Spannungswandler

Die Erfindung betrifft einen Spannungswandler.

Insbesondere betrifft die Erfindung einen Spannungswandler für eine Hochspannungsschaltanlage. Mit einem derartigen Spannungswandler werden hohe Spannungen proportional und pha sengenau zu Mess-, Schutz- oder Steuerungszwecken auf niedri gere Werte transformiert. Ein induktiver Spannungswandler weist dazu in der Regel wenigstens einen Magnetkern auf, um den herum eine Primärwicklung und wenigstens eine Sekun därwicklung verlaufen. In speziellen Betriebszuständen einer Schaltanlage, beispielsweise für bestimmte Inbetriebnahmeprü fungen, ist es erforderlich, den Spannungswandler von der restlichen Schaltanlage zu isolieren, da der Spannungswandler andernfalls beschädigt oder zerstört werden könnte. Dazu kann der Spannungswandler beispielsweise eine Isoliervorrichtung aufweisen, mit der elektrische Verbindungen zwischen dem Spannungswandler und der restlichen Schaltanlage trennbar sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Spannungs wandler anzugeben, der hinsichtlich der elektrischen Isolier barkeit von einer Schaltanlage verbessert ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Spannungswandler mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein erfindungsgemäßer Spannungswandler umfasst

- wenigstens eine Primärwicklung,

- für jede Primärwicklung eine Elektrode, die mit einem Ende der Primärwicklung elektrisch verbunden ist, und einen von der Primärwicklung beabstandeten elektrischen Durchführungs kontakt,

- ein zwischen einer ersten Endstellung und einer zweiten Endstellung um eine Drehachse drehbares Trägerelement und

- für jede Primärwicklung ein an dem Trägerelement angeordne tes elektrisch leitfähiges Kontaktelement, dem die Pri märwicklung und der zugehörige Durchführungskontakt zugeord net sind und das die Elektrode der Primärwicklung in der ers ten Endstellung des Trägerelements mit dem Durchführungskon takt elektrisch verbindet und in der zweiten Endstellung des Trägerelements von dem Durchführungskontakt galvanisch trennt,

- wobei das Kontaktelement wenigstens einen Rollkontakt auf weist, über den das Kontaktelement in der ersten Endstellung des Trägerelements die Elektrode der Primärwicklung oder den Durchführungskontakt kontaktiert.

Ein erfindungsgemäßer Spannungswandler ermöglicht das Öffnen und Schließen wenigstens eines Strompfads zwischen einer Pri märwicklung und einem zugehörigen Durchführungskontakt des Spannungswandlers durch Drehen eines Trägerelements, an dem für jeden dieser Strompfade ein Kontaktelement angeordnet ist. Der Strompfad wird in einer ersten Endstellung des Trä gerelements durch das Kontaktelement geschlossen und in einer zweiten Endstellung des Trägerelements geöffnet. Das Kontak telement kontaktiert in der ersten Endstellung eine mit einem Ende der Primärwicklung elektrisch verbundene Elektrode o- der/und den Durchführungskontakt durch einen Rollkontakt. Dadurch wird vorteilhaft die Reibung zwischen dem Kontaktele ment und der Elektrode und/oder dem Durchführungskontakt re duziert, beispielsweise gegenüber einem Gleitkontakt zwischen dem Kontaktelement und der Elektrode und/oder dem Durchfüh rungskontakt (Rollreibung statt Gleitreibung). Durch die ge ringere Reibung wird auch der Verschleiß eines Rollkontakts beispielsweise gegenüber einem Gleitkontakt reduziert.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung weist jedes Kontaktele ment einen ersten Rollkontakt, der in der ersten Endstellung des Trägerelements die Elektrode der dem Kontaktelement zuge ordneten Primärwicklung kontaktiert, und einen zweiten Roll kontakt, der in der ersten Endstellung des Trägerelements den dem Kontaktelement zugeordneten Durchführungskontakt kontak tiert, auf.

