WO2005041230A1 - Laststufenschalter mit motorantrieb - Google Patents

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WO2005041230A1 PCT/EP2004/009006 EP2004009006W WO2005041230A1 WO 2005041230 A1 WO2005041230 A1 WO 2005041230A1 EP 2004009006 W EP2004009006 W EP 2004009006W WO 2005041230 A1 WO2005041230 A1 WO 2005041230A1
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motor
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motor drive
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Jürgen ACH
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Maschinenfabrik Reinhausen Gmbh
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    • H01H2009/0061—Monitoring tap change switching devices

Definitions

  • the invention relates to an on-load tap changer with a motor drive.
  • the applicable standards such as IEC 60214 and VDE 0532 stipulate that the motor drive has a direction of rotation monitoring and has means that ensure an automatic termination of a switchover in the direction once started. This requires information about the direction of rotation.
  • the known on-load tap-changer uses a rotating field control relay for monitoring the direction of rotation and a bistable relay (current surge relay) for automatically ending a changeover that has already started.
  • bistable relay current surge relay
  • the object of the invention is therefore to provide an on-load tap changer with a motor drive of the type mentioned in the introduction, in which the described safety requirements are implemented in a simple and inexpensive manner.
  • the on-load tap-changer has various new features which, in combination with one another, meet the safety requirements described.
  • the direction of rotation monitoring and the restart of the motor drive are essentially derived from existing messages. It is particularly advantageous that no additional mechanical components are required; Both the described field control relay and the bistable relay can be omitted without replacement.
  • inductive proximity sensors are provided on the diverter switch of the on-load tap changer, which detect its position. Furthermore, means for unlatching monitoring are arranged on the linkage between the motor drive and on-load tap changer, which have cam switches.
  • Means are also provided for the mechanical running signal of the motor drive; this is recorded directly on the selector drive using a direction-independent cam track. Finally, electrical means for reporting the running of the (known) motor contactors are provided.
  • Figure 1 shows the arrangement of the inductive proximity sensors
  • FIG. 2 shows the means for unlatching monitoring on the linkage between the motor drive and on-load tap-changer.
  • FIG. 3 shows the means for mechanical running signal on the selector drive
  • FIG. 4 shows a complete circuit diagram of the motor drive as part of the on-load tap-changer according to the invention
  • FIG. 5 shows a circuit extract with safety devices
  • FIG. 6 shows a schematic switching sequence when switching from one winding tap of the dry-type transformer to another (adjacent) winding tap.
  • FIG. 1 shows how the position of the diverter switch is detected by inductive proximity sensors S70, S71 on the diverter switch. An even / odd message is generated, which is multiplied by auxiliary contactors K13 and K14, which are explained below.
  • the diverter switch itself switches approximately 20 degrees before the end of a shift. In the entire exemplary embodiment, a total rotation angle of 360 degrees is assumed for each load switchover.
  • a cam track is provided on the linkage between the motor drive and the step switch, black in the figure, which is widened in one direction by 130 degrees, so that with it corresponding cam switches S23 or S24 - depending on the current position and controlled direction of rotation - 25 degrees Switch on or off at the beginning or before the end of a switchover.
  • FIG. 3 shows the means for mechanically reporting the running of the motor drive.
  • a directionally independent cam track is shown, which is arranged directly on the selector drive.
  • a cam switch S13 switches on 35 degrees after the start of the switchover and 35 degrees before the end of the switchover. The movement of the selector itself begins at an angle of rotation greater than 35 degrees.
  • FIG. 4 shows the circuit diagram according to the invention, which also has other known components which are necessary for explaining the overall function. The same applies to the actual monitoring unit shown in FIG. 5.
  • the diverter switch is in the odd position, S71 actuated, K14 energized and S23 actuated. After activating the motor contactor K2, the motor M1 starts running in the "right" direction. After 25 degrees, the cam switch for the unlatch monitoring has reached the position that it maintains during the entire checking phase (35 degrees ... 325 degrees). Starting from FIG. 2 In this case, the states do not change: S23 remains activated, S24 is not activated. The cam switch S13 (FIG. 3) is activated after 35 degrees and activates the checking and restart phase.
