EP0120379B1 - Lastwähler zum Schalten von Stufenwicklungen eines Dreiphasen-Transformators - Google Patents
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- 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
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Definitions
- the invention relates to load selectors for switching step windings of a three-phase transformer, each with a phase arranged in a plane on a circle, with fixed contacts connected to the taps of fine-step windings.
- Load selectors have the essential advantage over the conventional tap changers that the contacts and switches for all three phases can be accommodated in a single column even with a delta connection. In the case of conventional tap changers with a separate load switch, this is primarily not possible because the large distances required here between the load switch contacts of different phases within the same load switch cannot be realized.
- the fixed contacts of one phase connected to taps of a fine-stage winding are arranged in a plane in a plane on a circle, around the center of which movable contacts are pivoted and thereby advance from stage to stage.
- the fixed contacts of fine-phase windings assigned to different phases have correspondingly large distances from one another, so that the known solutions, in particular at higher nominal voltages, result in uneconomically large heights for the load selector column.
- the invention is therefore based on the object of providing a load selector which can also be used in a delta connection of transformer windings, the overall height of which is of the same order of magnitude as the overall height of selectors of transformer windings arranged in the star point.
- the switch contacts of additionally provided preselectors for connection and disconnection or for coarse step windings of the three phases are arranged in a common plane and offset in the circumferential direction of the load selector column by the same angle with respect to one another.
- this arrangement limits the maximum achievable nominal voltage for a predetermined diameter for the load selector column, because with a delta connection of the transformer windings in the circumferential direction three times in succession, the insulation distance for the chained full phase voltage must be observed.
- movable contacts cooperating with the fixed contacts of the fine-stage windings are carried for all three phases by a common tube made of insulating material and that movable contacts cooperating with the fixed contacts of the selection are all attached at the same radial distance from the selector axis are, the uppermost selector contacts being moved via insulating rods or an insulating tube which are located outside the insulating tube which is used to move the fine-stage contacts, while the lower selector contacts are moving via an insulating rod or an insulating tube that lies within the insulating tube used to move the fine-stage contacts.
- the load selector according to the invention is very advantageous because it limits the overall height for the load selector to an economically justifiable level even in the case of a delta connection of transformer windings with relatively large nominal voltages.
- a main winding U1, V1 or W1 a coarse step winding U2, V2 or W2 and a fine step winding U3, V3 or W3 are provided for each phase.
- the fine-stage windings U3 and V3 are directly electrically connected to one another at a triangle point common to them. The electrical connection of the windings assigned to the same phase takes place within the load selector.
- the winding leads of the fine stage winding W3 are electrically connected to the fixed contacts in level 4 of the jacket 6.
- the full triangular voltage lies between the winding rejects of the fine stage winding W3 on the one hand and the winding rejection of the fine stage windings U3 and V3 on the other hand, so that the vertical distance between levels 3 and 4 is designed to be sufficiently large to ensure the required dielectric strength. I.e. the distance between levels 3 and 4 is significantly greater than the distance between levels 2 and 3.
- Corresponding contacts of the coarse step winding U2 are offset by 180 ° relative to the contacts of the coarse step winding V2 on the circumference of the jacket 6, as shown in particular in the figure.
- the vertical distance between levels 1 and 2 is small in accordance with the relatively small voltage load between the fine-stage windings U3 and V3 assigned to the same triangle point of the circuit on the one hand and the coarse-stage windings U2 and V2 on the other hand, and essentially corresponds to the distance between levels 2 and 3.
- the winding rejects of the coarse stage winding W2 are finally connected to the fixed contacts 8 in level 5, which in turn is provided only a short distance below level 4, since the electrical voltages applied to the winding rejects of the fine stage winding W3 and the coarse stage winding W2 are only a maximum of can distinguish the voltage corresponding to the setting range.
- the vertical distance between levels 4 and 5 is therefore practically the same as the distance between levels 2 and 1.