Mit anderen Worten sieht die vorgenannte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass jedes Kontaktelement zwei Rollkontakte aufweist, von denen in der ersten Endstellung einer die Elektrode einer Primärwicklung kontaktiert und der andere ei nen Durchführungskontakt kontaktiert, und die in der zweiten Endstellung jeweils von der Elektrode und dem Durchführungs kontakt getrennt sind. Auf diese Weise schließt und trennt jedes Kontaktelement eine elektrische Verbindung zwischen der Elektrode einer Primärwicklung und dem zugehörigen Durchfüh rungskontakt sowohl seitens der Elektrode als auch seitens des Durchführungskontakts vorteilhaft durch einen reibungsar men Rollkontakt.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist wenigs tens ein Rollkontakt ein Wälzlager mit einem elektrisch leit fähigen Außenring auf, der in der ersten Endstellung des Trä gerelements die Elektrode der dem Kontaktelement zugeordneten Primärwicklung oder den dem Kontaktelement zugeordneten Durchführungskontakt kontaktiert. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung wird die elektrische Verbindung des Rollkon takts zu der Elektrode einer Primärwicklung oder einem Durch führungskontakt also durch den Außenring eines Wälzlagers hergestellt .

Bei einer Weitergestaltung der vorgenannten Ausgestaltung der Erfindung weist jeder ein Wälzlager aufweisender Rollkontakt eine elektrisch leitfähige Halterung auf, in der das Wälzla ger angeordnet ist und die mit dem Außenring des Wälzlagers durch einen Gleitkontakt elektrisch verbunden ist. Durch die elektrische Verbindung des Außenrings mit der Halterung über den Gleitkontakt wird vorteilhaft die Gefahr vermieden, dass durch hohe Ströme aufgrund von schnellen Transienten Ver- Schweißungen entstehen, die beispielsweise zwischen dem Au ßenring und der Halterung durch Lichtbögen verursacht werden, die durch Spiel zwischen dem Außenring und der Halterung er zeugt werden.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist wenigs tens ein Rollkontakt eine in einem elektrisch leitfähigen Gleitlager gelagerte elektrisch leitfähige Kugel auf, die in der ersten Endstellung des Trägerelements die Elektrode der dem Kontaktelement zugeordneten Primärwicklung oder den dem Kontaktelement zugeordneten Durchführungskontakt kontaktiert. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung wird die elektrische Verbindung des Rollkontakts zu der Elektrode einer Pri märwicklung oder einem Durchführungskontakt also durch die in dem Gleitlager gelagerte Kugel hergestellt.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist jeder Rollkontakt eines Kontaktelements federnd an einem Grundkör per des Kontaktelements gelagert. Dadurch können sich die Po sition des Rollkontakts an dem Kontaktelement und ein An pressdruck des Rollkontakts beim Kontaktieren der Elektrode einer Primärwicklung oder einem Durchführungskontakt flexibel der Oberfläche der Elektrode beziehungsweise des Durchfüh rungskontakts anpassen.