DE3710082A1 - Hydraulischer antrieb fuer ein hochspannungsschaltgeraet - Google Patents
Hydraulischer antrieb fuer ein hochspannungsschaltgeraetInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Antrieb nach
dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Hochspannungsleistungsschalter werden u.a. mit hydrauli
schen Antrieben betätigt, die eine Kolben-Zylinderanord
nung aufweisen, von denen der Kolben mit dem beweglichen
Schaltstück des Leistungsschaltgerätes verbunden bzw.
gekoppelt ist. Der hydraulische Antrieb befindet sich
dabei meistens außerhalb der Metallkapselung bzw. außer
halb des Schalterpols, und er ist normalerweise auf Erd
potential angeordnet; die Verbindung zwischen der Kol
benstange und dem beweglichen Schaltkontaktstück des
Leistungsschalters erfolgt mittels isolierender An
triebsstangen und ggf. weiteren mechanischen Übertra
gungselementen. Alle diese Übertragungselemente müssen
derart gestaltet sein, daß ein spielfreies Beschleunigen
und Abbremsen des Schaltstiftes möglich ist. Hierdurch
ist der konstruktive Aufwand für einen solchen Lei
stungsschalter relativ hoch.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen hydraulischen An
trieb der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem
der konstruktive mechanische Aufwand verkleinert ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die
kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.
Erfindungsgemäß also befindet sich die Kolben-Zylinder
anordnung auf Hochspannungspotential, ebenso wie der
Energiespeicher, und lediglich die Steuerimpulse für den
Antrieb und die Verarbeitung der vom Antrieb her kommen
den Signale, die beispielsweise die Schaltstellung an
zeigen, werden auf Erdpotential verarbeitet. Dadurch
wird zum einen der apparative Aufwand des Antriebes ver
ringert, weil verhältnismäßig lange Übertragungsstangen
aus isolierendem Material wegfallen können, und zum an
deren wird die Baugröße des Schaltgerätes erheblich ver
kleinert. Es ist nicht mehr erforderlich, an einen ge
sondert vorzusehenden Anschlußflansch das gesamte An
triebsgehäuse anzuschließen.
Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestal
tung geht aus folgenden Überlegungen hervor:
Bei jeder Schalthandlung ist eine Energie aufzubringen
die zur Beschleunigung aller bewegten Massen sowie zur
Lichtbogenlöschung ausreicht. Demgemäß ist die Gesamt
energie
E SH = 1/2 (M₁ · V₁² + M₂ · V₂² + M₃ · V₃²) + E L
Hierin sind:
E SH = Energie der SchalthandlungM₁= bewegte Masse des Antriebes
M₂= bewegte Masse des Übertragungsgestänges
M₃= bewegte Masse des Schalters (Schaltkontaktstück,
Blaskolben etc.)
E L = Energie der Lichtbogenlösung
V i = Geschwindigkeit der Messe M i ( i = 1, 2, 3)
Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist der hydrau
lische Antrieb auf Hochspannungspotential und der Ab
stand vom Kolben zu dem Schaltkontaktstück ist dadurch
erheblich reduziert. Dadurch kann das Übertragungsge
stänge wegfallen und M 2 zu 0 werden. Die geringe vom
Antrieb zu liefernde Energie erlaubt eine kleinere Bau
weise, so daß M 1 reduziert wird.
Der hydraulische Antrieb kann dadurch weiter verkleinert
und damit verbessert werden. Nach den Merkmalen des An
spruches 2 ist die elektronische Steuereinheit, die der
Ansteuerung von hydraulischen Stellgliedern (Ventilen)
und des Antriebskolbens dient, ebenfalls auf Hochspan
nungspotential angeordnet ist, so daß lange Steuerwege
vorteilhaft entfallen.
Die der Steuereinheit zugeführten Signale bzw. die von
der Steuereinheit herkommenden Signale sind gemäß den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 3 bzw. des An
spruches 4 Lichtsignale, die der Steuereinheit über
Glasfaserkabel oder durch direkten Lichtstrahl zugeführt
bzw. von dieser abgeführt werden, wobei die Betriebs
energie als Lichtenergie übertragen wird und mittels
einer Fotozellenanordnung in elektrische Energie umge
wandelt wird und entweder direkt zum Betrieb der Steuer
einheit oder zur Aufladung eines elektrischen Speichers
(Akkumulators) dient, dessen Energieinhalt dann wiederum
zur elektrischen Versorgung der Steuereinheit benutzt
wird.