- a movable contact 7 is provided, which can be swiveled from one fixed contact 8 to the next in a manner not shown, without interrupting the current. All three movable contacts 7 are carried by a common tube 12 made of insulating material.
- the fixed contacts 8 in levels 1 and 5 work together with movable contact bridges 9, which each connect adjacent contacts 8 lying in the same level 1 or 5.
- the contact bridges 9 are carried by pipe sections 10 or 11 or by insulating rods or insulating segments.
- a hollow shaft 13 arranged centrally in the tube 12 or a corresponding insulating rod, which is actuated directly by the Geneva gear 14, serves to drive the preselection level 5.
- Appropriate design of the Geneva gear 14 ensures on the one hand a synchronism for the pipe sections 10 and 11 and on the other hand it is specified that the pipe sections 10 and 11 are only taken with certain switching steps of the pipe 12 and otherwise when switching the pipe 12 in their respective Position remain.
- both the tube 12 and the hollow shaft 13 are mounted with their lower ends below the level 5 in or on a flange 15, and the upper ends of the tube 12 and the hollow shaft 13 are in the region of the above an upper flange 16 arranged Geneva gear 14 mounted.
- the pipe section 10 is supported on the upper end of the pipe 12 and, if necessary, is also supported on the outside against the upper flange 16.
- levels 1 and 5 are omitted together with the fixed and movable contacts arranged in them, so that only the fixed contacts 8 and the associated movable contacts 7 remain in levels 2, 3 and 4 .
- the load selector can still be used in a very advantageous manner because, on the one hand, it ensures a very low overall height due to the small distance between levels 2 and 3 and, on the other hand, because of the possible increase in the distance between levels 3 and 4 can be used with extremely large nominal voltages.
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Description
- Die Erfindung betrifft Lastwähler zum Schalten von Stufenwicklungen eines Dreiphasen-Transformators mit je Phase in einer Ebene auf jeweils einem Kreis angeordneten, mit den Anzapfungen von Feinstufenwicklungen verbundenen, festen Kontakten.
- Lastwähler haben gegenüber den üblichen Stufenschalteinrichtungen den wesentlichen Vorteil, daß auch bei einer Dreiecksschaltung die Kontakte und Schalter für alle drei Phasen in einer einzigen Säule untergebracht werden können. Bei üblichen Stufenschalteinrichtungen mit gesondertem Lastschalter ist dies vor allem deshalb nicht möglich, weil die hierbei erforderlichen großen Abstände zwischen den Lastschalterkontakten unterschiedlicher Phasen innerhalb desselben Lastschalters nicht realisierbar sind.
- Bei einem durch die DE-B-27 31 133 bekannten Lastwähler sind die mit Anzapfungen jeweils einer Feinstufenwicklung verbundenen festen Kontakte einer Phase in einer Ebene auf einem Kreis angeordnet, um dessen Mittelpunkt bewegliche Kontakte geschwenkt werden und dabei von Stufe zu Stufe weiterschalten. Darüber hinaus ist durch die DE-A-29 13 271 bekannt, die festen Kontakte der jeweils drei verschiedenen Phasen zugeordneten Feinstufenwicklungen jeweils für die volle verkettete Spannung einschließlich der zugehörigen Prüfspannungen elektrisch gegeneinander zu isolieren. Die festen Kontakte von unterschiedlichen Phasen zugeordneten Feinstufenwicklungen haben dabei entsprechend große Abstände voneinander, so daß die bekannten Lösungen, insbesondere bei höheren Nennspannungen, unwirtschaftlich große Bauhöhen für die Lastwählersäule zur Folge haben.
