WO2019228744A1 - Transformator - Google Patents

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WO2019228744A1
WO2019228744A1 PCT/EP2019/061193 EP2019061193W WO2019228744A1 WO 2019228744 A1 WO2019228744 A1 WO 2019228744A1 EP 2019061193 W EP2019061193 W EP 2019061193W WO 2019228744 A1 WO2019228744 A1 WO 2019228744A1
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WO
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transformer
drive unit
unit
voltage regulation
drive
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/061193
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg FINDEISEN
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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.)
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Publication date
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Publication of WO2019228744A1 publication Critical patent/WO2019228744A1/de

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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
    • H01H9/0044—Casings; Mountings; Disposition in transformer housing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/08—Cooling; Ventilating
    • H01F27/10—Liquid cooling
    • H01F27/12—Oil cooling
    • 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
    • H01F29/04—Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with tappings on coil or winding; with provision for rearrangement or interconnection of windings having provision for tap-changing without interrupting the load current

Definitions

  • the present invention relates to a transformer, pointing to: a transformer housing, an active part, the least one transformer core and at least one Transfor transformer winding, which is arranged within the transformer housing, and at least one tap changer for regulating the voltage by switching between Wick lungsanzapfonne of the transformer.
  • Such transformers are known. They usually have a tap changer for regulating the voltage, which is formed from a switch and a motor drive. Of the
  • Switch is driven via a housing arranged outside of the Transformatorge motor drive.
  • transformer here stands for electromagnetic devices which are installed in a housing and provided with a tap changer, which may also be, for example, “variable shunt reactors” for reactive power compensation.
  • tap changer refers to a Vorrich device for switching between different Wicklungsanzap tests the control coil of a transformer and consists of the actual voltage control unit, in which the
  • the drive can be done via a metallic drive linkage. It can be provided that a vertical drive shaft to the motor drive via an angle gear is connected to a horizontal drive shaft.
  • the ho zontal drive shaft acts via an upper gear stage with the Switch together.
  • the upper gear is located on a head located outside the transformer housing switch.
  • Transformer housing arranged motor drive for arranged within the transformer housing switch instead.
  • Such power transmission is susceptible to interference that may occur outside of the transformer housing in the environment.
  • oil transformers are traditionally designed to operate within the temperature limits specified in IEC 60076-2.
  • New alternative insulating fluids open up the possibility of using higher temperatures.
  • These higher operating temperatures cause an increased thermal load of the drive modules built in the tap changer and the increasingly used measuring and control elements.
  • the object of the invention is thus to provide a transformer which is designed to be susceptible to interference and space-saving and also corresponds to the extended thermal requirements.
  • the tap-changer is cantilever-mounted by means of at least one console on the active part of the transfor mators.
  • the tap changer has at least ei ne drive unit, which is arranged within the housing of the transformer. This has the advantage that even a mechanical power transmission from outside the transformer housing can be omitted within the transformer housing. The susceptibility of an outside of the transformer housing arranged motor drive is eliminated. Also, a space-saving design allows: all components of the tap changer are accommodated within the transformer matorgephaseuses.
  • the drive unit of the tap changer is fastened by means of a mounting device separable on theistsregelein unit.
  • the tap changer has a voltage regulation unit, wherein the drive unit can be dismantled by means of a Mounting device is mounted on the voltage control unit.
  • the advantage of this solution is the possibility of nachträgli Chen mounting the drive unit after the drying process of the active part to the action of the highmeltempera temperatures of the drying process and the solvent used in the drying process on the drive unit to avoid the.
  • the hygroscopic isomers used in transformer construction absorb moisture from the surrounding atmosphere.
  • the moisture of the active part of the transformer is removed by means of spe cial drying equipment before installing the Ak tivers of the transformer in the transformer housing.
  • the vapor phase drying is used.
  • the active part is exposed to higher temperatures than during later operation of the transformer.
  • solvents eg kero sin
  • the drive unit is directly sets the drying temperature and the solvents used in the drying process out.
  • the drive unit and / or sensitive measuring and control units on the drive unit to perform dismountable from the actualdersre gelaji and to mount only after the drying process to the tap changer.
  • the voltage control unit with its large number of leading to the taps of the transformer winding current remains firmly attached to the active part, while the Antriebsein unit of the tap changer is mounted only after the drying process to the tap changer.
  • the tap changer has a modular design. It can be provided that the mounting device is designed as a latching device. The latching device he allows a plug connection between thematsregelein unit and the drive unit. It may be advantageous to provide a receptacle and a stop of the drive unit to the voltage regulation unit. This ensures a secure hold of the drive unit to theistsregelein unit. In addition, it is preferable to provide guide bolts for the secure connection between the drive unit and the voltage control unit.
  • the electrical connections to supply the drive unit are preferably designed as a connec tion.
  • the plug-in connections are integrated into the guide bolts of the mounting device.
  • the drive unit is equipped with a servomotor, which is equipped with means for controlling the angular position of the motor shaft.
  • the located within the transformer housing insulating liquid of the transformer also cools the drive unit.
  • the drive unit is arranged under half of the voltage regulation unit. During operation of the transformer, heating of the insulating liquid occurs. In the free oil spaces is accordingly the respective temperature-dependent density of the insulating liquid is a stratification of the insulating liquid.
  • a placement of the drive unit below thematsre geliki causes the sensitive drive and Steue retti experience better cooling.
  • the tap changer has a switching or drive shaft with a cavity in which at least one current conductor is arranged, which is connected to the drive unit. This has the advantage that the power supply of the drive unit can be done simply and space-saving over already existing components ofistsre gel unit. A shield of the conductor against interference is also guaranteed.
  • the switching or drive shaft of the tap changer is formed from an electrically insulating fiber composite material. This has the advantage that the electrical insulation of the conductor can be safely arranged in the switching or drive shaft. Fiber composite materials are characterized by their good mechanical properties and their mechanical strength.
  • the transformer has a cooling system with an inflow opening for the insulating liquid in the
  • Transformer housing wherein the drive unit of the tap changer is arranged below the inflow opening.
  • An inventive arrangement of the drive unit of the Stu fenschalters below the inlet opening for the flowing of the cooling system in the transformer housing Isolierflüs fluid leads to the supply of cold insulating liquid to the sensitive areas of the drive unit.
  • the drive unit is arranged below a lower winding edge of the transformer winding.
  • the insulating liquid flows from the cooling system to Trans transformer winding.
  • Transformer winding is usually not or little influenced by this flow and thus has a lower tempera ture on. This area is therefore particularly suitable for the sensitive drive and control elements. It is further preferred that the drive unit is connected by means of at least one optical waveguide and / or the current conductor with a monitoring / control unit arranged on a side of the transformer housing facing away from the active part of the transformer by means of a feedthrough.
  • the monitoring / control unit is arranged outside of the transformer housing.
  • the implementation can serve both the conductor and the optical waveguide. Thus, it ensures the power supply of the drive unit via the current conductor. Likewise, monitoring and control of the tap changer via the optical waveguide is ensured.
  • the drive unit is designed as a Torquemotor having a diameter which is tuned to the diameter of the voltage regulation unit. This has the advantage that a high torque reaches who can. On a power storage can thus waived who the.
  • the torque motor is designed to be pluggable in order to enable a quick installation after the drying process of the active part of the transformer.
  • the stator of the torque motor is equipped with optical Sen sensors which detect the position of the rotor. Accordingly this position information, the windings of the motor of the control electronics are controlled via suitable power driver to achieve the desired switching position of the voltage regulation unit of the tap changer.
  • the voltage regulation unit has a zy-cylindrical housing, which is formed in the field of Antriebssein unit as a stator of the torque motor.
  • a voltage regulation unit enclosing the standing switching contacts of the voltage regulation unit bearing insulating cylinder are extended to the drive unit and form the stator of the drive unit by receiving the winding of the Torguemotors.