Zur Ansteuerung der Steuereinheit kann eine zentrale
Steuereinrichtung vorgesehen werden, die gemäß dem kenn
zeichnenden Merkmal des Anspruches 1 auf Erdpotential
liegt und mit der Steuereinheit über Lichtsignale gekop
pelt ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 6 zu entnehmen.
Dadurch, daß der Antrieb dem Leistungsschalterkontakt
direkt räumlich zugeordnet ist, ist er aufgeteilt in je
einen Antrieb für jede Phase. Dadurch kann die Betäti
gung der "Teilantriebe" für jede Phase auf die Phasenla
ge des Stromes im zugehörigen Leiter angepaßt werden.
Die bei einem entsprechend der Phasenlage synchronen
Schalten benötigte Energie ist bedeutend geringer als
die, die bereitzustellen ist, wenn der Schalter unabhän
gig von der Phasenlage schalten muß. Damit kann der Kom
pressions- bzw. Gaskolben kleiner gestaltet werden und
demgemäß wird auch die zu beschleunigende Masse M 3 des
Schalters in oben genannter Formel reduziert.
Im Endeffekt wird der Schalterantrieb deshalb kleiner,
weil er dem Schaltkontaktstift räumlich zugeordnet ist
und mit diesem auf gleichem Potential liegt und umge
kehrt kann er dorthin gelegt werden, weil er kleiner
geworden ist.
Weiter vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen
der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen zu ent
nehmen.
Anhand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt sind, sollen die Erfindung
sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesse
rungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben
werden.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Schnittansicht durch einen erfindungsge
mäßen Schalterantrieb, in einphasiger Ausfüh
rung,
Fig. 2 eine Schnittansicht durch eine weitere Ausge
staltung des Schalterantriebes,
Fig. 3 eine Schnittansicht durch einen Freiluftschal
ter und
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines Frei
luftschalters.
Alle vier Zeichnungen sind sehr schematisch dargestellt;
einzelne Details und Konstruktionseigenheiten des Schal
ters sind nicht dargestellt. Es ist außerdem noch fest
zuhalten, daß die Anordnung in den Fig. 1 bis 4 ein
phasig dargestellt ist. Es besteht aber problemlos die
Möglichkeit, die Erfindung auch bei dreiphasig gekapsel
ten Schaltgeräten zu benutzen. In jedem Falle würden die
in der Fig. 1 und 2 dargestellten Anordnungen jeweils
zu dritt in einer Kapselung untergebracht sein.
Es sei jetzt Bezug genommen auf die Fig. 1.
In einer Metallkapselung 10 befindet sich ein auf Hoch
spannungspotential befindlicher Hohlleiter 11, der inner
halb der Metallkapselung 10 mittels eines scheibenförmi
gen Stützisolators 12 gehalten ist. Dieser Stützisolator
12 kann natürlich auch ein Schottungsisolator sein.
Der Hohlleiter 11 besitzt an einem Ende einen Bereich 13
erweiterten Durchmessers, in dem eine Antriebseinheit 14
untergebracht ist. Mit dieser Antriebseinheit 14 wird
ein bewegliches Schaltkontaktstück 15 angetrieben, das
mit einem festen Schaltkontaktstück 16 zusammenwirkt und
damit einen Hochspannungs-Leistungsschalter bildet. Die
Antriebseinheit 14 besitzt eine Kolben-Zylinderanordnung
17, deren Kolben 18 mit dem beweglichen Schaltkontakt
stück 15 gekoppelt ist. Im Inneren der Antriebseinheit
14 befinden sich weiterhin Speicherräume 19 für Druck
fluid, mit denen die Kolben-Zylinderanordnung 17 betä
tigt bzw. angetrieben wird, um das bewegliche Schaltkon
taktstück in die Einschalt- bzw. Ausschaltstellung zu
verbringen. Zu diesem Zweck sind in der Anordnung nach
Fig. 1, 2 Speicherräume für die Einschaltung bzw. Aus
schaltung vorgesehen. Die Ansteuerung sowohl der Kol
ben-Zylinderanordnung als auch der Speicherräume 19 er
folgt mittels elektrisch betätigten Ventilen 20.