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist jeder Rollkontakt eines Kontaktelements durch wenigstens ein Blatt federelement federnd an einem Grundkörper des Kontaktelements gelagert. Ferner kann jedes Blattfederelement den durch das Blattfederelement federnd gelagerten Rollkontakt elektrisch mit dem Grundkörper des Kontaktelements verbinden. Die fe dernde Lagerung eines Rollkontakts und die elektrische Ver bindung des Rollkontakts mit dem Grundkörper des Kontaktele ments durch ein Blattfederelement hat beispielsweise gegen über der Verwendung einer Schraubenfeder den Vorteil, dass ein Blattfederelement eine geringe Induktivität aufweist. Bei einer Weitergestaltung der vorgenannten Ausgestaltungen der Erfindung ist jeder Rollkontakt federnd in einer Öffnung des Grundkörpers des Kontaktelements gelagert. Ferner kann jede Öffnung des Grundkörpers eines Kontaktelements, in der ein Rollkontakt federnd gelagert ist, von einer Wand des Grundkörpers mit einer konvexen Außenoberfläche umgeben sein. Durch die Lagerung eines Rollkontakts in einer Öffnung des Grundkörpers des Kontaktelements kann der Rollkontakt vor teilhaft geschützt werden. Die Ausführung der Öffnung durch eine sie umgebende Wand mit einer geeigneten konvexen Außen oberfläche bewirkt außerdem vorteilhaft eine elektrische Ab schirmung des Rollkontakts.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Spannungswandler drei Primärwicklungen auf, die voneinander beabstandet um die Drehachse des Trägerelements herum ange ordnet sind. Insbesondere können die Primärwicklungen um 120 Grad gegeneinander versetzt um die Drehachse des Trägerele ments herum angeordnet und das Trägerelement kann um 60 Grad um die Drehachse zwischen den beiden Endstellungen drehbar sein. Diese Ausgestaltungen der Erfindung realisieren insbe sondere eine für dreiphasige Wechselspannungen geeignete Aus legung des Spannungswandlers.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Trä gerelement eine Trägerplatte, an der jedes Kontaktelement an geordnet ist, und eine mit der Trägerplatte verbundene Trä gerwelle, durch die die Drehachse verläuft, auf. Die Träger platte ist beispielsweise in einer Ebene zwischen einem ers ten Raumbereich, in dem jede Primärwicklung angeordnet ist, und einem zweiten Raumbereich, in dem jeder Durchführungskon takt angeordnet ist, angeordnet. Diese Ausgestaltungen der Erfindung realisieren eine geometrisch einfache und zweckmä ßige Ausführung und Anordnung des Trägerelements.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist jeder Durchführungskontakt eine konvexe Kontaktoberfläche auf, die in der ersten Endstellung des Trägerelements von einem Roll- kontakt kontaktiert wird. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht vorteilhaft ein sanftes Verbinden und Trennen ei nes Durchführungskontakts mit beziehungsweise von einem Roll kontakt.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Spannungswandler ein Kapselungsgehäuse auf, in dem jede Pri märwicklung, jeder Durchführungskontakt, das Trägerelement und jedes Kontaktelement angeordnet sind. Dadurch können die Komponenten des Spannungswandlers vorteilhaft vor widrigen Bedingungen wie Feuchtigkeit in einer Umgebung des Spannungs wandlers geschützt werden. Außerdem kann das Kapselungsgehäu se erforderlichenfalls gasdicht ausgeführt werden, um mit ei nem Isoliergas befüllt zu werden.

