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Patent Searching and Data


Title:
TRANSFORMER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/228744
Kind Code:
A1
Abstract:
A transformer, which has a transformer housing, an active part (3), which has at least one transformer core (4) and at least one transformer winding (5), which are arranged inside the transformer housing, and at least one tap changer for controlling the voltage, is specified. In this case, the intention is to provide a transformer constructed so as to be unsusceptible to faults and space-saving. This is achieved by virtue of the fact that the tap changer is secured to the active part (3) of the transformer in a self-supporting manner by means of at least one bracket (15).

Inventors:
FINDEISEN JÖRG (DE)
Application Number:
PCT/EP2019/061193
Publication Date:
December 05, 2019
Filing Date:
May 02, 2019
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
H01H9/00; H01F29/04
Domestic Patent References:
WO1993023861A11993-11-25
WO2001063629A12001-08-30
Foreign References:
DE202010012811U12011-12-19
Other References:
None
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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.

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 Z usammenwir 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