- Aus der DE-B-2 005 189 ist bei einem dreiphasigen Stufentrafs mit besonderen Baugruppen für Wähler und Lastschalter bekannt, dass die Feinstufenwicklungen Teile von elektrisch im Dreieck geschalteten Wicklungen der drei Phasen sind und die Feinstufenwicklungen der ersten und der zweiten Phase an einem gemeinsamen Endpunkt der Dreieckschaltung liegen.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen auch bei einer Dreiecksschaltung von Transformatorwicklungen verwendbaren Lastwähler zu schaffen, dessen Bauhöhe in der gleichen Größenordnung liegt, wie die Bauhöhe von sternpunktseitig angeordneten Wählern von im Stern geschalteten Transformatorwicklungen.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Lastwähler der eingangs genannten Art dadurch gelöst,
- daß von den im Dreieck geschalteten Feinstufenwicklungen die Feinstufenwicklungen der ersten und der zweiten Phase an einem gemeinsamen Eckpunkt der Dreiecksschaltung liegen,
- daß die beiden die festen Kontakte der Anzapfungen von jeweils einer der demselben Eckpunkt zugeordneten Feinstufenwicklungen aufnehmenden Ebenen einen Abstand entsprechend den relativ kleinen Differenzspannüngen zwischen diesen beiden Feinstufenwicklungen haben und
- daß der Abstand der die Kontakte der dritten Feinstufenwicklung aufnehmenden Ebene von der ihr nächsten der beiden anderen Ebenen mindestens entsprechend den Betriebs- und Prüfspannungen zwischen den Phasen der gesamten Wicklung ausgelegt ist.
- Bei der durch die DE-OS 29 13 271 bekannten Lastwähleranordnung sind die Schaltkontakte von zusätzlich vorgesehenen Vorwählern für Zu-und Gegenschaltung oder für Grobstufenwicklungen der drei Phasen in einer gemeinsamen Ebene angeordnet und in Umfangsrichtung der Lastwählersäule um gleiche Winkel gegeneinander versetzt. Diese Anordnung begrenzt jedoch bei vorgegebenem Durchmesser für die Lastwählersäule die maximal erreichbare Nennspannung, weil bei einer Dreiecksschaltung der Transformatorwicklungen in Umfangsrichtung dreimal hintereinander der Isolationsabstand für die verkettete volle Phasenspannung eingehalten werden muß.
- Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, daß zusätzlich zu den drei die Kontakte der drei Feinstufenwicklungen aufnehmenden Ebenen zwei weitere Ebenen zur Aufnahme von festen Kontakten von Grobstufenwicklungen vorgesehen sind, wobei die Kontakte der beiden Vorwähler, die potentialmäßig an einem gemeinsamen Dreieckspunkt der zugehörigen Phasen liegen, in einer Ebene um 180° versetzt zusammengefaßt sind, wobei diese Vorwählerebene räumlich benachbart zu einer bzw. zu beiden demselben Dreieckspunkt gehörenden Feinwählerebenen liegt, und wobei die Kontakte des der dritten Feinstufenwicklung zugeordneten Vorwählers räumlich der Kontaktebene der dritten Feinstufenwicklung benachbart sind. Dabei sind einander entsprechende feste Kontakte des der ersten Feinstufenwicklung zugeordneten Vorwählers in Drehrichtung der Wählerachse um 180° gegen die festen Kontakte des der zweiten Feinstufenwicklung zugeordneten Vorwählers versetzt.
- Nach vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen, daß mit den festen Kontakten der Feinstufenwicklungen zusammenarbeitende bewegliche Kontakte für alle drei Phasen von einem gemeinsamen Rohr aus Isolierwerkstoff getragen sind und daß mit den festen Kontakten der Vorwähler zusammenarbeitende bewegliche Kontakte alle im gleichen radialen Abstand von der Wählerachse angebracht sind, wobei die obersten Vorwählerkontakte über Isolierstäbe oder ein Isolierrohr bewegt werden, die bzw. das außerhalb der zum Bewegen der Feinstufenkontakte dienenden Isolierrohres liegen, während der bzw. die unteren Vorwählerkontakte über einen Isolierstab oder ein Isolierrohr bewegt werden, das innerhalb des zum Bewegen der Feinstufenkontakte dienenden Isolierrohres liegt.