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 von Ausführungsbei spielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläu tert werden. Dabei zeigen:

FIG 1 eine perspektivische Darstellung eines ersten Ausfüh rungsbeispiels eines Spannungswandlers,

FIG 2 eine perspektivische Darstellung des in Figur 1 ge zeigten Spannungswandlers im Bereich eines Kontakte lements,

Fig 3 eine Schnittdarstellung eines Kontaktelements des in Figur 1 gezeigten Spannungswandlers,

FIG 4 eine perspektivische Darstellung des in Figur 3 ge zeigten Kontaktelements,

FIG 5 schematisch einen Rollkontakt eines zweiten Ausfüh rungsbeispiels eines Spannungswandlers. Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit densel ben Bezugszeichen versehen.

Figur 1 (FIG 1) zeigt eine perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Spannungswandlers 1. Der Spannungswandler 1 umfasst ein Kapselungsgehäuse 3, drei Pri märwicklungen 5, drei Sekundärwicklungen, drei Elektroden 7, drei Magnetkerne 9, drei Durchführungskontakte 11, ein Trä gerelement 13 und drei elektrisch leitfähige Kontaktelemen te 15. Der Spannungswandler 1 ist für dreiphasige Wechsel spannungen ausgelegt.

Das Kapselungsgehäuse 3 ist aufgebrochen dargestellt und um fasst einen Gehäusemantel 17, einen Gehäusedeckel 19 und eine Durchführung 21. Der Gehäusemantel 17 ist oberseitig durch den Gehäusedeckel 19 und unterseitig durch die Durchfüh rung 21 verschlossen. Durchführungsseitig weist der Gehäuse mantel 17 einen Flansch 23 auf, an dem die Durchführung 21 angeordnet ist. Der Gehäusemantel 17 ist mit dem Gehäusede ckel 19 und der Durchführung 21 jeweils durch Schraubverbin dungen 25, 27 verbunden. Die Sekundärwicklungen, Primärwick lungen 5, Elektroden 7, Magnetkerne 9, Durchführungskontak te 11, Kontaktelemente 15 und das Trägerelement 13 sind in dem Kapselungsgehäuse 3 angeordnet.

Die Durchführungskontakte 11 sind an der Durchführung 21 an geordnet und können jeweils durch die Durchführung 21 hin durch von außen elektrisch kontaktiert werden, um die Durch führungskontakte 11 an elektrische Leiter beispielsweise ei ner Schaltanlage anzuschließen. Jeder Durchführungskontakt 11 weist eine dem Gehäusedeckel 19 zugewandte konvexe Kontakt oberfläche 29 auf.

Das Trägerelement 13 umfasst eine Trägerwelle 31 und eine an der Trägerwelle 31 angeordnete Trägerplatte 33. Das Trä gerelement 13 ist um 60 Grad zwischen einer ersten Endstel lung und einer zweiten Endstellung um eine Drehachse 35 dreh bar, die mit der Längsachse der Trägerwelle 31 zusammenfällt. Der Gehäusemantel 17 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch bezüglich der Drehachse 35, welche im Wesentlichen mittig durch den Gehäusedeckel 19 und die Durchführung 21 verläuft.

Jeder Magnetkern 9 weist einen Schenkel auf, um den herum ei ne der Sekundärwicklungen und eine der Primärwicklungen 5 verläuft. Dabei verläuft die Primärwicklung 5 um die Sekun därwicklung herum, so dass die Sekundärwicklungen in Figur 1 nicht sichtbar sind. Die von den Sekundärwicklungen und Pri märwicklungen 5 umgebenen Schenkel der Magnetkerne 9 sind in einer zu der Drehachse 35 senkrechten Ebene sternförmig um die Drehachse 35 herum und um 120 Grad gegeneinander versetzt angeordnet. Ein Ende jeder Primärwicklung 5 ist mit einer Elektrode 7 verbunden, die um einen Mittelabschnitt der Pri märwicklung 5 herum angeordnet ist.

Die Trägerplatte 33 des Trägerelements 13 ist in einer Ebene zwischen einem ersten Raumbereich, in dem die Primärwicklun gen 5 angeordnet sind, und einem zweiten Raumbereich, in dem die Durchführungskontakte 11 angeordnet sind, angeordnet.

Die Kontaktelemente 15 sind an der Trägerplatte 33 angeord net. Jedem Kontaktelement 15 sind eine Primärwicklung 5 und ein Durchführungskontakt 11 zugeordnet, die durch das Kontak telement 15 in der ersten Endstellung des Trägerelements 13 miteinander elektrisch verbunden werden und in der zweiten Endstellung des Trägerelements 13 voneinander glavanisch ge trennt sind. Die Kontaktelemente 15 des in Figur 1 gezeigten Spannungswandlers 1 werden unten anhand der Figuren 2 bis 4 näher beschrieben.

An dem Gehäusedeckel 19 sind eine Mechanik 37 zum Drehen des Trägerelements 13 und ein Anschlusskasten 39 für den Span nungswandler 1 angeordnet. Die Mechanik 37 umfasst einen He bel 41, mit dem das Trägerelement 13 manuell zwischen seinen beiden Endstellungen gedreht werden kann. Figur 2 (FIG 2) zeigt eine perspektivische Darstellung des in Figur 1 gezeigten Spannungswandlers 1 im Bereich eines Kon taktelements 15.

