endstellung des Laststufenschalters detektiert wird, indem beim Durchlaufen des Regelbereichs des Laststufenschalters in eine erste Drehrichtung bei jedem Erreichen einer nächsten stationären Betriebsstellung ein Meldekontakt beschaltet wird,
dass der Auslösezeitpunkt, d. h. die Beschaltung des Meldekontaktes, mittels der Steuereinrichtung nichtflüchtig gespeichert wird,
dass die Zeit zwischen zwei Auslösezeitpunkten mit einem maximal zulässigen
Grenzwert verglichen wird,
und dass bei Überschreiten des maximal zulässigen Grenzwertes ein elektrisches Signal generiert wird, so dass die Steuereinrichtung den mechanischen Endanschlag des Laststufenschalters anzeigt.
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