  • the voltage regulation unit has a cylindri cal housing, which is executed extended to the drive unit and is formed in the region of the drive unit as a stator of the torque motor.
  • This has the part before that any existing components of theistsre gel unit can be used as constructive elements of the torque motor verwen. A space-saving and cost-efficient design is possible.
  • the movable switching contacts are arranged on a moveable inner insulating Be and this Iso lierzylinder is extended such that it forms the rotor of the drive unit.
  • this purpose it is in the area of the drive unit on its circumference equipped with the permanent magnets of Ro tor.
  • the torque motor is designed as a hollow rotor.
  • the diameter of the hollow rotor can be approached to the outer diameter of the voltage regulating unit is. As a result, a high torque is generated.
  • the winding of the torque motor is designed to be removable.
  • the rotor of the drive unit may be permitted with means for moving the insulating liquid.
  • the ballast resistors of the tap changer are then arranged such that they learn an additional cooling treatment from the consequent gentle flow of the insulating liquid.
  • the voltage regulation unit has two drive units, which are arranged on opposite sides of the voltage regulation unit. This has the advantage that the transmission of the torque is improved. Furthermore, a redundant design of the drive unit reaches who the.
  • the tap changer is mounted between each two transformer windings on the press construction of the transformer core. This has the advantage that a space-saving design is achieved.
  • the drive unit or the motor is connected to the drive unit by means of a plug connection with the clamping voltage control unit.
  • a quick Monta ge the drive unit to the voltage regulation unit after the drying process of the active part is possible.
  • short times between the drying process of the active part of the Transfor mators and the installation of the active part in the Transformatorge housing are desired.
  • the electrical connection of the drive unit is integrated into the guide bolts for the mechanical locking of the drive unit.
  • the electrical connection is made simultaneously with the mechanical connection.
  • the step of an additional, manual, electrical coupling of the drive unit is eliminated. It is only a short period of time for mounting the drive unit after the drying process of the active part required.
  • the guide pin protects the electrical connection against mechanical stress.
  • the motor of the drive unit for voltage regulation unit a planetary gear.
  • the planetary gear guaranteeing the transmission of high torques at concentric order of the motor shaft and the drive shaft of theistsre gel unit in a small footprint.
  • the diameter of an outer concentric ring gear of the planetary gear is matched to the outer diameter of the voltage control unit such that the outer diameter of the drive unit does not exceed the outer diameter of the clamping voltage control unit.
  • the maximum torque is achieved without the required electrical Ab stands of the tap changer to increase the winding or other voltage-carrying components of the transformer.
  • FIG. 1 shows a detail of a transformer according to the prior art
  • FIG. 2 shows a section of a transformer according to the invention
  • Figure 3 shows a detail of a Transforma sector according to the invention with an attachment of a tap changer to a transformer active part by means of a console;
  • Figure 4 shows a detail of a transformer according to the invention with a disassembled drive unit
  • Figure 5 shows a detail of the fastening device of the drive unit
  • FIG. 6 shows a transformer according to the invention with a plurality of tap changers connected via an optical waveguide to a monitoring / control unit;
  • FIG. 7 shows a section of a transformer according to the invention, in which the tap changer has two drive units
  • Figure 10 is a voltage regulation unit with a cylindrical
  • the transformer 1 has a transformer housing 2. Within the transformer housing 2, an active part 3 is arranged, which has a transformer core 4 and a transformer transformer 4 transformer 5. There is provided a high voltage feedthrough 6 from the inside of the transformer housing 2 to the outside.
  • the transformer 1 has a tap changer 7.
  • the tap changer 7 has a voltage regulation unit 8 and egg ne drive unit 9.
  • the interior of the transformer housing 2 is filled with insulating liquid 10 for cooling the transformer 1.
  • the voltage regulation unit 8 of the prior art is disposed within the transformer housing 2. It engages with the transformer housing 2 via a mechanical connection. Outside the transformer housing 2, the drive unit 9 is arranged. This is in operative connection with the voltage control unit 8. This makes a mechanical transmission of power from outside the transformer housing 2 into its interior necessary.
  • the drive unit 9 is connected by egg nen conductor 11 with a monitoring / control unit 12.
  • FIG. 2 shows a transformer 1 of an embodiment according to the invention.
  • the step switch 7 is accommodated in its entirety in the transformer housing 2.
  • the drive unit 9 is arranged directly below the voltage regulation unit 8. She is attached to this. It can be dispensed with a mechanical power transmission from the drive unit 9 from outside the transformer housing 2 in its interior. Likewise, no mechanical cal connection of the transformer housing 2 with the steps switch 7, in particular with the voltage regulation unit 8, necessary.
  • the placement of the drive unit 9 below the clamping voltage control unit 8 causes the temperature-sensitive components of the drive unit 9 experience better cooling.
  • FIG. 3 shows further details of the transformer 1 according to the invention.
  • the voltage regulating unit 8 is shown with a switching or drive shaft 13, which projects through it in an axial direction.
  • the shift or drive shaft 13 has a cavity 14.
  • This cavity 14 is arranged in its interior.
  • the cavity 14 receives the current conductor 11.
  • This power conductor 11 is used to power the drive unit 9 at one axial end of theistsre gelong 8.
  • the switching or drive shaft 13 may preferably be formed from an electrically insulating fiber composite material. This provides for a mechanical stability, on the other hand, the current conductor 11 is electrically isolated from its environment. Already existing components, such as the switching or drive shaft 13, can be used to space-saving design.
  • the tap changer 7 is fastened by means of a bracket 15 to the pressing device of the transformer core 4.
  • two consoles 15 are provided.
  • the self-supporting attachment of the tap changer 7 can be done in a space-saving manner. Neither a mechanical power transmission to the outside of the transformer housing 2 nor a mechanical connection of the voltage regulation unit 8 to the transformer housing 2 are required.
  • the drive unit 9 is below the inflow opening 16.1 of the insulating liquid 10 from a cooling system 16 in the transformer housing 2 is arranged.
  • the insulating liquid 10 also serves to cool the drive unit 9.
  • the drive unit 9 is further arranged below the winding edge 5.1 of the transformer winding 5, wherein Al is the distance with which the drive unit 9 is disposed below the winding edge 5.1.
  • FIG. 4 shows a section of a Trans transformer according to the invention 1.
  • the drive unit 9 is dismantled from the voltage regulation unit 8 tillbil det. It is a mounting device 17 is provided.
  • the mounting device 17 is formed as ei ne latching device with locking plugs. It can also be a guide pin (not shown) for safe connection of drive unit 9 and voltage control unit 8 may be provided.
  • Figure 5 shows a view of a pluggable drive unit 9.
  • the electrical connections are Ver to supply the drive unit as an electrical connector 17.2 executed.
  • the plug-in connections are integrated into the guide bolt 17. 1 of the mounting device 17.
  • the guide pins are 17.1 tungskanten on their Au formed as a mechanical locking surfaces, while inside coaxial jacks for the electrical connector 17.2 are arranged.
  • an electrical insulation made of plastic is arranged between the embodiment in the form of an annular cross-section guide pin and the coaxial arranged in these connectors.
  • the Füh insurance bolt can also be made of an electrically insulating plastic.
  • the plug-in connector forming a plug and sockets can also be used as a multiple plug, z. B. be designed as a jack.
  • a plurality of guide pins may be present, of which only a subset is provided with an electrical connection fastex.
  • a receiving device for the guide pin as arranged as the plug of the connector.
  • FIG. 6 shows a transformer 1 according to the invention according to a further exemplary embodiment.
  • a separate tap changer 7 is provided for each of the three phases of the transformer 1.
  • Each level switch 7 is fixed by means of a console 15 to the transformer core 4.
