Hydraulische Betätigungsvorrichtung für einen elektrischen Hochspannungs-Leistungsschalter

Abstract

 Bei einer hydraulischen Betätigungsvorrichtung (2) für einen elektrischen Schalter (1), insbesondere Hochspannungs-Leistungsschalter, besteht der Antrieb aus einem Differentialkolben (3) und einem Zylinder (4). Der Differentialkolben (3) ist mit dem Druck der Druckflüssigkeit auf seiner kleinflächigen Seite (9) dauernd belastet und auf seiner grossflächigen Seite (13a) über eine Ventileinrichtung (6) wahlweise beaufschlagbar.
Um den durch die Bewegungszeit der Unterbrechereinheit bis zur galvanischen Trennung bedingten Schaltzeitanteil zu verringern, ohne das Gewicht der Schaltstücke und der bewegten Masse zu reduzieren und ohne den Druck der Hydraulikflüssigkeit zu erhöhen, ist der Differentialkolben (3) als zweistelliges Stufenkolbensystem ausgebildet. Der erste Teil (3a) des Stufenkolbensystems ist ein im Zylinder (4) begrenzt beweglicher Freilaufkolben. Dieser belastet den zweiten Kolbenteil (3b) auf seiner kleinflächigen Seite (9) und weist eine dessen wirksame Kolbenfläche vergrössernde Stirnfläche (10) auf.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Betätigungsvorrichtung für einen elektrischen Schalter, insbesondere Hochspannungs-Leistungsschalter, mit einem aus einem Differentialkolben und einem Zylinder bestehenden Antrieb, wobei der Differentialkolben mit dem Druck der Druckflüssigkeit auf seiner kleinflächigen Seite dauernd belastet und auf seiner großflächigen Seite über eine Ventileinrichtung wahlweise beaufschlagbar ist.

[0002] Hydraulische Betätigungsvorrichtungen dieser Art müssen die beweglichen Schaltstücke der Leistungsschalter möglichst schnell und unverzögert in Abhängigkeit vom Steuerkommando zum Ein- und Ausschalten bewegen. Die Schaltzeit eines Schaltgerätes wird damit wesentlich von der Art des Antriebes und seiner Ausbildung bestimmt. Sieht man einmal von dem durch die Lichtbogenzeit bestimmten Schaltzeitanteil ab, so setzt sich die Schaltzeit zusammen, ausgehend vom Kommandobeginn, aus der Magnetzeit des Auslösers, der Ventilzeit für die Steuerventile, der Schaltstangen- und Getriebezeit und der Bewegungszeit der Unterbrechereinheiten bis zur galvanischen Trennung.

[0003] Daraus ergibt sich eine mechanische Ausschaltzeit, die die Größenordnung von 20 msec erreicht.

[0004] Es gibt Hochspannungsversorgungsnetze, in denen die Leistungsschalter eine Gesamtschaltzeit für zwei Perioden nicht überschreiten sollen (sogenannter 2-cycles-Schalter).

[0005] Sofern die Versorgungsnetze mit 60 Hz betrieben werden, verbleibt damit für einen modernen Hochspannungs-Leistungsschalter eine mechanische Ausschaltzeit von nicht mehr als 15 msec.

[0006] Da einige bekannte Hochspannungs-Leistungsschalter nach dem Blaskolbenprinzip arbeiten, bei dem der erforderliche Druck des zur Lichtbogenlöschung verwendeten Gases während der Ausschalthandlung erzeugt wird, und zwar durch Vorkompression, sind hydraulische Betätigungsvorrichtungen bekannt, die mit einem derartig hohen Druck von beispielsweise 350 bar arbeiten, daß sie die einige Kilogramm wiegenden bewegten Schaltstücke in möglichst kurzer Bewegungszeit von einer Endlage in die andere überführen.

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den durch die Bewegungszeit der Unterbrechereinheit bis zur galvanischen Trennung bedingten Schaltzeitanteil zu verringern, ohne das Gewicht der Schaltstücke und der bewegten Massen zu reduzieren und ohne den Druck der Hydraulikflüssigkeit zu erhöhen.

[0008] Nach der Erfindung wird dies dadurch gelöst, daß der Differentialkolben als zweiteiliges Stufenkolbensystem ausgebildet ist, dessen erster Teil ein im Zylinder begrenzt beweglicher Freilaufkolben ist, der den zweiten Kolbenteil auf seiner kleinflächigen Seite belastet und eine dessen wirksame Kolbenfläche vergrößernde Stirnfläche aufweist..