  • the diverter switch is in the odd position, S71 actuated, K14 energized and S23 actuated. After activating the motor contactor K1, the motor M1 starts running in the "left" direction. After 25 degrees, the cam switch for the unlatch monitoring has reached the position that it maintains during the entire checking phase (35 degrees ... 325 degrees). Starting from FIG. 2 S24 is actuated; S23 falls back. The cam switch S13 (FIG. 3) is actuated after 35 degrees and activates the checking and restarting phase.
  • the diverter switch is in the straight position, S70 actuated, K13 tightened and S24 actuated.
  • the motor M1 After activating the motor contactor K2, the motor M1 starts running in the "right" direction.
  • the cam switch for the unlatch monitoring After 25 degrees, the cam switch for the unlatch monitoring has reached the position that it maintains during the entire checking phase (35 degrees ... 325 degrees). Starting from FIG. 2 In this case, the states do not change: S24 remains activated, S23 is not activated.
  • the cam switch S13 (FIG. 3) is activated after 35 degrees and activates the checking and restart phase.
  • the diverter switch is in the straight position, S70 actuated, K13 tightened and S24 actuated. After activating the motor contactor K1, the motor M1 starts running in the "right" direction. After 25 degrees, the cam switch for the unlatch monitoring has reached the position that it maintains during the entire inspection phase (35 degrees ... 325 degrees). Starting from FIG. 2 S23 is actuated, S24 falls back, cam switch S13 (FIG. 3) is actuated after 35 degrees and activates the checking and restarting phase.
  • Errors in the monitoring and restarting device are automatically recognized as all contacts of the cam switches S23 and S24 are connected and trigger the motor protection switch Q1. If there is an error in the detection of the respective position of the diverter switch, either both monitoring circuits are electrically active or inactive; both trigger the motor protection switch Q1.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Laststufenschalter mit einem Motorantrieb, bei dem die notwendigen Überwachungs- und Wiederanlauffunktionen dadurch realisiert sind, dass am Lastumschalter induktive Näherungssensoren zu dessen Positionserfassung vorgesehen sind, die mit separaten, von Nockenscheiben nach einer bestimmten Sequenz betätigen, Nockenschaltern zusammenwirken. Erfindungsgemäss wird im Ergebnis eine Plausibilitätsüberprüfung bei jeder Umschaltung durchgeführt und bei Abweichung vom Normalzustand ein Motorschutzschalter betätigt.

Description

Laststufenschalter mit Motorantrieb
Die Erfindung betrifft einen Laststufenschalter mit einem Motorantrieb.
Aus der Firmendruckschrift der Anmelderin „Laststufenschalter AVT-Betriebsanleitung; Druckimpressum BA 163/01 de, 0802/500, ist ein solcher Laststufenschalter für Innenanlagen bekannt, der zur Einstellung des Übersetzungsverhältnisses eines Trockentransformators unter Last dient. Dieser bekannte Laststufenschalter arbeitet nach dem Prinzip der Widerstands-Schnellschaltung. Er weist einen Wähler zur lastlosen Vorwahl der neuen Wickluπgsanzapfung, auf die umgeschaltet werden soll, sowie einen Lastumschalter zur eigentlichen nachfolgenden Umschaltung auf. Als lastumschaltende Kontakte werden Vakuumschaltzellen verwendet. Der elektrische Motorantrieb zur Betätigung des Schalters ist dabei in das Gehäuse des Laststufenschalters integriert.
Die geltenden Normen wie die IEC 60214 und VDE 0532 schreiben dabei vor, dass der Motorantrieb eine Drehrichtungsüberwachung besitzt und Mittel aufweist, die ein automatisches Beenden einer Umschaltung in der einmal begonnenen Richtung gewährleisten. Dies setzt eine Drehrichtungsinformation voraus. Um diese Anforderungen zu gewährleisten, wird beim bekannten Laststufenschalter ein Drehfeldkontrollrelais zur Drehrichtungsüberwachung und ein bistabiles Relais (Stromstossrelais) zum automatischen Beenden einer einmal begonnenen Umschaltung eingesetzt. Diese elektronischen Komponenten sind jedoch zum einen teuer und zum anderen bei rauen Umgebungsverhältnissen problematisch.
