Stufenschalter

Abstract

 Die Neuerung betrifft einen Stufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators, wobei eine vorhandene Antriebswelle, die je nach Ausführung entweder direkt die Kontaktbetätigungsmittel oder einen Kraftspeicher eines Lastumschalters betätigt, direkt von einem Schrittmotor angetrieben wird. Dabei ist der jeweilige konstante Drehwinkel des Schrittmotors an den entsprechenden Gerätetyp angepasst.

Beschreibung

[0001] Die Neuerung betrifft einen Stufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators.

[0002] Stufenschalter sind seit vielen Jahren auf der Basis von zwei unterschiedlichen Funktionsprinzipien am Markt.

[0003] Sogenannte Reaktorschalter, die besonders in Nord-Amerika verbreitet sind, besitzen eine Umschaltreaktanz, die eine langsame, kontinuierliche Umschaltung ermöglicht.

[0004] Sogenannte Widerstandsschnellschalter hingegen, nach ihrem Erfinder auch Jansen-Schalter genannt, führen eine schnelle Umschaltung zwischen den Wicklungsanzapfungen durch, wobei Überschaltwiderstände kurzfristig den Kreisstrom bei der Lastumschaltung führen.

[0005] Die letztgenannte Gattung von Stufenschaltern wiederum lässt sich im Lastwähler einerseits, bei denen die Wicklungsvorwahl und Lastumschaltung gleichzeitig vollzogen wird, sowie Stufenschalter mit getrenntem Wähler und separatem Lastumschalter unterteilen. Dabei wird vom Wähler zunächst eine leistungslose Vorwahl der Wicklungsanzapfung, auf die umgeschaltet werden soll, vorgenommen; nachfolgend führt der Lastumschalter dann die eigentliche schnelle Umschaltung durch.

[0006] Typische Lastwähler sind die Typen OILTAP® V und VACUTAP® VV der Anmelderin.

[0007] Typische Stufenschalter mit getrenntem Wähler und Lastumschalter sind die Typen OILTAP® M und VACUTAP® VM der Anmelderin.

[0008] Alle Stufenschalter, unabhängig von ihrem Funktionsprinzip, werden üblicherweise von einem Motorantrieb betätigt. Der Motorantrieb umfasst in der Regel einen Drehstromasynchronmotor, der mit Hilfe einer Steuerung eingeschaltet und nach Erreichen der jeweils gewünschten Spannungsstufe wieder abgeschaltet wird. Der Motorantrieb umfasst weiterhin ein Lastgetriebe sowie entsprechende Steuer- und Anzeigemittel. Die Drehbewegung des Antriebsmotors wird über eine Wellenführung und ein Winkelgetriebe auf den jeweiligen Stufenschalter übertragen. Eine frühe Bauform eines solchen Motorantriebes ist aus der DE-OS 24 10 641 bekannt; es existieren zahlreiche andere Ausführungen solcher Motorantriebe von den verschiedensten Herstellern. Solche Motorantriebe sind komplexe Geräte mit einer Vielzahl mechanischer und elektrischer Komponenten und entsprechend teuer. Üblicherweise sind sie seitlich außen am Transformatorkessel montiert und beanspruchen dort nicht unerheblichen Platz. Schließlich ist auch in jedem Fall ein Antriebsstrang erforderlich, der die Drehbewegung vom Motorantrieb hin zum Stufenschalter, der betätigt werden soll, überträgt.

[0009] Die übertragene Drehbewegung des Motorantriebes dient üblicherweise zum Aufzug eines Kraftspeichers, nach dessen Auslösung eine schnelle Schaltbewegung erzeugt wird. Solche Kraftspeicher sind in unterschiedlichsten Ausführungsformen bekannt; eine frühe Bauform ist in der DE-OS 19 56 369 beschrieben. Allen diesen Kraftspeicher ist das gleiche Grundprinzip gemeinsam: Es erfolgt ein kontinuierlicher Aufzug eines Aufzugsteils, während dessen Aufzugsfedern gespannt werden, nachfolgend erfolgt die sprungartige Auslösung eines Abtriebsteils, bei der sich die Kraftspeicherfedern wieder entspannen.