- Der erfindungsgemäße Lastwähler ist sehr vorteilhaft, weil er auch bei einer Dreiecksschaltung von Transformatorwicklungen mit verhältnismäßig großen Nennspannungen die Bauhöhe für den Lastwähler auf ein wirtschaftlich vertretbares Maß begrenzt.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.
- Figur 1 zeigt eine Dreiecksschaltung von Transformatorwicklungen.
- Figur 2 ist ein Längsschnitt durch einen Lastwähler für einen Dreiphasentransformator.
- Figur 3 ist ein Schnitt gemäß 111-111 in Fig. 2.
- Figur 4 ist ein Schnitt gemäß IV-IV in Fig. 2.
- Figur 5 ist ein Schnitt gemäß V-V in Fig. 2.
- In der Dreiecksschaltung gemäß Fig. 1 ist für jede Phase eine Stammwicklung U1, V1 bzw. W1, eine Grobstufenwicklung U2, V2 bzw. W2 sowie eine Feinstufenwicklung U3, V3 bzw. W3 vorgesehen. Die Feinstufenwicklungen U3 und V3 sind an einem ihnen gemeinsamen Dreieckspunkt unmittelbar miteinander elektrisch verbunden. Die elektrische Verschaltung der jeweils derselben Phase zugeordneten Wicklungen erfolgt innerhalb des Lastwählers.
- Auf einem zylindrischen Mantel 6 aus lsolierwerkstoff sind in rechtwinklig zur Mantelachse angeordneten Ebenen 1 bis 5 feste Kontakte 8 befestigt, die galvanisch mit den nicht näher bezeichneten Wicklungsausleitungen der Grobstufenwicklungen U2, V2 bzw. W2 sowie der Feinstufenwicklungen U3, V3 bzw. W3 in nicht näher dargestellter Art und Weise verbunden sind. Dabei sind die Wicklungsausleitungen der Feinstufenwicklung U3 den festen Kontakten 8 in der Ebene 2 und die Wicklungsausleitungen der Feinstufenwicklung-V3 den festen Kontakten 8 in der Ebene 3 zugeordnet. Da zwischen den festen Kontakten 8 der Ebene 2 und denen der Ebene 3 maximal die miteinander verketteten Spannungen der Feinstufenwicklungen U3 and V3 auftreten kann, ist der Abstand zwischen diesen beiden Ebenen entsprechend der vergleichsweise niedrigen Spannungsbelastungen relativ klein.
- Die Wicklungsausleitungen der Feinstufenwicklung W3 sind mit den festen Kontakten in der Ebene 4 des Mantels 6 elektrisch verbunden. Zwischen den Wicklungsausleitungen der Feinstufenwicklung W3 einerseits und andererseits den Wicklungsausleitungen der Feinstufenwicklungen U3 und V3 liegt die volle Dreiecksspannung, so daß zur Gewährleistung der erforderlichen Spannungsfestigkeit der senkrechte Abstand zwischen den Ebenen 3 und 4 entsprechend groß ausgelegt ist. D. h. der Abstand zwischen den Ebenen 3 und 4 ist wesentlich größer als der Abstand zwischen den-Ebenen 2 und 3.
- Die Wicklungsausleitungen der Grobstufenwicklungen U2 und V2, die in erster Annäherung das gleiche elektrische Potential führen wie die Wicklungsausleitungen der ihnen benachbarten Feinstufenwicklungen U3 bzw. V3, sind mit den festen Kontakten 8 in der Ebene 1 verbunden. Dabei sind, wie insbesondere die Fig. zeigt, einander entsprechende Kontakte der Grobstufenwicklung U2 um 180° gegenüber den Kontakten der Grobstufenwicklung V2 auf dem Umfang des Mantels 6 versetzt. Der senkrechte Abstand zwischen den Ebenen 1 und 2 ist entsprechend der verhältnismäßig kleinen Spannungsbelastung zwischen den demselben Dreieckspunkt der Schaltung zugeordneten Feinstufenwicklungen U3 und V3 einerseits und andererseits den Grobstufenwicklungen U2 bzw. V2 klein und entspricht im wesentlichen dem Abstand zwischen den Ebenen 2 und 3.