  • the transmission of the control and control signals in the embodiment takes place exclusively via Lichtwel waveguide 19. This includes the message of the switch positions and monitoring the synchronization of the
  • the individual tap changer 7 are to each other and with the monitoring and control unit 12 by means of Lichtwel lenleitern 19 connected. This has the advantage that between the individual tap changers no electrical Signallei lines are necessary and thus no electrical distances to the transformer windings are observed. It is an effective use of the space between the windings for placement of the tap changer possible.
  • FIG. 7 shows an embodiment of the tap changer 7 according to the invention.
  • two drive units 9 are provided. These are on opposing ing sides of the voltage regulation unit 8 is arranged. It is provided that of the drive unit 9 of the Stromlei ter 11 and the optical waveguide 19 are connected by means of the implementation 31 with the monitoring / control unit 12. A particularly space-saving design is achieved.
  • FIG 8 shows the voltage regulation unit 8 with a drive unit 9, which is designed as a torque motor.
  • the Torqemotor is designed pluggable and connected via a corresponding mounting device with the voltage control unit 8.
  • the rotational movement of the torque motor is transmitted via a releasable coupling to the switching or drive shaft 13 of the voltage regulating unit 8 and leads to a movement of the contact carrier located on a movable switching contacts 27.
  • the voltage control unit is of one, not shown here stationary switching contacts supporting Iso Lierzylinder 25 enclosed.
  • the diameter of the torque motor is, as shown, tuned to the diameter of the voltage regulation unit 8. From the mood aims at the highest possible diameter of the air gap between the rotor 29 and stator 28, without the Ge felau built into the drive unit 9, the required electrical distances of the entire tap changer transformer to increase or other voltage-carrying components. Since the force of the torque motor in the air gap between the rotor 29 and stator 28 is formed and the torque increases with increasing diameter of the air gap, can be achieved with means of this vote of the diameter, a high torque.
  • the thus executed drive unit 9 has a high drive rigidity and can work without torsional ar. It can then be dispensed with the prior art seen before energy storage.
  • the winding 23 of the torque motor can be arranged demountable.
  • the individual coils 23.1 of the winding Wick 23 are preferably at least partially embedded together with the magnetic core 24 of the stator 28 in a potting compound and form an assembly which is provided with a plug-in mounting device.
  • the torque motor is designed as an internal rotor.
  • the permanent magnets 22 are mounted on the innenlie ing rotor 29 of the drive unit 9.
  • the torque motor can be configured in a further preferred Ausgestal device as an external rotor (hollow rotor) to further increase the torque.
  • Figure 9 shows an embodiment in which the drive unit 9 ge issued with a locking device designed as Monta is attached to the voltage regulation unit 8.
  • the transmission of the rotational movement of the drive unit 9 ge happens by means of a planetary gear 20.
  • the planetary gear 20 ensures the transmission of high torques at concentric arrangement of the motor shaft and the drive shaft of the voltage control unit 8 in a small footprint.
  • a diameter of an outer concentric ring gear 20.1 of the plane tengetriebes 20 with the diameter of the voltage control unit 8 is tuned such that it, in order to achieve a high torque, to the diameter of the voltage control unit 8 so far approaches that the total outside diameter of the drive unit 9 including the attachment webs does not exceed the Au DT messmesser the voltage regulation unit 8.
  • a high torque is achieved and the drive unit 9 does not affect the positioning of the tap changer 7 with respect to the required electrical distances to Trans transformer transformer 5 and other live parts of the transformer 1.
  • the control electronics 30 of the drive unit 9 placed.
  • FIG. 10 shows a special embodiment in which an insulating cylinder 25 carrying the fixed switching contacts 26 of the voltage regulating unit 8 is made longer for the drive unit 9 and the winding 23 of the drive unit 9 is taken up.
  • FIG. 9 In a further specific embodiment of Figure 9, as shown, can be dispensed with a passage 8 fürgelung theistsre gelong with waves.
  • a rotatably mounted inner insulating cylinder 21 can be seen easily, on which the movable switching contacts 27 of the voltage regulation unit 8 are arranged.
  • the rotatable Iso lierzylinder 21 is extended in the embodiment for Antriebssein unit 9 and can be fitted on its periphery with the Perma nentmagneten 22 of the rotor 29.
  • the interior of the movable switching contacts 27 carrying rotatable insulating cylinder 21 may in a further embodiment of the invention for accommodating Lastschaltele- elements, z. B. vacuum switching cells, or electronic switching elements are used.
  • Both the outer, the fixed contacts bearing Iso lierzylinder 25 and the inner movable contacts 27 movable rotatable insulating cylinder 21 may be formed by a support frame or by webs, which simulate a cylindrical contour and each arrangement of the switching contacts 26, 27 on circular Ensure contact tracks.

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  • Power Engineering (AREA)

Abstract

Es wird ein Transformator angegeben, der ein Transformatorgehäuse, einen Aktivteil (3), der mindestens einen Transformatorkern (4) und mindestens eine Transformatorwicklung (5), die innerhalb des Transformatorgehäuses angeordnet sind, aufweist, und mindestens einen Stufenschalter zur Regelung der Spannung aufweist. Hierbei soll ein Transformator bereitgestellt werden, der störunanfällig und bauraumsparend konstruiert ist. Dies wird dadurch erreicht, dass der Stufenschalter freitragend mittels mindestens einer Konsole (15) am Aktivteil (3) des Transformators befestigt ist.

Description

Beschreibung
Transformator
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Transformator, auf weisend: ein Transformatorgehäuse, einen Aktivteil, der min destens einen Transformatorkern und mindestens eine Transfor matorwicklung, die innerhalb des Transformatorgehäuses ange ordnet sind, aufweist, und mindestens einen Stufenschalter zur Regelung der Spannung durch Umschaltung zwischen Wick lungsanzapfungen des Transformators.
Derartige Transformatoren sind bekannt. Sie weisen zumeist einen Stufenschalter zu Regelung der Spannung auf, der aus einem Schalter und einem Motorantrieb gebildet ist. Der
Schalter wird dabei über einen außerhalb des Transformatorge häuses angeordneten Motorantrieb angetrieben.
Der Begriff „Transformator" steht hier stellvertretend für elektromagnetische Einrichtungen, welche in einem Gehäuse eingebaut und mit einem Stufenschalter versehen sind. Dies können z. B. auch „regelbare Drosselspulen" (variable shunt reactors) zur Blindleistungskompensation sein.
Der Begriff „Stufenschalter" bezieht sich auf eine Vorrich tung zur Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzap fungen der Regelwicklung eines Transformators und besteht aus der eigentlichen Spannungsregeleinheit, in welcher der
Schaltvorgang stattfindet, und einer einen Elektromotor um fassenden Antriebseinheit. Diese Antriebseinheit wird in der Literatur auch Motorantrieb genannt.
Der Antrieb kann dabei über ein metallisches Antriebsgestänge erfolgen. Dabei kann vorgesehen sein, dass eine vertikale An triebswelle am Motorantrieb über ein Winkelgetriebe mit einer horizontalen Antriebswelle verbunden ist. Dabei wirkt die ho rizontale Antriebswelle über eine obere Getriebestufe mit dem Schalter zusammen. Die obere Getriebestufe befindet sich auf einem außerhalb des Transformatorgehäuses gelegenen Schalter kopf .
Alternativ ist auch bekannt, einen Motorantrieb direkt auf dem Schalterkopf anzuordnen.
In diesen Transformatoren des Standes der Technik findet mit hin eine mechanische Kraftübertragung vom außerhalb des
Transformatorgehäuses angeordneten Motorantrieb zum innerhalb des Transformatorgehäuses angeordneten Schalter statt. Eine solche Kraftübertragung ist anfällig für Störeinflüsse, die außerhalb des Transformatorgehäuses in der Umgebung auftreten können .