[0010] Aufgabe der Neuerung ist es, einen einfach zu betätigenden und einfach aufgebauten Stufenschalter anzugeben. Insbesondere ist es Aufgabe der Neuerung, den bisher notwendigen Motorantrieb ganz entfallen zu lassen.

[0011] Diese Aufgabe wird durch die Neuerung gelöst. Schutzanspruch 1 betrifft einen neuerungsgemäßen Stufenschalter; die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Neuerung.

[0012] Der Neuerung liegt die allgemeine Idee zugrunde den Antrieb des Stufenschalters direkt durch einen Schrittmotor "vor Ort" vorzunehmen. Dadurch entfallen sowohl der eigentliche Motorantrieb als auch der bisher erforderliche Antriebsstrang hin zum Stufenschalter.

[0013] Bei einem Stufenschalter des Lastwählertyps kann der Schrittmotor direkt dessen Schaltersäule mit einer beliebigen Teiligkeit ansteuern, z. B. mit einem Drehwinkel von 30 Grad, der in vielen Fällen dem Abstand zwischen den Kontakten benachbarter Wicklungsanzapfungen, die beschaltet werden können, entspricht. Besonders vorteilhaft ist etwa eine Geschwindigkeit des Schrittmotors derart, dass diese Drehbewegung von 30 Grad in ca. 60 ms vollzogen wird. Moderne, kommerziell verfügbare Schrittmotoren leisten dies.

[0014] Bei einem Stufenschalter mit getrenntem Wähler und Lastumschalter vollführt der Schrittmotor üblicherweise einen Drehwinkel von 180 Grad, während dessen der beschriebene Kraftspeicher aufgezogen wird. Nach dessen Auslösung vollzieht sich, wie beschrieben, die eigentliche Lastumschaltung.

[0015] In einer vorteilhaften Weiterbildung der Neuerung kann beim letztgenannten Stufenschaltertyp auch der Kraftspeicher entfallen. Dabei erzeugt der Schrittmotor selbst die erforderliche rasche Drehbewegung und betätigt damit den Lastumschalter direkt.

[0016] Die Neuerung soll nachfolgend an Hand von drei schematischen Darstellungen näher erläutert werden.

[0017] Es zeigen:

Figur 1

einen Stufenschalter des Lastwählertyps in schematischer Darstellung von oben

Figur 2

einen solchen Stufenschalter in konkreterer Darstellung der tatsächlichen Bauelemente

Figur 3

einen Kraftspeicher eines Stufenschalters mit getrenntem Wähler und getrenntem Lastumschalter.

[0018] Der in Figur 1 gezeigte Stufenschalter besitzt einen Isolierzylinder 1, an dessen Umfang auf bekannte Weise feste Kontakte 2 angeordnet sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde nur einer dieser Kontakte mit Bezugszeichen versehen; die in Klammern gesetzten Ziffern bezeichnen die jeweilige Anzapfung, hier beträgt die Zahl der Anzapfungen 12. Im Inneren des Isolierzylinders 1 befindet sich eine zentrische Schalt- bzw. Antriebswelle 3, die einen beweglichen Kontaktträger 4 trägt, der jeweils einen der festen Kontakte 2 kontaktiert. Neuerungsgemäß erfolgt die Betätigung, d. h. Drehbewegung der zentrischen Antriebswelle 3 durch einen hier nur mit Strichpunktlinien angedeutet Schrittmotor 5, der eine beliebige Teiligkeit aufweisen kann. Im hier dargestellten Beispiel vollführt der Schrittmotor 5 und damit die Antriebswelle 3 bei jeder Umschaltung von einer Wicklungsanzapfung auf eine benachbarte Wicklungsanzapfung einen Drehwinkel a von 30 Grad.