[0009] Durch Anwendung der Erfindung ergibt sich im Bewegungsablauf zunächst eine der vergrößerten wirksamen Kolbenfläche entsprechende Beschleunigung des Differentialkolbens, bevorzugt während der gesamten Phase der Vorkompression des Blaskolbensystems. Der so beschleunigte Kolben wird nach der Begrenzung der Freilaufkolbenbewegung mit geringerer wirksamer Kolbenfläche weiter bewegt, so daß sich eine günstige Energiebilanz im gesamten Bewegungsablauf ergibt..Insbesondere ergeben sich kleinere Bremskräfte beim Abbremsen des beschleunigten Kolbensystems in der Ausschaltstellung. Auf diese Weise kann die Gesamtzeit zwischen Kommandobeginn und galvanischer Trennung des Kontaktsystems kleiner als 15 msec gemacht werden, wobei die Magnet- und Ventilzeit gleichbleibt.

[0010] Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Freilaufkolben als ein die Kolbenstange des zweiten Kolbenteils mit Abstand umschließender Ringkolben ausgebildet. Dabei kann sich der Freilaufkolben mittels zweier Dichtungen an der Innenwand des Zylinders abstützen.

[0011] Sofern der Raum zwischen den Dichtungen des Freilaufkolbens belüftet ist, bleibt während des Ausschaltvorganges der Druck des ausgestoßenen Öles gering, während im Verlauf des Einschaltvorganges die Einschaltkraft nach dem Aufschlagen des zweiten Kolbenteils am Freilaufkolben verringert wird im Sinne einer erwünschten Dämpfungswirkung.

[0012] Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der hydraulischen Betätigungsvorrichtung nach der Erfindung umschließt der Freilaufkolben den zweiten Kolbenteil über eine Dichtung druckdicht. Damit ergibt sich eine raumsparende Teleskopanordnung.

[0013] Anhand der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele einer hydraulischen Betätigungsvorrichtung nach der Erfindung beschrieben und die Wirkungsweise erläutert.

[0014] In Fig. 1 ist in einem Schnitt schematisch eine hydraulische Betätigungsvorrichtung für einen Hochspannungs-Leistungsschalter dargestellt, der sich in der Ausschaltstellung befindet.

[0015] Die Figur 2 zeigt einen ebenfalls in der Ausschaltstellung schematisch geschnitten dargestellten hydraulischen Antrieb.

[0016] Die Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform in gleicher Stellung.

[0017] Die in Fig. 1 schematisch dargestellte hydraulische Betätigungsvorrichtung ist für einen nicht weiter darge-. stellten Hochspannungs-Leistungsschalter 1 bestimmt, der z. B. als Blaskolbenschalter mit Schwefelhexafluorid als Löschmittel ausgebildet sein kann. Der Schalter 1 wird von einer hydraulischen Betätigungsvorrichtung 2 betätigt, die einen aus einem Differentialkolben 3 und einem Zylinder 4 bestehenden Antrieb aufweist. Dieser Antrieb ist über eine Ventilvorrichtung 6 wahlweise mit Druck beaufschlagbar. Die Druckflüssigkeit wird einem Speicher 7 entnommen, in dem mittels einer nicht weiter dargestellten Pumpe ein vorgegebener Druck, wie beispielsweise 350 bar, aufrechterhalten wird. Der Differentialkolben 3 ist über eine Kolbenstange 8 mit dem beweglichen Schaltstück des Schalters 1 gekoppelt. Ersichtlich ist der Differentialkolben 3 als zweiteiliges Stufenkolbensystem ausgebildet, dessen erster Teil 3a ein im Zylinder 4 begrenzt beweglicher Freilaufkolben ist. Dieser Freilaufkolben 3a belastet zu Beginn der Ausschalthandlung den zweiten Kolben 3b auf seiner kleinflächigen Seite 9. Der Freilaufkolben 3a weist eine Stirnfläche 10 auf, die dabei die wirksame Kolbenfläche des zweiten Kolbenteils 3b vergrößert.