Im Inneren des Hohlleiters 11 und angenähert im Bereich
13 mit erweitertem Durchmesser findet sich eine Steuer
einheit 21, deren Ausgangssignale über eine Leitung 22
der Antriebseinheit 14 zugeführt werden, um die Ventile
20 anzusteuern. Im Innern des Hohlleiters 11 befindet
sich ferner ein elektrischer Speicher 23, der als Batte
rie ausgebildet ist und über eine Leitung 24 die Steuer
einheit 21 mit elektrischer Energie versorgt.
Die Antriebseinheit 14 ist ein einheitlicher Block, in
dem alle zur Betätigung des beweglichen Kontaktstückes
15 erforderlichen Bauelemente zusammengefaßt sind.
Die Aufladung des elektrischen Speichers 23 wird bewirkt
von einer Speiseeinheit 25, die eine optische Sendeein
heit 26 über eine Leitung 27 versorgt, in welcher opti
schen Sendeeinheit 26 Licht erzeugt wird, welches über
den Strahlengang 28 einer Fotozelle 29 zugeführt, in der
die Lichtenergie in elektrische Energie umgewandelt und
über eine Leitung 30 dem elektrischen Speicher 23 zuge
führt wird.
Auf Erdpotential befindet sich ein zentrales Steuermodul
31, von dem über eine Glasfaserleitung 32 Steuersignale
der Steuereinheit 21 zugeführt werden und das über die
Leitungen 36, 37 ebenfalls mit der Kompressoreinheit 33
und der Speiseeinheit 25 verbunden ist. Auf Erdpotential
befindet sich also ferner eine Kompressoreinheit 33, die
über eine druckfeste Hydraulikleitung 34 unter Druck
stehendes Fluid der Antriebseinheit 14 und dort den
Speicherräumen 19 zugeführt wird. Parallel dazu verläuft
eine Rücklaufleitung 35, mit der verbrauchtes Fluid aus
den Speicherräumen 19 bzw. der Kolben-Zylinderanordnung
17 zur Kompressoreinheit wieder zurückgeführt wird.
Wie aus der Fig. 1 also ersichtlich ist, sind alle we
sentlichen Teile des Schalters bzw. auch des Antriebes
auf Hochspannungspotential angeordnet, wodurch doch eine
erhebliche Vereinfachung der Konstruktion und eine erhe
bliche Reduzierung der Abmessungen erzielt wird. Die
erforderliche Energie zur Betätigung des Schalters bzw.
des beweglichen Schaltkontaktstiftes wird auf einen Min
destwert reduziert.
Die Versorgungsleitung 34 als auch die Rückflußleitung
35 und die Steuerleitung 32 sind durch den Stützisolator
12 hindurch von Erdpotential auf Hochspannungspotential
geführt.
Die Fig. 2 zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltung des
Schalters nach Fig. 1. Um den Hohlleiter 11 herum ist
ein Stromsensor 38 angeordnet, der über eine Verbin
dungsleitung 39 mit der Steuereinheit 21 in Verbindung
steht. Durch diese Anordnung der Anbringung des Strom
sensors 38 am Leiter 11 läßt sich erreichen, daß die
durch die Steuereinheit 21 ausgelöste Betätigung des
Antriebskolbens 18 zeitlich synchronisiert mit dem
Stromverlauf erfolgen kann, so daß das Schaltgerät nach
der Fig. 2 ein Synchronschalter ist. Als Stromsensor 38
kann beispielsweise eine Rogowski-Spule benutzt werden,
wie sie in der Parallel-Anmeldung (E-Nr. 4 697) beschrie
ben ist.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung bzw. Anbringung des
Antriebes an den Hochspannungsleiter ist in den Fig.
