Trockentransformatorlastschalter

Die Erfindung betrifft einen Trockentransformatorlastschalter, umfassend einen sich längs um eine virtuelle Mittelachse erstreckenden Isolationshohlzylinder mit mehreren längs dessen inneren Umfangs angeordneten Anschlusskontakten, sowie einen im Inneren des Isolationshohlzylinders um die Mittelachse drehbar angeordneten radial ausgerichteten Hauptkontakt, welcher mittels einer entsprechenden Drehbewegung wahlweise elektrisch mit seinem radial äußeren Ende mit einem der Anschlusskontakte verbindbar ist.

Es ist allgemein bekannt, dass Transformatoren in Energieverteilungsnetzen zum Einsatz kommen, um Netzteile verschiedener Spannungsebenen miteinander zu koppeln. In höheren Spannungsebenen wie beispielsweise 110kV / 380kV kommen üblicherweise Öltransformatoren zum Einsatz, bei darunter liegenden Spannungsebenen sind Trockentransformatoren oder gasgefüllte Transformatoren üblich, beispielsweise 30kV, 72,5kV und vereinzelt auch 110kV.

Öltransformatoren weisen häufig sogenannte Lastschalter auf, mittels welcher unter Laststrom zwischen verschiedenen Anzapfungen der Transformatorwicklung gewechselt werden kann, so dass die Spannung im Netz durch eine Anpassung des Übersetzungsverhältnisses des Transformators in gewissen Grenzen geregelt werden kann. Ein Lastschalter weist typischerweise mehrere längs einer Bahn angeordangeordnete Anschlusskontakte auf, welche mit verschiedenen Anzapfungen einer Transformatorwicklung verbunden sind. Ein Hauptkontakt ist mechanisch längs der Bahn bewegbar und kann dadurch wahlweise mit einer der Anzapfungen verbunden werden. Üblicherweise sind die Anzapfungen längs einer kreisförmigen Bahn angeordnet, so dass durch eine Drehbewegung des Hauptkontaktes eine Kontaktierung der gewünschten Anzapfung erfolgt.

Bei Öltransformatoren befinden sich derartige Lastschalter in einem ölgefüllten Bereich des Transformatorkessels, welcher aus Verschmutzungsgründen jedoch von dem Bereich, in welchem der Transformator angeordnet ist, getrennt ist. Aufgrund der Anordnung eines solchen Lasttrennschalters im Isolationsmedium Öl lässt sich dieser deutlich kleiner ausgestalten als bei einer Anordnung in Luft.

Aus Gründen der verbesserten Regelbarkeit wird aber auch zunehmend für niedrigere Spannungsebenen eine Anpassungsmöglichkeit des Übersetzungsverhältnisses von Trockentransformatoren unter Last gefordert. Bei Trockentransformatoren wird jedoch bewusst auf den Einsatz von Öl verzichtet, was insbesondere bezüglich der Kühlung und der Isolation eine andere Konstruktionsweise erforderlich macht als bei Öltransformatoren.

Das Patentdokument DE 24 49 004 A1 offenbart einen Wähler, wie sie bei Stufenschaltern für Einstelltransformatoren als Feinwähler und Wender großer Baulängen und hoher Nennströme Verwendung finden, bestehend aus einer Isolierstoffsäule mit feststehenden Schleifringen und einem äußeren Käfig aus Isolierstoffstäben auf welchen die Gegenkontakte angeordnet sind und einem dazwischen auf einer Kreisbahn drehbaren Lattengerüst aus Isolierstoffstäben, das bewegliche, federnd gelagerte Laufkontakte trägt, welche die Schleifringe mit den Gegenkontakten verbinden.

Das Patentdokument DE 16 38 570 A1 offenbart einen ein- oder mehrphasigen unter Belastung schaltbaren Umschalter für einen Regeltransformator, welcher Umschalter mit in einer Zylinderfläche angeordneten festen Kontakten und innerhalb dieser Zylinderflache liegenden, mit diesen Kontakten zusammenarbeitenden, durch einen um die Achse dieser Zylinderfläche drehbaren Träger aus Isoliermaterial getragenen, beweglichen Schaltkontakten versehen ist.

Das Patentdokument DE 30 00 733 A1 offenbart einen Stufenschalter für Transformatoren mit jeweils für gerade und ungerade Wicklungsabgriffe vorgesehenen Wählerkontakten, die über Widerstände und Vakuumschalter mit an die jeweilige Wicklung anzuschließenden elektrischen Leitern in Verbindung stehen.