[0018] Der in der Ausschaltstellung dargestellte Antrieb wird durch eine Umsteuerung des Ventils 6 in Pfeilrichtung 11 in die Einschaltstellung überführt. Dadurch gelangt der mit dem Speicher 7 mit Druckmittel versorgte Raum 12 in Verbindung mit der großflächigen Seite 13 des zweiten Kolbenteils 3b, wodurch sich der Kolben und die Kolbenstange 8 in Pfeilrichtung 13 bewegen. Im Verlauf der Einschaltbewegung schlägt die kleinflächige Seita 9 am Freilaufkolben 3a an, der dadurch in Pfeilrichtung 13 mitgenommen wird, wobei sich eine Bremswirkung ergibt. Diese Wirkung ist durch eine Verringerung der wirksamen Antriebsfläche (Flächendifferenz der Kolben) bedingt. Ferner wirkt der Freilaufkolben als Steuerschieber.

[0019] Zum Ausschalten steuert das Ventil 6 entgegen der Pfeilrichtung 11 in die dargestellte Lage um, so daß die großflächige Seite 13 des Kolbenteils 3b drucklos wird und der auf der Stirnseite 10 und der kleinflächigen Seite 9 anstehende Druck wirksam werden kann. Entsprechend dieser großen wirksamen Kolbenfläche wird die Kolbenstange 8 entgegen der Pfeilrichtung 13 bewegt, bis der Freilaufkolben 3a die aus der Figur 1 ersichtliche Position einnimmt. Die dadurch verringerte wirksame Kolbenfläche 9 ergibt eine geringere Kraft zur Fortsetzung der Bewegung des beweglichen Systems mit geringerer Masse. Der Freilaufkolben 3a wirkt in den Figuren 1 und 2 mit zwei Dichtungen 14a zusammen, die zwischen sich einen belüfteten Raum begrenzen.

[0020] In Fig. 3 ist der Freilaufkolben 3a nur mit einer Dichtung 14a und einem Führungsdng 14b ausgestattet.

[0021] Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kolbenteil 3b mit einer Dichtung 14 versehen, die sich gegen die Innenwand des Zylinders 4 abstützt.

[0022] Bei den in den Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, sind die Kolben 3b mit Dichtungen 14 versehen, die in der inneren Öffnung des ringkolbenartigen Freilaufkolbens 3a druckdicht verschiebbar laufen. Gegenüber den in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen, die einen ringförmigen Freilaufkolben mit einer Anschlagschulter 15 zeigen, unterscheidet sich das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 dadurch, daß ein hohlzylindrisch ausgebildeter, ringförmiger Freilaufkolben ohne besondere Anschlagschulter im Zylinder 4 angeordnet ist. Er schlägt mit seiner Stirnseitenfläche an einen Anschlag an.

[0023] Bei allen Ausführungsformen ist es möglich, die Bewegungszeit der Unterbrechereinheit bis zur galvanischen Trennung ohne Vergrößerung des hydraulischen Antriebs und ohne Erhöhung des Hydraulikdruckes zu verkürzen, wobei die Magnetzeit, die Ventilzeit und die Schaltstangen- und Getriebezeit beibehalten werden können.

Ansprüche

1. Hydraulische Betätigungsvorrichtung für einen elektrischen Schalter, insbesondere Hochspannungs-Leistungsschalter, mit einem aus einem Differentialkolben und einem Zylinder bestehenden Antrieb, wobei der Differentialkolben mit dem Druck der Druckflüssigkeit auf seiner kleinflächigen Seite dauernd belastet und auf seiner großflächigen Seite über eine Ventileinrichtung wahlweise beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet , daß der Differentialkolben (3) als zweiteiliges Stufenkolbensystem ausgebildet ist, dessen erster Teil (3a) ein im Zylinder begrenzt beweglicher Freilaufkolben ist, der den zweiten Kolbenteil (3b) auf seiner kleinflächigen Seite (9) belastet und eine dessen wirksame Kolbenfläche vergrößernde Stirnfläche (10) aufweist. -

2. Hydraulische Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Freilaufkolben (3a) als ein die Kolbenstange (8) des zweiten Kolbenteils (3b) mit Abstand umschließender Ringkolben ausgebildet ist.

3. Hydraulische Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Freilaufkolben (3a) sich mittels zweier Dichtungen (14a, 14b) an der Innenwand des Zylinders (4) abstützt.

4. Hydraulische Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen den Dichtungen des Freilaufkolbens (3a) belüftet ist.

5. Hydraulische Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet. , daß der Freilaufkolben (3a) den zwei- ten Kolbenteil (3b) über eine Dichtung (14) druckdicht umschließt.

Zeichnung