Aufgabe der Erfindung ist es demnach, einen Laststufenschalter mit Motorantrieb der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem auf einfache und kostengünstige Weise die beschriebenen Sicherheitsanforderungen realisiert sind.
Diese Aufgabe wird durch einen Laststufenschalter mit den Merkmalen des Patentanspruches gelöst.
Bei der Erfindung weist der Laststufenschalter verschiedene neue Merkmale auf, die in Kombination miteinander die beschriebenen Sicherheitsanforderungen erfüllen. Dabei werden die Drehrichtungsüberwachung und der Wiederanlauf des Motorantriebes aus im Wesentlichen bereits vorhandenen Meldungen abgeleitet. Besonders vorteilhaft ist, dass keine zusätzlichen mechanischen Komponenten mehr benötigt werden; sowohl das beschriebene Drehfeldkontrollrelais als auch das bistabile Relais können ersatzlos entfallen.
Um dies zu erreichen, sind folgende Merkmale vorgesehen:
Zunächst einmal sind induktive Näherungssensoren am Lastumschalter des Laststufenschalters vorgesehen, die dessen Position erfassen. Weiterhin sind Mittel zur Entklinkungsüberwachung am Gestänge zwischen Motorantrieb und Laststufenschalter angeordnet, die Nockenschalter aufweisen.
Weiterhin sind Mittel zur mechanischen Laufmeldung des Motorantriebes vorgesehen; diese wird mittels einer richtungsunabhängigen Nockenbahn direkt am Wählerantrieb erfasst. Schließlich sind elektrische Mittel zur Laufmeldung der (bekannten) Motorschütze vorgesehen.
Die Erfindung soll nachfolgend beispielhaft noch näher erläutert werden.
Es zeigen:
Figur 1 die Anordnung der induktiven Näherungssensoren
Figur 2 die Mittel zur Entklinkungsüberwachung am Gestänge zwischen Motorantrieb und Laststufenschalter Figur 3 die Mittel zur mechanischen Laufmeldung am Wählerantrieb
Figur 4 ein vollständiges Schaltbild des Motorantriebes als Bestandteil des erfindungsgemäßen Laststufenschalters Figur 5 einen Schaltungsauszug mit Sicherheitseinrichtungen
Figur 6 einen schematischen Schaltablauf bei der Umschaltung von einer Wicklungsanzapfung des Trockentransformators zu einer (benachbarten) anderen Wicklungsanzapfung.
In Figur 1 ist gezeigt, wie die Position des Lastumschalters über induktive Näherungssensoren S70, S71 am Lastumschalter erfasst wird. Dabei wird eine Gerade/Ungerade-Meldung erzeugt, die über weiter unten noch erläuterte Hilfsschütze K13 und K14 vervielfacht wird. Der Lastumschalter selbst schaltet ca. 20 Grad vor dem Ende einer Schaltung. Dabei wird im gesamten Ausführungsbeispiel auf einen gesamten Drehwinkel bei jeder Lastumschaltung von 360 Grad ausgegangen.
In Figur 2 sind die Mittel zur Entklinkungsüberwachung im Detail dargestellt. Dafür ist am Gestänge zwischen Motorantrieb und Stufenschalter eine Nockenbahn vorgesehen, in der Figur schwarz ausgeführt, die in eine Richtung um 130 Grad verbreitert ist, so dass mit ihr korrespondierende Nockenschalter S23 bzw. S24 - je nach aktueller Stellung und angesteuerter Laufrichtung - 25 Grad nach Beginn bzw. vor Ende einer Umschaltung auf - bzw. abschalten.
In Figur 3 sind die Mittel zur mechanischen Laufmeldung des Motorantriebes gezeigt. Es ist eine richtungsunabhängig wirkende Nockenbahn dargestellt, die direkt am Wählerantrieb angeordnet ist. Ein Nockenschalter S13 schaltet hierbei 35 Grad nach dem Beginn der Umschaltung auf und 35 Grad vor Ende der Umschaltung wieder ab. Die Bewegung des Wählers selbst beginnt erst bei einem Drehwinkel größer 35 Grad.