Weiterhin ist in diesen Transformatoren des Standes der Tech nik eine mechanische Verbindung des Schalters mit dem Trans formatorgehäuse vorgesehen. Dies ist notwendig, um den außer halb des Transformatorgehäuses angeordneten Motorantrieb mit dem innerhalb des Gehäuses angeordneten Schalter Zusammenwir ken zu lassen. Allerdings ist auch diese Art der mechanischen Verbindung störanfällig gegen Störeinflüsse aus der Umgebung des Transformators. Sie erhöht ebenso die Anforderungen an die Konstruktion des Transformatorgehäuses und ist bauraum aufwendig .
Schließlich werden Öltransformatoren traditionell zumeist für einen Betrieb innerhalb der in IEC 60076-2 festgelegten Tem peraturgrenzwerte ausgelegt. Neue alternative Isolierfluide eröffnen hier die Möglichkeit, höhere Temperaturen zu nutzen. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise auf die Norm IEEE 1276 verwiesen. Diese höheren Betriebstemperaturen bewirken eine erhöhte thermische Belastung der im Stufenschalter ver bauten Antriebsbaugruppen sowie der zunehmend zum Einsatz kommenden Mess- und Steuerelemente. Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht mithin darin, einen Transformator bereitzustellen, welcher störunanfällig und bauraumsparend konstruiert ist und ferner den erweiterten thermischen Anforderungen entspricht.
Erfindungsgemäß ist hierzu der Stufenschalter freitragend mittels mindestens einer Konsole am Aktivteil des Transfor mators befestigt.
Dies hat weiterhin den Vorteil, dass der Stufenschalter nun mehr direkt mit dem Aktivteil des Transformators verbunden ist. Dies geschieht auf eine freitragende Weise. Eine mecha nische Verbindung des Stufenschalters mit dem Transformator gehäuse kann also vollständig entfallen. Das Transformatorge häuse kann nun einfach konstruiert werden. Es ergeben sich keine störanfälligen mechanischen Verbindungen zwischen dem Stufenschalter und dem Transformatorgehäuse.
Weiterhin ergeben sich durch die Unabhängigkeit vom Transfor matorgehäuse erweiterte Möglichkeiten für einen modularen Aufbau des Stufenschalters.
Hierbei ist bevorzugt, dass der Stufenschalter mindestens ei ne Antriebseinheit aufweist, die innerhalb des Transformator gehäuses angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass auch eine mechanische Kraftübertragung von außerhalb des Transformator gehäuses nach innerhalb des Transformatorgehäuses entfallen kann. Die Störanfälligkeit eines außerhalb des Transformator gehäuses angeordneten Motorantriebs ist damit beseitigt. Auch ist eine bauraumsparende Konstruktion ermöglicht: sämtliche Komponenten des Stufenschalters sind innerhalb des Transfor matorgehäuses aufgenommen.
Bevorzugt ist die Antriebseinheit des Stufenschalters mittels einer Montageeinrichtung trennbar an der Spannungsregelein heit befestigt.
Bevorzugt weist der Stufenschalter eine Spannungsregeleinheit auf, wobei die Antriebseinheit demontierbar mittels einer Montageeinrichtung an der Spannungsregeleinheit montiert ist. Der Vorteil dieser Lösung ist die Möglichkeit der nachträgli chen Montage der Antriebseinheit nach dem Trocknungsprozess des Aktivteiles, um die Einwirkung der hohen Trockentempera turen des Trocknungsprozesses und der beim Trockenprozess verwendeten Lösungsmittel auf die Antriebseinheit zu vermei den .
Die im Transformatorenbau verwendeten hygroskopischen Iso lierstoffe absorbieren die Feuchtigkeit von der umgebenden Atmosphäre. Um die erforderlichen elektrischen Eigenschaften der Isolation zu gewährleisten, wird vor dem Einbau des Ak tivteiles des Transformators in das Transformatorgehäuse die Feuchtigkeit des Aktivteiles des Transformators mittels spe zieller Trocknungsanlagen entfernt. Dabei kommt bevorzugt die Vapour-Phase-Trocknung zum Einsatz. Dabei ist der Aktivteil höheren Temperaturen ausgesetzt als beim späteren Betrieb des Transformators. Weiterhin kommen Lösungsmittel (z. B. Kero sin) zum Einsatz.
Bei einer erfindungsgemäß innerhalb des Transformatorgehäuses angeordneten Antriebseinheit des Stufenschalters und der Be festigung der Antriebseinheit am Aktivteil des Transformators ist die Antriebseinheit direkt der Trocknungstemperatur und den beim Trockenprozess eingesetzten Lösungsmitteln ausge setzt. Um diesen Einfluss zu vermeiden, ist in einer bevor zugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, die Antriebs einheit und/oder sensible Mess- und Steuerelemente der An triebseinheit demontierbar von der eigentlichen Spannungsre geleinheit auszuführen und erst nach dem Trocknungsprozess an den Stufenschalter zu montieren.
Somit bleibt die Spannungsregeleinheit mit ihrer Vielzahl der zu den Anzapfungen der Transformatorwicklung führenden Strom leitern fest am Aktivteil befestigt, während die Antriebsein heit des Stufenschalters erst nach dem Trocknungsprozess an den Stufenschalter montiert wird. Dies hat weiterhin den Vorteil, dass die Antriebseinheit leicht zu Wartungs- und Reparaturzwecken demontiert und aus getauscht werden kann. Der Stufenschalter ist modular aufge- baut . Dabei kann vorgesehen sein, dass die Montageeinrichtung als Rasteinrichtung ausgebildet ist. Die Rasteinrichtung er möglicht eine Steckverbindung zwischen der Spannungsregelein heit und der Antriebseinheit. Dabei kann es vorteilhaft sein, eine Aufnahme und einen Anschlag der Antriebseinheit an der Spannungsregeleinheit vorzusehen. Dies gewährleistet einen sicheren Halt der Antriebseinheit an der Spannungsregelein heit. Zusätzlich ist es bevorzugt, Führungsbolzen zur siche ren Verbindung zwischen der Antriebseinheit und der Span nungsregeleinheit vorzusehen.
Um die Montage der Antriebseinheit sowie deren elektrischen Anschluss zu vereinfachen, sind die elektrischen Verbindungen zur Versorgung der Antriebseinheit bevorzugt als Steckverbin dung ausgeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform sind dabei die Steckverbindungen in die Führungsbolzen der Monta geeinrichtung integriert.
Vorzugsweise ist die Antriebseinheit mit einem Servomotor be stückt, welcher mit Mitteln zur Kontrolle der Winkelposition der Motorwelle ausgestattet ist.
Die innerhalb des Transformatorgehäuses befindliche Isolier flüssigkeit des Transformators kühlt zugleich die Antriebs einheit .
Weiter ist dabei bevorzugt, dass die Antriebseinheit unter halb der Spannungsregeleinheit angeordnet ist. Während des Betriebes des Transformators kommt es zur Erwärmung der Iso lierflüssigkeit. In den freien Ölräumen stellt sich entspre chend der jeweiligen temperaturabhängigen Dichte der Isolier flüssigkeit eine Schichtung der Isolierflüssigkeit ein. Eine Platzierung der Antriebseinheit unterhalb der Spannungsre geleinheit bewirkt, dass die sensiblen Antriebs- und Steue relemente eine bessere Kühlung erfahren. Insbesondere ist auch bevorzugt, dass der Stufenschalter eine Schalt- bzw. Antriebswelle mit einem Hohlraum aufweist, in dem mindestens ein Stromleiter angeordnet ist, der mit der Antriebseinheit verbunden ist. Dies hat den Vorteil, dass die Spannungsversorgung der Antriebseinheit einfach und bauraum sparend über ohnehin vorhandene Komponenten der Spannungsre geleinheit erfolgen kann. Eine Abschirmung des Stromleiters gegen Störeinflüsse ist ebenso gewährleistet.