Als nachteilig erweist sich hierbei bei Trockentransformatorlastschaltern, dass aufgrund des Wegfalls des Isolationsmediums Öl ein deutlich erhöhtes Risiko von elektrischen Überschlägen besteht beziehungsweise dass ein Trockentransformatorlastschalter entsprechend groß auszuführen ist, um ein solches Risiko zu reduzieren.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen kompakten Trockentransformatorlastschalter mit verbessertem Isolationsverhalten bereitzustellen. Aufgabe der Erfindung ist auch die Bereitstellung eines entsprechenden Trockentransformators.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Trockentransformatorlastschalter der eingangs genannten Art. Dieser ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem durch radial inneres und äußeres Ende des Hauptkontaktes bestimmten hohlzylindrischen Raum um die Mittelachse ein gemeinsam mit dem Hauptkontakt um diese drehbarer Barriereschirm in Form eines hohlzylindrischen Schirmelementes vorgesehen ist, welcher im Bereich des Hauptkontaktes mit einer Aussparung versehen ist.

Die Grundidee der Erfindung besteht darin, einen zusammen mit dem Hauptkontakt drehbaren Barriereschirm vorzusehen, um so die elektrische Festigkeit zu verbessern. Bei Lasttrennschaltern ist der Raum zwischen den radial außen am Isolationshohlzylinder liegenden Anschlusskontakten und dem Hauptkontakt der isolationskritischste Bereich. Die Anordnung eines festen Barriereschirms ist jedoch nicht möglich, weil dieser hohlzylindrische Raum um die Mittelachse für eine Rundumbewegung des Hauptkontaktes zur Verfügung stehen muss. Durch Einführung eines zusammen mit dem Hauptkontakt drehbaren Barriereschirms lässt sich dieser hohlzylindrische Raum um die Mittelachse sowohl für eine Bewegung des Hauptkontaktes als auch für die Anordnung eines Barriereschirms nutzen. Die Isolationsfestigkeit eines erfindungsgemäßen Trockentransformatorlastschalters ist dadurch in vorteilhafter Weise gesteigert.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Trockentransformatorlastschalters umfasst der Barriereschirm ein hohlzylinder-förmiges beziehungsweise ein hohlzylindersegmentförmiges Schirmelement. Ein hohlzylinderähnliches Schirmelement ist in besonderer Weise geeignet, Teil eines Barriereschirms im ebenfalls hohlzylindrischen Raum um die Mittelachse zu sein. Im Bereich des Hauptkontaktes ist der Barriereschirm mit einer Aussparung zu versehen, um eine direkte Berührung mit dem spannungsführenden Haupt= kontakt zu vermeiden. Eine isolationstechnisch nachteilege Verkürzung des Kriechwegs ist damit ausgeschlossen.

Entsprechend einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Trockentransformatorlastschalters umfasst der Barriereschirm wenigstens zwei radial übereinander angeordnete hohlzylinderförmige Schirmelemente. Durch eine derartige Doppelwandigkeit wird die Spannungsfestigkeit in vorteilhafter Weise weiter gesteigert.

Einer weiteren Erfindungsvariante folgend ist auf wenigstens einem hohlzylinderförmigen Schirmelement wenigstens eine radial ausgerichtete Innenlamelle vorgesehen, welche sich vorzugsweise längs der Mittelachse erstreckt. Hierdurch wird die Länge möglicher Kriechwege, deren Verlauf von den jeweils gegebenen Randbedingungen abhängig ist, in vorteilhafter Weise verlängert und die Isolationsfähigkeit des erfindungsgemäßen Trockentransformatorlastschalters weiter gesteigert.

Um eine mechanische Kollision einer derartigen Innenlamelle mit einem der typischerweise in den Innenraum hineinragenden Außenkontakte zu vermeiden, ist es für Innenlamellen aus einem festen Werkstoff notwendig, dass diese nicht aus dem hohlzylindrischen Raum um die Mittelachse herausragen.