Figur 3 (FIG 3) und Figur 4 (FIG 4) zeigen ein Kontaktele ment 15 des in Figur 1 gezeigten Spannungswandlers 1, wobei Figur 3 eine Schnittdarstellung des Kontaktelements 15 zeigt und Figur 4 eine perspektivische Darstellung des Kontaktele ments 15 zeigt.

Das Kontaktelement 15 umfasst zwei Rollkontakte 43, 45. Jeder Rollkontakt 43, 45 weist ein Wälzlager 47 mit einem elektrisch leitfähigen Außenring 49 auf. Der Außenring 49 des ersten Rollkontakts 43 kontaktiert in der ersten Endstellung des Trägerelements 13 die Elektrode 7 der dem Kontaktele ment 15 zugeordneten Primärwicklung 5. Der Außenring 49 des zweiten Rollkontakts 45 kontaktiert in der ersten Endstellung des Trägerelements 13 die Kontaktoberfläche 29 des dem Kon taktelement 15 zugeordneten Durchführungskontakts 11. Ferner weist jeder Rollkontakt 43, 45 eine elektrisch leitfähige Halterung 51 auf, in der das Wälzlager 47 angeordnet ist und die mit dem Außenring 49 des Wälzlagers 47 durch einen Gleit kontakt 53 elektrisch verbunden ist. Der Gleitkontakt 53 ist als eine Kontaktfeder ausgebildet, die durch eine Schraubver bindung 55 an der Halterung 51 befestigt ist und an dem Au ßenring 49 vorgespannt anliegt.

Jeder Rollkontakt 43, 45 ist durch ein Blattfederelement 57 federnd in einer Öffnung 59 eines elektrisch leitfähigen Grundkörpers 61 des Kontaktelements 15 gelagert. Das Blattfe derelement 57 verbindet die Halterung 51 des Wälzlagers 47 außerdem elektrisch mit dem Grundkörper 61. Dabei wird der Rollkontakt 43, 45 in der Öffnung 59 mit einer Führung 63 ge führt und das Blattfederelement 57 erstreckt sich außerhalb der Führung 63 von einem Öffnungsgrund 65 der Öffnung 59 zu der Halterung 51 des Wälzlagers 47. Die Führung 63 ist an dem Grundkörper 61 durch eine Schraubverbindung 67 befestigt. Die Öffnungen 59 des Grundkörpers 61 des Kontaktelements 15 sind jeweils von einer Wand 69 des Grundkörpers 61 mit einer konvexen Außenoberfläche 71 umgeben. Die Kontaktelemente 15 sind mit Schraubverbindungen 73 an der Trägerplatte 33 befes tigt.

Figur 5 (FIG 5) zeigt schematisch einen Rollkontakt 75 eines Kontaktelements 15 eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Spannungswandlers 1. Der Rollkontakt 75 weist eine in einem elektrisch leitfähigen Gleitlager 77 gelagerte elektrisch leitfähige Kugel 79 auf, wobei das Gleitlager 77 geschnitten dargestellt ist. Abgesehen von der Ausführung des Rollkon takts 75 unterscheidet sich das zweite Ausführungsbeispiel nicht von dem in den Figuren 1 bis 4 gezeigten ersten Ausfüh rungsbeispiel eines Spannungswandlers 1. Jedes Kontaktele ment 15 des zweiten Ausführungsbeispiels weist also zwei Rollkontakte 75 auf, die analog zu den Rollkontakten 43, 45 des in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiels je weils federnd in einer Öffnung 59 des Grundkörpers 61 des Kontaktelements 15 gelagert sind.

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. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann der Spannungswandler 1 beispielsweise statt einer sternförmigen Anordnung der Mag netkerne 9 eine Anordnung der Magnetkerne 9 entlang der drei Seiten eines gleichseitigen Dreiecks oder eine von Drei ver schiedene Anzahl von Magnetkernen 9 und/oder Primärwicklun gen 5 aufweisen.