Auch ist bevorzugt, dass die Schalt- bzw. Antriebswelle des Stufenschalters aus einem elektrisch isolierenden Faserver bundwerkstoff gebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass durch die elektrische Isolierung der Stromleiter sicher in der Schalt- bzw. Antriebswelle angeordnet werden kann. Faserver bundwerkstoffe zeichnen sich durch ihre guten mechanischen Eigenschaften und ihre mechanische Belastbarkeit aus.
Es ist bevorzugt, dass der Transformator eine Kühlanlage mit einer Einströmöffnung für die Isolierflüssigkeit in das
Transformatorgehäuse aufweist, wobei die Antriebseinheit des Stufenschalters unterhalb der Einströmöffnung angeordnet ist. Eine erfindungsgemäße Anordnung der Antriebseinheit des Stu fenschalters unterhalb der Einströmöffnung für die von der Kühlanlage in das Transformatorgehäuse strömende Isolierflüs sigkeit führt zur Zufuhr kalter Isolierflüssigkeit zu den sensiblen Bereichen der Antriebseinheit.
Es ist bevorzugt, dass die Antriebseinheit unterhalb einer unteren Wicklungskante der Transformatorwicklung angeordnet ist .
Die Isolierflüssigkeit strömt von der Kühlanlage zur Trans formatorwicklung. Der Bereich unterhalb der
Transformatorwicklung ist zumeist nicht oder wenig von dieser Strömung beeinflusst und weist somit eine niedrigere Tempera tur auf. Somit ist dieser Bereich besonders für die sensiblen Antriebs- und Steuerelemente geeignet. Weiterhin ist bevorzugt, dass die Antriebseinheit mittels mindestens eines Lichtwellenleiters und/oder des Stromleiters mit einer auf einer dem Aktivteil des Transformators abge wandten Seite des Transformatorgehäuses angeordneten Überwa- chungs-/Steuereinheit mittels einer Durchführung verbunden ist .
Die Überwachungs-/Steuereinheit ist außerhalb des Transforma torgehäuses angeordnet. Die Durchführung kann zugleich dem Stromleiter als auch dem Lichtwellenleiter dienen. Somit ge währleistet sie die Spannungsversorgung der Antriebseinheit über den Stromleiter. Ebenso ist die Überwachung und Steue rung des Stufenschalters über den Lichtwellenleiter gewähr leistet .
Ebenso ist bevorzugt, dass die Antriebseinheit als ein Tor- quemotor ausgebildet ist, der einen Durchmesser aufweist, der auf den Durchmesser der Spannungsregeleinheit abgestimmt ist. Dies hat den Vorteil, dass ein hohes Drehmoment erreicht wer den kann. Auf einen Kraftspeicher kann somit verzichtet wer den .
Bevorzugt ist der Torquemotor steckbar ausgeführt, um eine schnelle Montage nach dem Trocknungsprozess des Aktivteiles des Transformators zu ermöglichen.
Bevorzugt ist der Stator des Torquemotors mit optischen Sen soren bestückt, welche die Stellung des Rotors erfassen. Ent sprechend dieser Stellungsinformationen werden über geeignete Leistungstreiber die Wicklungen des Motors von der Steuer elektronik angesteuert, um die gewünschte Schaltstellung der Spannungsregeleinheit des Stufenschalters zu erzielen.
Dabei ist bevorzugt, dass die Spannungsregeleinheit ein zy lindrisches Gehäuse aufweist, das im Bereich der Antriebsein heit als ein Stator des Torquemotors ausgebildet ist. Dazu kann ein die Spannungsregeleinheit umschließender, die fest- stehenden Schaltkontakte der Spannungsregeleinheit tragender Isolierzylinder zur Antriebseinheit verlängert werden und durch Aufnahme der Wicklung des Torguemotors den Stator der Antriebseinheit bilden.
Bevorzugt weist also die Spannungsregeleinheit ein zylindri sches Gehäuse auf, welches zur Antriebseinheit verlängert ausgeführt ist und im Bereich der Antriebseinheit als ein Stator des Torquemotors ausgebildet ist. Dies hat den Vor teil, dass ohnehin vorhandene Komponenten der Spannungsre geleinheit als konstruktive Elemente des Torquemotors verwen det werden können. Eine bauraumsparende und kosteneffiziente Ausführung wird möglich.
Auch kann auf eine Durchdringung der Spannungsregeleinheit durch Wellen verzichtet werden. Dazu werden in einer weiteren Ausführungsform die beweglichen Schaltkontakte auf einem be weglichen inneren Isolierzylinder angeordnet und dieser Iso lierzylinder wird derart verlängert, dass er den Rotor der Antriebseinheit bildet. Dazu ist er im Bereich der Antriebs einheit auf seinem Umfang mit den Permanentmagneten des Ro tors bestückt.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Torquemotor als Hohlläufer ausgebildet. Der Durchmesser des Hohlläufers kann dabei an den Außendurchmesser der Spannungsregeleinheit ange nähert sein. Hierdurch wird ein hohes Drehmoment erzeugt.
In einer weiteren speziellen Ausgestaltung ist die Wicklung des Torquemotors demontierbar ausgeführt.
Weiterhin kann ein am Umfang des zylindrischen Gehäuses des Stufenschalters verlaufender Ring vorgesehen sein, der mit Nuten versehen ist. In diesen Nuten können abgefederte beweg liche Noppen für eine Arretierung der Spannungsregeleinheit im Ruhezustand sorgen. Weiterhin kann der Einsatz eines modifizierten, hochpoligen, permanenterregten Drehstrom-Synchronmotors mit Hohlwellenläu fer vorgesehen sein.
In einer weiteren Ausgestaltung kann der Rotor der Antriebs einheit mit Mitteln zur Bewegung der Isolierflüssigkeit aus gestattet sein. Die Vorschaltwiderstände des Stufenschalters sind dann derart angeordnet, dass sie von der dadurch verur sachten Strömung der Isolierflüssigkeit eine zusätzliche Küh lung erfahren.
In einer speziellen, bevorzugten Ausführungsform ist vorgese hen, dass die Spannungsregeleinheit zwei Antriebseinheiten aufweist, die auf gegenüberliegenden Seiten der Spannungsre geleinheit angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, dass die Übertragung des Drehmomentes verbessert wird. Weiterhin kann eine redundante Ausführung der Antriebseinheit erreicht wer den .
Schließlich ist bevorzugt, dass der Stufenschalter zwischen jeweils zwei Transformatorwicklungen an der Presskonstruktion des Transformatorkernes befestigt ist. Dies hat den Vorteil, dass eine bauraumsparende Bauweise erreicht wird.
Bevorzugt ist die Antriebseinheit bzw. der Motor der An triebseinheit mittels einer Steckverbindung mit der Span nungsregeleinheit verbunden. Dadurch ist eine schnelle Monta ge der Antriebseinheit an die Spannungsregeleinheit nach dem Trocknungsprozess des Aktivteiles möglich. Um eine erneute Befeuchtung des Aktivteiles zu vermeiden, werden kurze Zeiten zwischen dem Trocknungsprozess des Aktivteiles des Transfor mators und dem Einbau des Aktivteiles in das Transformatorge häuse angestrebt.
Vorzugsweise ist der elektrische Anschluss der Antriebsein heit in die Führungsbolzen zur mechanischen Arretierung der Antriebseinheit integriert. Dadurch ist eine genaue Fixierung der elektrischen Anschlüsse gegeben und die Buchse des elektrischen Anschlusses ist damit stets korrespondierend zum entsprechenden Stecker angeordnet. Mit der mechanischen Be festigung mittels einer Rasteinrichtung und der Integration der elektrischen Anschlüsse in die entsprechenden Führungs bolzen wird gleichzeitig mit der mechanischen Verbindung die elektrische Verbindung hergestellt. Der Arbeitsschritt einer zusätzlichen, manuellen, elektrischen Koppelung der Antriebs einheit entfällt. Es ist nur eine kurze Zeitdauer zur Montage der Antriebseinheit nach dem Trockenprozess des Aktivteiles erforderlich. Weiterhin schützt der Führungsbolzen die elekt rische Verbindung vor mechanischer Belastung.