Entsprechend einer weiteren Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Trockentransformatorlastschalters ragt jedoch die wenigstens eine radial ausgerichtete Innenlamelle aus dem hohlzylindrischen Raum um die Drehachse heraus, ist aber aus einem elastischen Material wie beispielsweise Silikongummi gefertigt. Somit erfolgt bei einer Kollision der Lamelle mit einem Anschlusskontakt eine zeitweilige Deformation der Lamelle und eine Drehbewegung des Hauptkontaktes ist dennoch möglich.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Trockentransformatorlastschalters ragt die wenigstens eine radial ausgerichtete Innenlamelle ebenfalls aus dem hohlzylindrischen Raum um die Drehachse heraus, es sind aber Mittel vorgesehen, die Innenlamelle zumindest für die Dauer einer Drehbewegung des Barriereschirms radial nach innen zu verlagern. Somit ist bei Stillstand des Barriereschirms in vorteilhafter Weise eine Kriechwegverlängerung in Form der ausgefahrenen Lamelle aktiv, wobei dennoch durch Einfahren der Lamelle eine kollisionsfreie Drehbewegung des Hauptkontaktes zusammen mit dem Barriereschirm ermöglicht ist.

Einer weiteren Erfindungsvariante entsprechend ist eine radial ausgerichtete Außenlamelle am Innenumfang des Isolationshohlzylinders vorgesehen, welche in dessen Innenraum hineinragt. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise der Kriechweg zwischen benachbarten Außenkontakten erhöht und diese können in platzsparender Weise näher aneinander angeordnet werden.

Insbesondere für den Fall, dass die in den Innenraum hineinragende Außenlamelle auch in den hohlzylindrischen Raum um die Mittelachse hineinragt ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die wenigstens eine radial ausgerichtete Außenlamelle aus einem elastischen Material gefertigt ist. Hierdurch erfolgt im Falle einer Kollision mit dem Hauptkontakt eine temporäre Deformation der jeweiligen Außenlamelle.

In entsprechender Weise ist erfindungsgemäß optional auch an der radialen Außenfläche des Isolationshohlzylinders zwischen herausragenden Anschlusskontakten wenigstens eine Lamelle vorgesehen, deren Zweck dem der zuvor genannten nach innen ragenden Außenlamelle entspricht. Bevorzugter Weise sind sowohl auf der innen- als auch auf der Außenseite des Isolationshohlzylinders entsprechende Lamellen vorgesehen.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Trockentransformatorlastschalters ist wenigstens ein radial in den Innenraum des Isolationshohlzylinders hereinragender Anschlusskontakt von einer hohlzylindrischen Barriere umgeben. Somit ist der Kriechweg zu benachbarten Anschlusskontakten abermals in vorteilhafter Weise verlängert.

Entsprechend einer weiteren besonders bevorzugten Erfindungsvariante ist der Barriereschirm von um die Mittelachse drehbaren Scheibenelementen gehalten, welche an den axialen Endbereichen des Isolationshohlzylinders vorgesehen sind. Zur Verlängerung möglicher Kriechwege ist erfindungsgemäß ein direkter Kontakt des Barriereschirms mit dem Hauptkontakt zu vermeiden. Mit vorzugsweise im Bereich der axialen Enden des Isolationshohlzylinders vorgesehenen scheibenähnlichen Trägerelementen aus einem Isolationsmaterial lässt sich dies insbesondere für den isolationstechnisch relevanten Bereich im hohlzylindrischen Raum um die Mittelachse erreichen. Die Verbindung eines hohlzylindersegmentähnlichen Segmentes, welches beispielsweise aus einer mit Glasfasern verstärkten Kunststoffplatte gefertigt ist, mit einem Scheibenelement erfolgt beispielsweise mittels einer ringähnlichen Nut, welche in das Scheibenelement eingefräst ist. Eine hinreichende Beabstandung von Isolationshohlzylinder und Scheibenelement beziehungsweise mit diesem verbundenen Barriereschirm ist zu gewährleisten.

Gemäß einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Trockentransformatorlastschalters ist dieser hermetisch gekapselt und mit einem Isolationsgas gefüllt. Ein Isolationsgas wie beispielsweise SF6 erhöht in vorteilhafter Weise die Spannungsfestigkeit.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch gelöst durch einen Trockentransformator, umfassend einen Transformatorkern mit wenigstens einer Wicklung und einem Lastschalter, wobei der Lastschalter ein erfindungsgemäßer Trockentransformatorlastschalter ist. Die erfindungsgemäßen Vorteile einer höheren Isolationsfestigkeit beziehungsweise einer geringeren Baugröße wurden bereits für den Trockentransformatorlastschalter erläutert und sind auch auf einen Trockentransformator mit einem Trockentransformatorlastschalter übertragbar.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten sind den weiteren abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.

Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele sollen die Erfindung, weitere Ausführungsformen und weitere Vorteile näher beschrieben werden.