In Figur 4 ist das Schaltbild gemäß der Erfindung gezeigt, das darüber hinaus auch andere, bekannte, aber für die Erläuterung der Gesamtfunktion notwendige Bestandteile aufweist. Das Gleiche gilt für die in Figur 5 dargestellte eigentliche Überwachungseinheit. In diesen beiden Darstellungen bedeuten: F2 Lichtbogenüberwachungseinheit H1 Signallampe
K1 Motorschütz
K2 Motorschütz
K13 Hilfsschütz des Näherungssensors S70
K14 Hilfsschütz des Näherungssensors S71
K20 Schrittschaltrelais
K29 Zeitrelais
M1 Motor
Q1 Motorschutzschalter
53 Höher/Tiefer-Schaiter
54 Begrenzungsschalter für K1
55 Begrenzungsschalter für K2 S8 A und B: Sicherheitsschalter S13 Nockenschalter
523 Nockenschalter
524 Nockenschalter
S38 Potentiometerkontakt
570 Näherungssensor
571 Näherungssensor X... Terminals.
Nachfolgend soll die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Laststufenschalters mit Motorantrieb, speziell dessen Sicherheitseinrichtung zur Erfüllung der in der Beschreibungseinleitung genannten technischen Forderungen, noch einmal im Zusammenhang erläutert werden. Nach der Ansteuerung eines der Motorschütze K1 oder K2 läuft Motor M1 des Motorantriebes an. Nach 25 Grad wechseln die Nockenschalter S23/S24 ihre Position (s. Figur 2). 35 Grad nach Beginn der Schaltung schaltet der weitere Nockenschalter S13 die Wiederanlaufeinrichtung bzw. die Drehrichtungsüberwachung aktiv (s. Figur 3). Während der Nockenschalter S13 aktiv ist, wechseln weder der Lastumschalter und damit die induktiven Näherungssensoren S70/S71 sowie deren Hilfsschütze K13/K14 (s. Figur 1) zur Vervielfachung der Meldung, noch die Nockenschalter S23, S24 der Entklinkungsüberwachung (s. Figur 2) ihre Position. Während dieser Zeit werden folgende Betriebszustände abgefragt:
Lastumschalterposition gerade (K13 aktiv, K14 inaktiv) Laufrichtung rechts (K2 aktiv, K1 inaktiv, S24 aktiv, S23 inaktiv)
Lastumschalterposition gerade (K13 aktiv, K14 inaktiv) Laufrichtung links (K1 aktiv, K2 inaktiv, S23 aktiv, S24 inaktiv)
Lastumschalterposition ungerade (K14 aktiv, K13 inaktiv) Laufrichtung rechts (K2 aktiv, K1 inaktiv, S23 aktiv, S24 inaktiv)
Lastumschalterposition ungerade (K14 aktiv, K13 inaktiv) Laufrichtung links (K1 aktiv, K2 inaktiv, S24 aktiv, S23 inaktiv).
Damit sind nach den Regeln der Permutation alle möglichen Betriebszustände, von denen jeweils einer vorliegt, abfragbar. Die Abfrage selbst erfolgt durch die elektrische Verschaltung der eben erwähnten Meldekontakte. Sie wirken direkt auf den Motorschutzschalter Q1 (Drehrichtungsüberwachung) bzw. die Motorschütze K1 , K2 (Wiederanlaufeinrichtung).
Nachfolgend sollen die Schaltabläufe an Hand des in Figur 4 gezeigten Schaltbildes noch einmal detailliert erläutert werden. Die Steuerung selbst funktioniert dabei nach dem Prinzip der Schrittschaltung und erfüllt die Anforderungen der IEC 60214. Die beiden Motorschütze K1, K2 steuern den Motor in jeweils unterschiedliche Drehrichtung an, der Motorschutzschalter Q1 schützt diesen Motor vor Überlastung und verfügt über eine Auslösespule zur Abschaltung. Alle nachfolgend verwendeten Gradangaben beziehen sich wiederum auf einen vollständigen Drehwinkel von 360 Grad je Umschaltung.
a) Lastumschalterposition ungerade, Ansteuerung rechts
Der Lastumschalter steht in Position ungerade, S71 betätigt, K14 angezogen und S23 betätigt. Nach Ansteuerung des Motorschützes K2 läuft der Motor M1 in Laufrichtung „rechts" an. Nach 25 Grad hat der Nockenschalter für die Entklinkungsüberwachung die Position erreicht, die er in der gesamten Überprüfungsphase (35 Grad...325 Grad) behält. Ausgehend von Figur 2 ändern sich in diesem Fall die Zustände nicht; S23 bleibt betätigt, S24 nicht betätigt. Der Nockenschalter S13 (Figur 3) wird nach 35 Grad betätigt und aktiviert die Überprüfungs- und Wiederanlaufphase.