Bevorzugt ist zur Übertragung des Drehmomentes
vom Motor der Antriebseinheit zur Spannungsregeleinheit ein Planetengetriebe vorgesehen. Das Planetengetriebe gewährleis tet die Übertragung hoher Drehmomente bei konzentrischer An ordnung der Motorwelle und der Antriebswelle der Spannungsre geleinheit bei geringem Raumbedarf.
Vorzugsweise ist der Durchmesser eines äußeren konzentrischen Hohlrades des Planetengetriebes mit dem Außendurchmesser der Spannungsregeleinheit derart abgestimmt, dass der Außendurch messer der Antriebseinheit den Außendurchmesser der Span nungsregeleinheit nicht übersteigt. Damit wird das maximale Drehmoment erreicht, ohne die erforderlichen elektrischen Ab stände des Stufenschalters zur Wicklung oder anderen span nungsführenden Bauteilen des Transformators zu erhöhen.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam menhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbei spiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläu tert werden. Es zeigen:
Figur 1 einen Ausschnitt eines Transformators nach dem Stand der Technik; Figur 2 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Transforma tors ;
Figur 3 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Transforma tors mit einer Befestigung eines Stufenschalters an einem Transformatoraktivteil mittels einer Konsole;
Figur 4 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Transforma tors mit einer demontierten Antriebseinheit;
Figur 5 ein Detail der Befestigungseinrichtung der Antriebs einheit;
Figur 6 einen erfindungsgemäßen Transformator mit mehreren über einen Lichtwellenleiter zu einer Überwachungs- /Steuereinheit verbundenen Stufenschaltern;
Figur 7 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Transforma tors, bei dem der Stufenschalter zwei Antriebsein heiten aufweist;
Figur 8 die Antriebseinheit als einen steckbaren Torquemotor ausgeführt ;
Figur 9 die Antriebseinheit unter Zwischenschaltung eines
Planetengetriebes an der Spannungsregeleinheit ange ordnet; und
Figur 10 eine Spannungsregeleinheit mit einer zylindrischen
Hohlwelle .
In der Figur 1 ist eine Ausführungsform eines Transformators 1 des Standes der Technik gezeigt. Der Transformator 1 weist ein Transformatorgehäuse 2 auf. Innerhalb des Transformator gehäuses 2 ist ein Aktivteil 3 angeordnet, der einen Trans formatorkern 4 und eine Transformatorwicklung 5 aufweist. Es ist eine Hochspannungsdurchführung 6 von dem Inneren des Transformatorgehäuses 2 nach Außen vorgesehen. Weiterhin weist der Transformator 1 einen Stufenschalter 7 auf. Der Stufenschalter 7 weist eine Spannungsregeleinheit 8 sowie ei ne Antriebseinheit 9 auf. Das Innere des Transformatorgehäu ses 2 ist mit Isolierflüssigkeit 10 zur Kühlung des Transfor mators 1 gefüllt.
Die Spannungsregeleinheit 8 des Standes der Technik ist in nerhalb des Transformatorgehäuses 2 angeordnet. Sie steht über eine mechanische Verbindung mit dem Transformatorgehäuse 2 in Eingriff. Außerhalb des Transformatorgehäuses 2 ist die Antriebseinheit 9 angeordnet. Diese steht mit der Spannungs regeleinheit 8 in Wirkverbindung. Dies macht eine mechanische Kraftübertragung von außerhalb des Transformatorgehäuses 2 in sein Inneres notwendig. Die Antriebseinheit 9 wird durch ei nen Stromleiter 11 mit einer Überwachungs-/Steuereinheit 12 verbunden .
Figur 2 zeigt einen Transformator 1 einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. In dieser Ausführungsform ist der Stufen schalter 7 in seiner Gesamtheit in dem Transformatorgehäuse 2 aufgenommen. Die Antriebseinheit 9 ist direkt unterhalb der Spannungsregeleinheit 8 angeordnet. Sie ist an dieser mon tiert. Es kann auf eine mechanische Kraftübertragung von der Antriebseinheit 9 von außerhalb des Transformatorgehäuses 2 in sein Inneres verzichtet werden. Ebenso ist keine mechani sche Verbindung des Transformatorgehäuses 2 mit dem Stufen schalter 7, insbesondere mit der Spannungsregeleinheit 8, notwendig .
Die Platzierung der Antriebseinheit 9 unterhalb der Span nungsregeleinheit 8 bewirkt, dass die temperatursensiblen Bauteile der Antriebseinheit 9 eine bessere Kühlung erfahren.
Weiterhin ist die Antriebseinheit 9 in dem gezeigten Ausfüh rungsbeispiel unterhalb einer Wicklungskante 5.1 der Trans formatorwicklung 5 angeordnet. Figur 3 zeigt weitere Details des erfindungsgemäßen Transfor mators 1. Zunächst ist die Spannungsregeleinheit 8 mit einer Schalt- bzw. Antriebswelle 13 abgebildet, die diese in einer Axialrichtung durchragt. Die Schalt- bzw. Antriebswelle 13 weist einen Hohlraum 14 auf. Dieser Hohlraum 14 ist in ihrem Inneren angeordnet. Der Hohlraum 14 nimmt den Stromleiter 11 auf. Dieser Stromleiter 11 dient der Spannungsversorgung der Antriebseinheit 9 an einem axialen Ende der Spannungsre geleinheit 8. Die Schalt- bzw. Antriebswelle 13 kann dabei vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Faserverbund werkstoff gebildet sein. Das bietet zum einen mechanische Stabilität, zum anderen wird der Stromleiter 11 elektrisch von seiner Umgebung isoliert. Ohnehin vorhandene Komponenten, wie die Schalt- bzw. Antriebswelle 13, können so zur bauraum sparenden Konstruktion genutzt werden.
Der Stufenschalter 7 ist mittels einer Konsole 15 an der Pressvorrichtung des Transformatorkernes 4 befestigt. Im ge zeigten Ausführungsbeispiel sind zwei Konsolen 15 vorgesehen. Die freitragende Befestigung des Stufenschalters 7 kann auf bauraumsparende Weise erfolgen. Weder eine mechanische Kraft übertragung nach außerhalb des Transformatorgehäuses 2 noch eine mechanische Verbindung der Spannungsregeleinheit 8 mit dem Transformatorgehäuse 2 sind erforderlich.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Antriebseinheit 9 unterhalb der Einströmöffnung 16.1 der Isolierflüssigkeit 10 von einer Kühlanlage 16 in das Transformatorgehäuse 2 ange ordnet. Die Isolierflüssigkeit 10 dient auch der Kühlung der Antriebseinheit 9. Eine erfindungsgemäße Anordnung der An triebseinheit 9 des Stufenschalters unterhalb der Ein
strömöffnung 16.1 für die von der Kühlanlage 16 in das Trans formatorgehäuse 2 strömende Isolierflüssigkeit 10 führt zur Zufuhr kalter Isolierflüssigkeit zu den sensiblen Bereichen der Antriebseinheit 9, wobei A2 der Abstand ist, mit dem die Antriebseinheit unter der Einströmöffnung 16.1 angeordnet ist . Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Antriebseinheit 9 weiterhin unterhalb der Wicklungskante 5.1 der Transformator wicklung 5 angeordnet, wobei Al der Abstand ist, mit dem die Antriebseinheit 9 unter der Wicklungskante 5.1 angeordnet ist .