1 und 2 anhand eines SF6-gasisolierten, metallgekapsel
ten Schalters beschrieben worden. Die erfinderische Idee
kann auch, wie aus Fig. 3 und Fig. 4 ersichtlich, bei
einem Freiluftschaltgerät eingesetzt werden. Dieses
Freiluftschaltgerät besitzt ein Basisteil 40, auf dem
ein Stützisolator 41 befestigt und aufgebaut ist, der
die Schalteinheit 42 trägt bzw. gegenüber Erdpotential
isoliert. Die Schalteinheit besteht aus einem ersten Ge
häuse 43, an das sich ein Isolierzwischenstück 44 an
schließt, welches rohrförmig ausgebildet ist und quer zu
der Längsachse des Stützisolators verläuft, wobei an der
freien Stirnfläche des Isolierzwischenstücks ein Ab
schlußdeckel aus elektrisch leitfähigem Material 45 be
festigt ist. Im Inneren des Schalterteiles 42 und zwar
im Bereich des Isolierzwischenstückes 44 sind ein in den
Abschlußdeckel 45 integriertes Festkontaktstück 46 und
ein bewegliches Kontaktstück 47 vorgesehen, welch letz
teres mit einer hydraulischen Antriebseinheit 48 verbun
den ist, die eine Kolben-Zylinderanordnung 49 aufweist,
an deren Kolben 50 das bewegliche Schaltstück 47 ange
koppelt ist.
Im Inneren des Gehäuses 43 befindet sich eine der Steu
ereinheit 21 entsprechende Steuereinheit 51, die von
einer Batterieeinheit 52 gespeist bzw. versorgt wird,
welche letztere der Batterieeinheit 23 entspricht. Auf
Erdpotential befindet sich eine Kompressoreinheit 53, die
über eine Versorgungsleitung 54 und einer Rückflußlei
tung 55 mit der Antriebseinheit 48 verbunden ist. Ein
zentrales Steuermodul 56 steuert die Steuereinheit 51 an
und mittels einer Energieversorgungseinrichtung 57 wird
über eine Glasfaserleitung 58 die Batterie 52 mit Ener
gie versorgt; die Einheit 57 gibt Licht ab, welches von
einer Fotozelle in der Batterieeinheit 52 in elektri
schen Strom umgewandelt wird. Auch die Leitung 59, über
die die zentrale Steuereinrichtung 56 die Steuereinheit
51 ansteuert, ist als Glasfaserleitung ausgebildet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß Fig. 4 sind
die Fluidleitungen 54, 55 sowie die zur Übertragung der
Steuerenergie und der Steuerinformation vorgesehenen
Glasfaserleitungen 58, 59 innerhalb eines parallel zu
dem Stützisolator 41 verlaufenden Versorgungsstranges 60
geführt. Dadurch läßt sich der Montageaufwand insbeson
dere dann vorteilhaft reduzieren, wenn bei höheren Span
nungsebenen der Stützisolator 41 unterteilt ist und wenn
ggf. der Stützisolator erst auf der Baustelle an die
Schalteinheit 42 montiert wird.
Claims (11)
1. Hydraulischer Antrieb zur Betätigung des beweg
lichen Kontaktstückes (15, 47) eines Hochspannungs
schaltgerätes, mit einer Kolben-Zylinderanordnung (17,
49), deren Kolben (18, 50) mit dem beweglichen Schalt
stück (15, 47) gekoppelt ist, mit einer Fluid-Speicher
anordnung (19), aus der unter Druck stehendes Fluid dem
Kolben (18, 50) zu dessen Antrieb zuführbar ist, und mit
einer Kompressoreinheit (33, 53) zur Aufladung der
Fluid-Speicheranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die
Antriebskolben-Zylinderanordnung (17, 49) und die
Fluid-Speicheranordnung (19) räumlich nahe bei dem be
weglichen Kontaktstück (15, 47) auf demselben elektri
schen Potential wie dieses befindlich angeordnet sind.
daß die Kompressoreinheit (33, 53) auf Erdpotential
liegt und daß die Leitungen, die die Kompressoreinheit
(33, 53) mit der Kolben-Zylinderanordnung (17, 49) bzw.
der Fluid-Speicheranordnung (19) verbinden, als elek
trisch isolierende, druckfeste Leitungen ausgebildet
sind.
2. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 1, mit einer
Steuereinheit (21, 51) zur Ansteuerung von hydraulischen
Stellgliedern (20) der Fluid-Speichereinheit und des
Antriebskolbens, dadurch gekennzeichnet, daß die elek
tronische Steuereinheit (21, 51), die zusätzlich der
Verarbeitung und Weiterleitung von Steuersignalen dient,
ebenfalls räumlich nahe bei dem beweglichen Kontaktstück
(15, 47) und auf demselben Hochspannungspotential ange
ordnet ist.
3. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Versorgung der Steuereinheit
(21, 51) und insbesondere auch zur Ansteuerung der hy
draulischen Ventile (20) ein elektrischer Speicher (23,
52) (Batterie) vorgesehen ist, der in räumlicher Nähe
zur elektronischen Steuereinheit (21, 51) ebenfalls auf
Hochspannungspotential befindlich angeordnet ist.
4. Hydraulischer Antrieb nach einem der vorigen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Versor
gung der elektronischen Steuereinheit (21, 51), insbe
sondere auch die zur Ansteuerung der hydraulischen Ven
tile (20) und ggf. die zur Aufladung des elektrischen
Speichers (23, 52) benötigte Energie als Lichtenergie
entweder direkt (Strahlengang 28) oder mittels eines
elektrisch isolierenden Glasfaserkabels (58) von einer
auf Erdpotential befindlichen Steuerenergie-Speiseeinheit
(25, 57) auf Hochspannungspotential übertragen wird, und
daß auf Hochspannungspotential Mittel (29) zur Umwandlung
der Lichtenergie in elektrische Energie vorgesehen sind.
5. Hydraulischer Antrieb nach einem der vorigen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf Erdpo
tenial befindliche zentrale Steuereinrichtung (31, 56)
vorgesehen ist, und daß sowohl die von der zentralen
Steuereinrichtung (31, 56) erzeugten Signale für die auf
Hochspannungspotential befindliche elektronische Steuer
einheit (21, 51) als auch die von der elektronischen
Steuereinheit erzeugten, der auf Erdpotential befindli
chen zentralen Steuereinrichtung (31, 56) zugeführten
Signale Lichtsignale sind, die mittels elektrisch iso
lierender Glasfaserkabel oder direkt über die elektrisch
isolierende Gasstrecke übertragbar sind.
6. Hydraulischer Antrieb nach einem der vorigen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromsensor
(38) vorgesehen ist, daß die Steuereinheit mit dem
Stromsensor (38) elektrisch leitend verbunden ist und
daß die von der Steuereinheit ausgelöste Betätigung des
beweglichen Schaltstückes (15) zeitlich synchronisiert
mit dem Stromverlauf erfolgt.
7. Hydraulischer Antrieb nach einem der vorigen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben-Zylin
deranordnung (17), die Fluid-Speicheranordnung (19), die
elektronische Steuereinheit (21) sowie ggf. der elektri
sche Speicher (23) im Inneren des auf Hochspannungspo
tential befindlichen Leiters (11) untergebracht sind.
8. Hydraulischer Antrieb nach einem der vorigen
Ansprüche, mit einem Stützisolator (12) zwischen dem
Hochspannungsleiter (11) und der Metallkapselung (10),
dadurch gekennzeichnet, daß die als Glasfaser ausgebil
deten Signalleitungen im Inneren des Stützisolators (12)
durch diesen hindurch von Hochspannungspotential zum
Erdpotential geführt sind.
9. Hydraulischer Antrieb nach einem der vorigen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische
Druckleitung von der Kompressoreinheit zu der Kolben-Zy
linderanordnung bzw. zu den Speicherräumen (19) und die
Rückführungsleitungen als druckfeste Leitungen ausgebil
det durch den Stützisolator (12) hindurch geführt sind.
10. Hydraulischer Antrieb nach einem der vorigen
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der
Speicherräume (19) der Anzahl der erforderlichen Schalt
handlungen entspricht.
11. Hydraulischer Antrieb für ein Freiluftschaltge
rät nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß parallel zu dem Stützisolator (41) ein
isolierender Versorgungsstrang (60) geführt ist, inner
halb dessen die Fluidleitungen (54, 55) und die Leitun
gen für die Steuerinformation und die Steuerenergie (59,
58) verlegt sind.
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