[0019] In Figur 2 ist dieser Stufenschalter mit seiner konkreten möglichen Ausführungsform dargestellt. Auch hier ist wieder der Isolierzylinder 1 gezeigt, an dessen Umfang sich die festen Kontakte 2 befinden. Um den zentrischen Drehpunkt 3 herum angeordnet ist hier eine Schaltwelle 6, die wiederum den bereits erläuterten Kontaktträger 4 trägt. Diese Schaltwelle 6 wird neuerungsgemäß direkt durch einen hier nicht gezeigten Schrittmotor angetrieben. Weiterhin gezeigt ist hier, um die Schaltwelle 6 herum, ein Teilzylinder 7, der den mindestens einen Überschaltwiderstand 8 trägt. Auf dem Kontaktträger 4 sind zwei Gabeln 9, 10 angeordnet, die an ihrem freien Ende Rollen 11, 11a tragen, die den jeweiligen festen Kontakt 2, abhängig von der Stellung der Schaltwelle 6, kontaktieren. Noch gezeigt sind hier Schleifringe 12, 13 zur Lastableitung sowie die jeweiligen Netzklemmen 14, 15, 16, jeweils für eine Phase. Auch in dieser Darstellung ist der entsprechende Drehwinkel a angedeutet, der Winkel also, den neuerungsgemäß der Schrittmotor und damit die Schaltwelle 6 bei einer Umschaltung vollführen.

[0020] Figur 3 zeigt einen Kraftspeicher eines anderen Stufenschaltertyps, bei dem Wähler und eigentlicher Lastumschalter getrennt sind. Dabei erfolgt üblicherweise zu Beginn der Umschaltung eine zunächst leistungslose Vorwahl des Wählers, gleichzeitig wird der Kraftspeicher aufgezogen. Nach Zurücklegen eines Drehwinkels von 180 Grad wird dann der bekannte Kraftspeicher ausgelöst und die eigentliche Lastumschaltung schnell vollzogen. Hier ist nur schematisch wiederum ein Schrittmotor 5 gezeigt, der auf einer Antriebswelle 21 wirkt, die zum Kraftspeicher 17 führt. Die Antriebswelle 21 betätigt einen Exzenter 20, der wiederum einen Aufzugsschlitten 18 spannt. Die bekannten Kraftspeicherfedern sind hier weggelassen. Die Spannung des Aufzugsschlittens 18 durch den Exzenter 20 erfolgt dadurch, dass dieser gegen einen seitlichen Klotz 18a drückt. Ein solcher Klotz ist für beide Richtungen vorhanden, hier jedoch ist nur einer mit einem Bezugszeichen versehen. Nach maximaler Spannung, d. h. Auslenkung des Aufzugsschlittens 18 wird das Abtriebsteil 19 ausgelöst und vollführt eine schnelle Bewegung, die in eine Drehbewegung der Abtriebswelle 22 umgesetzt wird, die einen bekannten Lastumschalter 23 schnell betätigt. Bei dieser Ausführungsform vollführt der Schrittmotor 5 eine Drehbewegung von 180 Grad. Während bei dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel die Drehbewegung des Schrittmotors und den Winkel a in beiden Richtungen möglich ist, erfolgt beim im Ausführungsbeispiel 3 gezeigten Gerät eine Betätigung um den Winkel b = 180 Grad stets in derselben Richtung.

[0021] In Weiterbildung der Neuerung ist es auch bei diesem Typ eines Stufenschalters möglich, den Kraftspeicher vollständig wegzulassen und den Lastumschalter durch einen schnell bewegbaren Schrittmotor direkt zu betätigen; dies ist z. B. durch einen Torquemotor möglich.

Ansprüche

1. Stufenschalter zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators,
aufweisend eine Antriebswelle, die von einem Motorantrieb betätigbar ist,
wobei die Antriebswelle direkt auf Kontaktbetätigungsmittel und/oder einem Kraftspeicher, der seinerseits nach Auslösung Kontaktbetätigungsmittel antreibt, wirkt,
dadurch gekennzeichnet,
dass der die Antriebswelle (3, 6) betätigende Motorantrieb aus einem direkt antreibenden Schrittmotor (5) besteht
und dass der Schrittmotor (5) oberhalb des Stufenschalters angeordnet und direkt mit der Antriebswelle (3, 6) verbunden ist.

2. Stufenschalter nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schrittmotor eine vorab wählbare Teiligkeit, d. h. einen vorab wählbaren festen Drehwinkel (a, b) pro Umschaltung aufweist.

3. Stufenschalter nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schrittmotor ein Torquemotor ist.

4. Stufenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Stufenschalter ein Lastwähler ist.

5. Stufenschalter nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Stufenschalter einen getrennten Wähler und separaten Lastumschalter aufweist.

Zeichnung