Figur 4 zeigt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Trans formators 1. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Antriebs einheit 9 von der Spannungsregeleinheit 8 demontiert abgebil det. Es ist eine Montageeinrichtung 17 vorgesehen. Im gezeig ten Ausführungsbeispiel ist die Montageeinrichtung 17 als ei ne Rasteinrichtung mit Raststeckern ausgebildet. Es kann ebenso ein Führungsbolzen (nicht dargestellt) zur sicheren Verbindung von Antriebseinheit 9 und Spannungsregeleinheit 8 vorgesehen sein. Ebenso abgebildet ist eine Antriebsachse 18 der Antriebseinheit 9. Die Montageeinrichtung 17 dient der Aufnahme und dem Anschlag der Antriebseinheit 9 an der Span nungsregeleinheit 8 für einen sicheren Halt.
Figur 5 zeigt eine Ansicht einer steckbaren Antriebseinheit 9. Um die Montage der Antriebseinheit sowie deren elektri schen Anschluss zu vereinfachen, sind die elektrischen Ver bindungen zur Versorgung der Antriebseinheit als elektrische Steckverbindung 17.2 ausgeführt. In der dargestellten Ausfüh rungsform sind dabei die Steckverbindungen in die Führungs bolzen 17.1 der Montageeinrichtung 17 integriert. Im darge stellten Beispiel sind die Führungsbolzen 17.1 an ihren Au ßenkanten als mechanische Arretierungsflächen ausgebildet, während innen koaxial jeweils Buchsen für die elektrische Steckverbindung 17.2 angeordnet sind.
Zwischen den im Ausführungsbeispiel einen kreisringförmigen Querschnitt aufweisenden Führungsbolzen und den koaxial in diesen angeordneten Steckverbindungen ist eine elektrische Isolation aus Kunststoff angeordnet. Alternativ kann der Füh rungsbolzen auch aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff gefertigt sein. Die eine Steckverbindung bildenden Stecker und Buchsen können auch als Mehrfachstecker, z. B. als Klinkenstecker ausgeführt sein. Weiterhin können mehrere Führungsbolzen vorhanden sein, von denen nur eine Teilmenge mit einer elektrischen Steckver bindung versehen ist.
Auf dem zur Spannungsregeleinheit gehörenden Gegenstück ist jeweils eine Aufnahmevorrichtung für den Führungsbolzen, so wie der Stecker der Steckverbindung angeordnet.
Figur 6 zeigt einen erfindungsgemäßen Transformator 1 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbei spiel ist für jede der drei Phasen des Transformators 1 je weils ein eigener Stufenschalter 7 vorgesehen. Jeder Stufen schalter 7 ist mittels einer Konsole 15 an dem Transformator kern 4 befestigt. Durch eine den Abstand zwischen den Trans formatorwicklungen 5 nutzende Anordnung der Stufenschalter 7 wird insbesondere eine bauraumsparende Unterbringung im
Transformatorgehäuse 2 erreicht.
Weiterhin erfolgt die Übertragung der Steuer- und Kontroll- signale im Ausführungsbeispiel ausschließlich über Lichtwel lenleiter 19. Dies schließt die Meldung der Schaltstellungen sowie die Überwachung des Gleichlaufes der
Spannungsregeleinheiten ein.
Die einzelnen Stufenschalter 7 sind dazu untereinander sowie mit der Überwachungs- und Steuereinheit 12 mittels Lichtwel lenleitern 19 verbunden. Dies hat den Vorteil, dass zwischen den einzelnen Stufenschaltern keine elektrischen Signallei tungen notwendig sind und somit keine elektrischen Abstände zu den Transformatorwicklungen zu beachten sind. Es ist eine effektive Nutzung des Raumes zwischen den Wicklungen zur Platzierung der Stufenschalter möglich.
Figur 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Stufenschalters 7. In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Antriebseinheiten 9 vorgesehen. Diese sind auf gegenüberlie- genden Seiten der Spannungsregeleinheit 8 angeordnet. Dabei ist vorgesehen, dass von der Antriebseinheit 9 der Stromlei ter 11 und der Lichtwellenleiter 19 mittels der Durchführung 31 mit der Überwachungs-/Steuereinheit 12 verbunden sind. Ei ne besonders bauraumsparende Konstruktion wird erreicht.
Figur 8 zeigt die Spannungsregeleinheit 8 mit einer Antriebs einheit 9, die als ein Torquemotor ausgebildet ist. Der Tor- quemotor ist steckbar ausgeführt und über eine entsprechende Montageeinrichtung mit der Spannungsregeleinheit 8 verbunden.
Die Drehbewegung des Torquemotors wird über eine lösbare Kupplung auf die Schalt- bzw. Antriebswelle 13 der Spannungs regeleinheit 8 übertragen und führt zu einer Bewegung der auf einem Kontaktträger befindlichen beweglichen Schaltkontakte 27. Die Spannungsregeleinheit ist von einem, die hier nicht dargestellten feststehenden Schaltkontakte tragenden Iso lierzylinder 25 umschlossen.
Der Durchmesser des Torquemotors ist, wie gezeigt, auf den Durchmesser der Spannungsregeleinheit 8 abgestimmt. Die Ab stimmung bezweckt einen möglichst hohen Durchmesser des Luft spaltes zwischen Rotor 29 und Stator 28, ohne durch den Ge samtaußendurchmesser der Antriebseinheit 9 die erforderlichen elektrischen Abstände des gesamten Stufenschalters zur Trans formatorwicklung oder anderen spannungsführenden Bauteilen zu erhöhen. Da die Kraftwirkung des Torquemotors im Luftspalt zwischen Rotor 29 und Stator 28 entsteht und das Drehmoment mit steigendem Durchmesser des Luftspaltes steigt, kann mit tels dieser Abstimmung des Durchmessers ein hohes Drehmoment erreicht werden.
Weiterhin besitzt die derart ausgeführte Antriebseinheit 9 eine hohe Antriebssteifigkeit und kann ohne Verdrehspiel ar beiten. Es kann dann auf die nach dem Stand der Technik vor gesehenen Kraftspeicher verzichtet werden. Weiterhin kann die Wicklung 23 des Torquemotors demontierbar angeordnet sein. Dazu werden die Einzelspulen 23.1 der Wick lung 23 bevorzugt gemeinsam mit dem Magnetkern 24 des Stators 28 zumindest teilweise in einer Vergussmasse eingebettet und bilden eine Baugruppe, welche mit einer steckbaren Montage einrichtung versehen wird.
Im Ausführungsbeispiel ist der Torquemotor als Innenläufer ausgeführt. Die Permanentmagneten 22 sind auf dem innenlie genden Rotor 29 der Antriebseinheit 9 angebracht.
Der Torquemotor kann in einer weiteren bevorzugten Ausgestal tung als Außenläufer (Hohlläufer) ausgebildet sein, um das Drehmoment weiter zu erhöhen.
Figur 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Antriebs einheit 9 mit einer als Rasteinrichtung ausgebildeten Monta geeinrichtung an der Spannungsregeleinheit 8 befestigt ist. Die Übertragung der Drehbewegung der Antriebseinheit 9 ge schieht mittels eines Planetengetriebes 20. Das Planetenge triebe 20 gewährleistet die Übertragung hoher Drehmomente bei konzentrischer Anordnung der Motorwelle und der Antriebswelle der Spannungsregeleinheit 8 bei geringem Raumbedarf.