Es zeigen:

Fig. 1

einen exemplarischen ersten Trockentransformatorlastschalter,

Fig. 2

einen exemplarischen zweiten Trockentransformatorlastschalter,

Fig. 3

einen exemplarischen dritten Trockentransformatorlastschalter sowie

Fig. 4

einen exemplarischen vierten Trockentransformatorlastschalter.

Fig. 1 zeigt einen exemplarischen ersten Trockentransformatorlastschalter 10 in einer Schnittdarstellung. Um eine virtuelle Mittelachse 12 herum ist ein rohrähnlicher Isolationshohlzylinder 14 aus einem isolierenden Material, beispielsweise aus einem Glasfaser-/Epoxidharz Verbundwerkstoff angeordnet. Durch die Wandungen des Isolationshohlzylinders 14 sind in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zur Mittelachse 12 mehrere Anschlusskontakte 14, 16, 18 in dessen Inneres geführt, in welches sie hereinragen.

Ein hohlzylindrischer Drehkörper 27 mit einem von dessen Außenfläche radial abgehendem Hauptkontakt 22 ist drehbar ebenfalls um die Mittelachse 12 angeordnet. Durch eine entsprechende Drehbewegung ist das radial äußere Ende 26 des Hauptkontaktes 22 wahlweise mit einem der Anschlusskontakte 14, 16, 18 verbindbar. Durch das radial innere 24 und äußere 26 Ende des Hauptkontaktes 22 ist ein hohlzylindrischer Raum 28 um die Mittelachse 12 gebildet, welchen der Hauptkontakt bei einer Drehbewegung überstreicht.

Fig. 2 zeigt einen exemplarischen zweiten Trockentransformatorlastschalter 30 in einer Schnittdarstellung. Dieser ähnelt dem zuvor in der Fig. 1 gezeigten Trockentransformatorlastschalter, jedoch sind in diesem Beispiel ein zusammen mit dem Hauptkontakt drehbarer Barriereschirm mit einem hohlzylindersegmentförmigen Schirmelement 32 und damit verbundenen radial ausgerichteten Innenlamellen 34, 36 gezeigt. Die elektrische Isolationsfähigkeit des Trockentransformatorlastschalters wird dadurch in vorteilhafter Weise erhöht.

Fig. 3 zeigt einen exemplarischen dritten Trockentransformatorlastschalter 40 in einer Schnittdarstellung. Hier weist der drehbare Barriereschirm zwei radial benachbarte hohlzylindersegmentförmige Schirmelemente 42, 44 auf, wodurch die Durchschlagsfestigkeit des Barriereschirms in vorteilhafter Weise erhöht ist.

Fig. 4 zeigt einen exemplarischen vierten Trockentransformatorlastschalter 50 in einer Schnittdarstellung. Abweichend zu den vorherigen Figuren sind am Innenumfang des Isolationshohlzylinders des Trockentransformatorlastschalters radial ausgerichtete Außenlamellen 52, 54, 56 angeordnet, welche in den Innenraum des Isolationshohlzylinders ragen. Aufgrund einer erfolgenden Drehbewegung, welche mit dem Pfeil mit der Bezugsziffer 58 angedeutet ist, ist die dritte Außenlamelle 56 gerade in einer Kollision mit dem Hauptkontakt. Da die Außenlamellen in diesem Fall aus elastischem Silikongummi gefertigt sind, erfolgt kollisionsbedingt eine temporäre Deformation der dritten Außenlamelle 56.

Bezugszeichenliste

10

exemplarischer erster Trockentransformatorlastschalter

12

virtuelle Mittelachse

14

Isolationshohlzylinder

16

erster Anschlusskontakt

18

zweiter Anschlusskontakt

20

dritter Anschlusskontakt

22

Hauptkontakt

24

radial inneres Ende des Hauptkontaktes

26

radial äußeres Ende des Hauptkontaktes

27

Drehkörper

28

hohlzylindrischer Raum um die Mittelachse

30

exemplarischer zweiter Trockentransformatorlastschalter

32

hohlzylindersegmentförmiges Schirmelement

34

erste radial ausgerichtete Innenlamelle

36

zweite radial ausgerichtete Innenlamelle

40

exemplarischer dritter Trockentransformatorlastschalter

42

radial inneres hohlzylindersegmentförmiges Schirmelement

44

radial äußeres hohlzylindersegmentförmiges Schirmelement

50

exemplarischer vierter Trockentransformatorlastschalter

52

erste radial ausgerichtete Außenlamelle

54

zweite radial ausgerichtete Außenlamelle

56

dritte radial ausgerichtete Außenlamelle in gebogenem Zustand

58

Drehrichtung