Über den Nockenschalter S13 (aktiviert), den Öffner des Hilfsschütz K13 (nicht aktiviert) zur Vervielfältigung der Positionsmeldung des Lastumschalters, wird am Nockenschalter S24 (nicht aktiviert) Spannung angelegt. Ist auf Grund der richtigen Drehrichtung S24 nicht aktiviert, wird Spannung an die Spule des Motorschützes für Laufrichtung „rechts" K2 gelegt; der Wiederanlauf ist bis zum Abfallen des Nockenschalters S13 gewährleistet. Ist S24, z. B. auf Grund eines falschen Drehfeldes an den Anschlussklemmen, aktiviert, wird mit Aufschalten des Nockenschalters S13 der Motorschutzschalter Q1 über den Hilfskontakt des Motorschützes K2:53-54 ausgelöst.
b) Lastumschalterposition ungerade, Ansteuerung links
Der Lastumschalter steht in Position ungerade, S71 betätigt, K14 angezogen und S23 betätigt. Nach Ansteuerung des Motorschützes K1 läuft der Motor M1 in Laufrichtung „links" an. Nach 25 Grad hat der Nockenschalter für die Entklinkungsüberwachung die Position erreicht, die er in der gesamten Überprüfungsphase (35 Grad...325 Grad) behält. Ausgehend von Figur 2 wird S24 betätigt; S23 fällt zurück. Der Nockenschalter S13 (Figur 3) wird nach 35 Grad betätigt und aktiviert die Überprüfungsund Wiederanlaufphase.
Über den Nockenschalter S13 (aktiviert), den Öffner des Hilfsschütz K13 (nicht aktiviert) zur Vervielfältigung der Positionsmeldung des Lastumschalters, wird am Nockenschalter S24 (aktiviert) Spannung angelegt. Ist auf Grund der richtigen Drehrichtung S24 aktiviert, wird Spannung an die Spule des Motorschützes für Laufrichtung „links" K1 gelegt; der Wiederanlauf ist bis zum Abfallen des Nockenschalters S13 gewährleistet. Ist S24, z. B. auf Grund eines falschen Drehfeldes an den Anschlussklemmen, nicht aktiviert, wird mit Aufschalten des Nockenschalters S13 der Motorschutzschalter Q1 über den Hilfskontakt des Motorschützes K1:53-54 ausgelöst.
c) Lastumschalterposition gerade, Ansteuerung rechts
Der Lastumschalter steht in Position gerade, S70 betätigt, K13 angezogen und S24 betätigt. Nach Ansteuerung des Motorschützes K2 läuft der Motor M1 in Laufrichtung „rechts" an. Nach 25 Grad hat der Nockenschalter für die Entklinkungsüberwachung die Position erreicht, die er in der gesamten Überprüfungsphase (35 Grad...325 Grad) behält. Ausgehend von Figur 2 ändern sich in diesem Fall die Zustände nicht; S24 bleibt betätigt, S23 nicht betätigt. Der Nockenschalter S13 (Figur 3) wird nach 35 Grad betätigt und aktiviert die Überprüfungs- und Wiederanlaufphase.