In der dargestellten bevorzugten Ausgestaltung ist ein Durch messer eines äußeren konzentrischen Hohlrades 20.1 des Plane tengetriebes 20 mit dem Durchmesser der Spannungsregeleinheit 8 derart abgestimmt, dass er sich, um ein hohes Drehmoment zu erreichen, an den Durchmesser der Spannungsregeleinheit 8 so weit annähert, dass der gesamte Außendurchmesser der An triebseinheit 9 inklusive der Befestigungsstege nicht den Au ßendurchmesser der Spannungsregeleinheit 8 übersteigt. Somit wird ein hohes Drehmoment erreicht und die Antriebseinheit 9 beeinflusst nicht die Positionierung des Stufenschalters 7 bezüglich der erforderlichen elektrischen Abstände zur Trans formatorwicklung 5 und anderen spannungsführenden Teilen des Transformators 1. Im Ausführungsbeispiel ist unterhalb der Antriebseinheit 9 die Steuerelektronik 30 der Antriebseinheit 9 platziert.
Figur 10 zeigt eine spezielle Ausgestaltung, bei der ein die feststehenden Schaltkontakte 26 der Spannungsregeleinheit 8 tragender Isolierzylinder 25 zur Antriebseinheit 9 verlängert ausgeführt ist und die Wicklung 23 der Antriebseinheit 9 auf nimmt .
In einer weiteren speziellen Ausgestaltung der Figur 9 kann, wie dargestellt, auf eine Durchdringung der Spannungsre geleinheit 8 mit Wellen verzichtet werden. In diesem Fall kann ein drehbar gelagerter innerer Isolierzylinder 21 vorge sehen sein, auf dem die beweglichen Schaltkontakte 27 der Spannungsregeleinheit 8 angeordnet sind. Der drehbare Iso lierzylinder 21 ist im Ausführungsbeispiel zur Antriebsein heit 9 verlängert und kann an seinem Umfang mit den Perma nentmagneten 22 des Rotors 29 bestückt sein. Diese korrespon dieren mit der auf dem Stator 28 angeordneten Wicklung 23.
Der Innenraum des die beweglichen Schaltkontakte 27 tragenden drehbaren Isolierzylinders 21 kann in einer weiteren Ausge staltung der Erfindung zur Unterbringung von Lastschaltele- menten, z. B. Vakuumschaltzellen, oder elektronischen Schalt elementen genutzt werden.
Sowohl der äußere, die feststehenden Kontakte tragende Iso lierzylinder 25 als auch der innere die beweglichen Schalt kontakte 27 tragende drehbare Isolierzylinder 21 können durch ein Traggerüst oder durch Stege gebildet sein, welche eine zylindrische Kontur nachbilden und jeweils die Anordnung der Schaltkontakte 26, 27 auf kreisförmigen Kontaktbahnen gewähr leisten .
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungs beispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
1 Transformator
2 Transformatorgehäuse
3 Aktivteil des Transformators
4 Transformatorkern
5 Transformatorwicklung
5.1 untere Wicklungskante
6 Hochspannungsdurchführung
7 Stufenschalter
8 Spannungsregeleinheit
9 Antriebseinheit
10 Isolierflüssigkeit
11 Stromleiter
12 Überwachungs-/Steuereinheit
13 Schalt- bzw. Antriebswelle der Spannungsregeleinheit
14 Hohlraum
15 Konsole
16 Kühlanlage
16.1 Einströmöffnung für die Isolierflüssigkeit in das Transformatorgehäuse
17 Montageeinrichtung
17.1 Führungsbolzen
17.2 elektrische Steckverbindung
18 Antriebsachse
19 Lichtwellenleiter
20 Planetengetriebe
20.1 äußeres Hohlrad des Planetengetriebes
21 drehbarer Isolierzylinder
22 Permanentmagnet
23 Wicklung
23.1 Einzelspulen der Wicklung
24 Magnetkern des Stators
25 Isolierzylinder der Spannungsregeleinheit
26 feststehender Schaltkontakt der Spannungsregeleinheit
27 beweglicher Schaltkontakt der Spannungsregeleinheit 28 Stator der Antriebseinheit
29 Rotor der Antriebseinheit
30 Steuerelektronik der Antriebseinheit
31 Durchführung
Al Abstand zwischen Antriebseinheit und Wicklungskante
A2 Abstand zwischen Antriebseinheit und Einströmöffnung

Claims

Patentansprüche
1. Transformator (1), aufweisend:
ein Transformatorgehäuse (2);
einen Aktivteil (3) , der mindestens einen Transformator kern (4) und mindestens eine Transformatorwicklung (5), die innerhalb des Transformatorgehäuses (2) angeordnet sind, auf weist, und
mindestens einen Stufenschalter (7) zur Regelung der Span nung durch Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen des Transformators (1), wobei der Stufenschalter (7) freitragend mittels mindestens einer Konsole (15) am Aktivteil (3) des Transformators (1) befestigt ist.
2. Transformator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stufenschalter (7) mindestens eine Antriebseinheit (9) aufweist, die innerhalb des Transformatorgehäuses (2) an geordnet ist.
3. Transformator (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stufenschalter (7) eine Spannungsregeleinheit (8) aufweist, wobei die Antriebseinheit (9) demontierbar mittels einer Montageeinrichtung (17) an der Spannungsregeleinheit (8) montiert ist.
4. Transformator (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, dass die Antriebseinheit (9) unterhalb der Span nungsregeleinheit (8) angeordnet ist.
5. Transformator (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn zeichnet, dass der Stufenschalter (7) eine Schalt- bezie hungsweise Antriebswelle (13) mit einem Hohlraum (14) auf weist, in dem mindestens ein Stromleiter (11) angeordnet ist, der mit der Antriebseinheit (9) verbunden ist.
6. Transformator (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformator (1) eine Kühl anlage (16) mit einer Einströmöffnung (16.1) für die Isolier- flüssigkeit (10) in das Transformatorgehäuse (2 ) aufweist, wo bei die Antriebseinheit (9) unterhalb der Einströmöffnung (16.1) angeordnet ist.
7. Transformator (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (9) unter halb einer unteren Wicklungskante (5.1) der Transformator wicklung (5) angeordnet ist.
8. Transformator (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (9) mittels mindestens eines Lichtwellenleiters (19) und/oder des Strom leiters (11) mit einer auf einer dem Aktivteil des Transfor mators (3) abgewandten Seite des Transformatorgehäuses (2) angeordneten Überwachungs-/Steuereinheit (12) mittels einer Durchführung (31) verbunden ist.
9. Transformator (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalt- beziehungsweise An triebswelle (13) aus einem elektrisch isolierenden Faserver bundwerkstoff gebildet ist.
10. Transformator (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (9) als ein Torquemotor ausgebildet ist, der einen Durchmesser aufweist, der auf den Durchmesser der Spannungsregeleinheit (8) abge stimmt ist.
11. Transformator (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich net, dass die Spannungsregeleinheit (8) ein zylindrisches Ge häuse aufweist, welches zur Antriebseinheit (9) verlängert ausgeführt ist, und im Bereich der Antriebseinheit (9) als ein Stator (28) des Torquemotors ausgebildet ist.
12. Transformator (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsregeleinheit (8) zwei Antriebseinheiten (9) aufweist, die auf gegenüberliegen den Seiten der Spannungsregeleinheit (8) angeordnet sind.
13. Transformator nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (9) beziehungsweise der Motor der Antriebseinheit (9) mittels einer Steckverbin- düng mit der Spannungsregeleinheit (8) verbunden ist.
14. Transformator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Steckverbindung (17.2) der Antriebsein heit (9) in die Führungsbolzen (17.1) zur mechanischen Arre- tierung der Antriebseinheit (9) integriert ist.
15. Transformator nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Übertragung des Drehmomentes vom Motor der Antriebseinheit (9) zur Spannungsregeleinheit (8) ein Planetengetriebe (20) vorgesehen ist.
16. Transformator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser eines äußeren konzentrischen Hohlrades (20.1) des Planetengetriebes (20) mit dem Außendurchmesser der Spannungsregeleinheit (8) derart abgestimmt ist, dass der Außendurchmesser der Antriebseinheit (9) den Außendurchmesser der Spannungsregeleinheit (8) nicht übersteigt.
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