- Die Wicklungsausleitungen der Grobstufenwicklung W2 schließlich sind mit den festen Kontakten 8 in der Ebene 5 verbunden, die wiederum in nur geringem Abstand unterhalb der Ebene 4 vorgesehen ist, da sich die an den Wicklungsausleitungen der Feinstufenwicklung W3 und der Grobstufenwicklung W2 anliegenden elektrischen Spannungen maximal nur um die dem Einstellbereich entsprechende Spannung unterscheiden können. Der senkrechte Abstand zwischen den Ebenen 4 und 5 ist daher praktisch gleich dem Abstand zwischen den Ebenen 2 und 1.
- Für jede der Ebenen 2, 3 und 4 ist je ein beweglicher Kontakt 7 vorgesehen, der in nicht näher dargestellter Art und Weise ohne Stromunterbrechung jeweils von einem festen Kontakt 8 zum nächsten schwenkbar ist. Alle drei beweglichen Kontakte 7 werden dabei von einem ihnen gemeinsamen Rohr 12 aus Isolierwerkstoff getragen.
- Die festen Kontakte 8 in den Ebenen 1 und 5 arbeiten mit beweglichen Kontaktbrücken 9 zusammen, die jeweils einander benachbarte, in derselben Ebene 1 bzw. 5 liegende Kontakte 8 miteinander verbinden. Die Kontaktbrücken 9 werden von Rohrabschnitten 10 bzw. 11 oder von Isolierstäben oder Isoliersegmenten getragen. Zum Antrieb der Vorwählerebene 5 dient eine zentral im Rohr 12 angeordnete Hohlwelle 13 oder ein entsprechender Isolierstab, der direkt vom Maltesergetriebe 14 betätigt ist. Dabei ist durch entsprechende Auslegung des Maltesergetriebes 14 einerseits ein Gleichlauf für die Rohrabschnitte 10 und 11 gewährleistet und ist andererseits festgelegt, daß die Rohrabschnitte 10 und 11 nur bei bestimmten Schaltschritten des Rohres 12 mitgenommen werden und im übrigen auch beim Schalten des Rohres 12 in ihrer jeweiligen Position liegen bleiben.
- Zur Erzielung geringstmöglicher Lagerbelastungen sind sowohl das Rohr 12 als auch die Hohlwelle 13 mit ihren unteren Enden unterhalb der Ebene 5 in bzw. an einem Flansch 15 gelagert, und sind die oberen Enden des Rohres 12 sowie der Hohlwelle 13 im Bereich des über einem oberen Flansch 16 angeordneten Maltesergetriebes 14 gelagert. Außerdem ist der Rohrabschnitt 10 auf dem oberen Ende des Rohres 12 gelagert und stützt sich nach außen erforderlichenfalls auch gegen den oberen Flansch 16 ab.
- Bei der Verwendung von erfindungsgemäßen Lastwählern an Dreiphasen-Transformatoren ohne Vorwähler entfallen die Ebenen 1 und 5 mitsamt den in diesen angeordneten festen und beweglichen Kontakten, so daß lediglich die festen Kontakte 8 und die zugehörigen beweglichen Kontakte 7 in den Ebenen 2, 3 und 4 verbleiben. Auch in diesem Fall ist jedoch der Lastwähler noch in sehr vorteilhafter Weise einsetzbar, weil er einerseits durch den geringen Abstand zwischen den Ebenen 2 und 3 eine sehr geringe Bauhöhe gewährleistet und weil er andererseits durch die mögliche Vergrößerung des Abstandes zwischen den Ebenen 3 und 4 auch bei extrem großen Nennspannungen einsetzbar ist.
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