Über den Nockenschalter S13 (aktiviert), den Öffner des Hilfsschütz K14 (nicht aktiviert) zur Vervielfältigung der Positionsmeldung des Lastumschalters, wird am Nockenschalter S23 (aktiviert) Spannung angelegt. Ist auf Grund der richtigen Drehrichtung S23 nicht aktiviert, wird Spannung an die Spule des Motorschützes für Laufrichtung „links" K2 gelegt; der Wiederanlauf ist bis zum Abfallen des Nockenschalters S13 gewährleistet. Ist S23, z. B. auf Grund eines falschen Drehfeldes an den Anschlussklemmen, aktiviert, wird mit Aufschalten des Nockenschalters S13 der Motorschutzschalter Q1 über den Hilfskontakt des Motorschützes K2:53-54 ausgelöst.
d) Lastumschalterposition gerade, Ansteuerung links
Der Lastumschalter steht in Position gerade, S70 betätigt, K13 angezogen und S24 betätigt. Nach Ansteuerung des Motorschützes K1 läuft der Motor M1 in Laufrichtung „rechts" an. Nach 25 Grad hat der Nockenschalter für die Entklinkungsüberwachung die Position erreicht, die er in der gesamten Überprüfungsphase (35 Grad...325 Grad) behält. Ausgehend von Figur 2 wird S23 betätigt, S24 fällt zurück. Der Nockenschalter S13 (Figur 3) wird nach 35 Grad betätigt und aktiviert die Überprüfungsund Wiederanlaufphase.
Über den Nockenschalter S13 (aktiviert), den Öffner des Hilfsschütz K14 (nicht aktiviert) zur Vervielfältigung der Positionsmeldung des Lastumschalters, wird am Nockenschalter S23 (aktiviert) Spannung angelegt. Ist auf Grund der richtigen Drehrichtung S23 aktiviert, wird Spannung an die Spule des Motorschützes für die Laufrichtung „links" K1 gelegt; der Wiederanlauf ist bis zum Abfallen des Nockenschalters S13 gewährleistet. Ist S23, z. B. auf Grund eines falschen Drehfeldes an den Anschlussklemmen, nicht aktiviert, wird mit Aufschalten des Nockenschalters S13 der Motorschutzschalter Q1 über den Hilfskontakt des Motorschützes K1 :53-54 ausgelöst.
Fehler in der Überwachungs- und Wiederanlaufeinrichtung werden, da alle Kontakte der Nockenschalter S23 und S24 angeschlossen sind, automatisch erkannt und führen zu einer Auslösung des Motorschutzschalters Q1. Liegt ein Fehler in der Erkennung der jeweiligen Position des Lastumschalters vor, sind entweder beide Überwachungskreise elektrisch aktiv oder inaktiv; beides führt zu einer Auslösung des Motorschutzschalters Q1.

Claims

Patentanspruch
Laststufenschalter mit einem Motorantrieb zur unterbrechungslosen Umschaltung unter Last zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators, wobei ein Wähler zur lastlosen Vorwahl der neuen Wicklungsanzapfung und ein Lastumschalter zur eigentlichen Umschaltung unter Last auf diese vorgesehen sind, wobei Wähler und Lastumschalter gemeinsam von einem Gestänge des Motorantriebes betätigt werden, derart, dass der Motorantrieb einerseits einen Wählerantrieb des Wählers betätigt und andererseits einen Kraftspeicher zur nachfolgenden Betätigung des Lastumschalters aufzieht, wobei der Motorantrieb einen elektrischen Motor aufweist, der drehrichtungsabhängig jeweils mittels eines Motorschützes betätigbar ist und in dessen Stromkreis ein Motorschutzrelais vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass am Lastumschalter induktive Näherungssensoren (S70, S71), die die jeweilige Position des
Lastumschalters erfassen, vorgesehen sind, dass am Gestänge eine drehrichtungsabhängig wirkende Nockenbahn und zwei mit dieser korrespondierende Nockenschalter (S23, S24) vorgesehen sind, dass direkt am Wählerantrieb eine drehrichtungsunabhängig wirkende weitere Nockenbahn vorgesehen ist, die mit einem weiteren Nockenschalter (S13) korrespondiert und dass elektrische Mittel zum Vergleich der jeweils erfassten aktuellen Schaltstellung der
Näherungssensoren (S70, S71), der Nockenschalter (S23, S24) sowie des weiteren Nockenschalters
(13) mit deren Normalzuständen bei jeder Betätigung des Laststufenschalters vorgesehen sind, derart, dass bei Abweichung mindestens eines dieser Schaltzustände vom Normalzustand der
Motorschutzschalter (Q1) betätigbar ist.
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