DE4336074C2 - Hydraulikeinrichtung für einen Hydraulikantrieb für einen Hochspannungsleistungsschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hydraulikeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Das bewegliche Kontaktstück eines Hochspannungsleistungs­ schalters, insbesondere eines SF₆-gasisolierten Lei­ stungsschalters, ist mit dem Antriebskolben einer An­ triebskolbenzylinderanordnung verbunden, welcher An­ triebskolben von einer Hydraulikanordnung zur Aus- und Einschaltung des Schalters betätigt wird. Zu diesem Zweck sind die beiden Räume beidseitig des Arbeitskolbens mit auf Hochdruck befindlichem Fluid beaufschlagt, wobei der Druck durch einen Hydraulikspeicher bereitgestellt wird, der als Gas- oder Federspeicher ausgebildet sein kann. Dabei ist die Kolbenfläche im ersten Raum größer als die­ jenige im zweiten Raum, da dort die Kolbenstange am Kol­ ben angeschlossen ist. Beide Räume der Antriebskolbenzy­ linderanordnung sind mit einem Umschaltventil verbunden, das dem unter Hochdruck stehenden Hydraulikfluid den Weg in ein Niederdruckölvolumen freigibt.

Das Umschaltventil wird hydraulisch mittels elektromagne­ tisch zu betätigenden Vorsteuerventilen angesteuert, wo­ bei entsprechend der gewünschten Schaltfolge normaler­ weise Ausschaltvorsteuerventile und Einschaltvorsteuer­ ventile vorgesehen sind. Mit zwei Ausschaltvorsteuerven­ tilen und einem Einschaltvorsteuerventil kann eine Schaltfolge AUS-EIN-AUS erzielt werden.

Eine solche Einrichtung für einen Hydraulikantrieb für einen Hochspannungsleistungsschalter ist z. B. aus der DE-36 16 914 A1 bekannt geworden.

Es ist bekannt, daß Hochspannungsleistungsschalter den abzuschaltenden Strom nur im Stromnulldurchgang löschen können. Im Falle eines abzuschaltenden Kurzschlußstromes ist jedoch der Wechselstromanteil einem abklingenden Gleichstromanteil überlagert und die Schaltfähigkeit des Leistungsschalters wird mit Abklingen des Gleichstroman­ teils größer.

In einigen Fällen, insbesondere für Schaltanlagen in USA, wurde ein verzögerndes elektrisches Relais in den Aus­ schaltkreis geschaltet, so daß eine Erhöhung der Aus­ schaltleistung ermöglicht wurde. Aus Zuverlässigkeits­ gründen sollte die Ausschaltung von Leistungsschaltern jedoch auf direktem Weg erfolgen, ohne zusätzliche mögli­ che Störglieder, wie beispielsweise Ausschaltrelais.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Hydraulikein­ richtung mit einer Ausschaltverzögerung zu schaffen, wo­ bei der Leistungsschalter auf direktem Wege ausgeschaltet wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Anspruches 1.

Erfindungsgemäß also ist dem wenigstens einen Ausschalt­ vorsteuerventil ein Verzögerungsvolumen für das Fluid parallelgeschaltet. Durch das Verzögerungsvolumen wird der Druckabfall in der Leitung zwischen dem Ausschaltvor­ steuerventil und der Hydrauliksteuerseite des Umschalt­ ventils verzögert, wodurch die mechanische Ausschaltzeit des Leistungsschalters verlängert wird.

Die DE-C 39 15 107 beschreibt einen hydraulischen An­ trieb, bei dem parallel zu dem Ausschaltventil eine Kol­ ben-Zylinderanordnung geschaltet ist. Diese dient aber nicht als Verzögerungsglied, sondern wirkt als Verstär­ kungsglied.

Aus der DE-A 28 38 940 ist eine hydraulische Anordnung mit einer Kolben-Zylinderanordnung, die von einem Ventil angesteuert wird, bekannt. Dabei wird in einer Stellung des Ventils dem Kolben Druckfluid zugeführt und in einer anderen Stellung abgeführt. Parallel zu dem Ventil ist eine Dämpfungsvorrichtung vorgesehen, deren Aufgabe darin besteht, eine einwandfreie Stabilisierung des hydrauli­ schen Systems und eine sichere Dämpfung von Druckschwin­ gungen zu bewirken. Eine Verzögerung wird hierdurch nicht erreicht.

Es besteht natürlich die Möglichkeit, daß das Verzöge­ rungsvolumen beiden Ausschaltvorsteuerventilen parallege­ schaltet ist, so daß eine Verzögerung sowohl bei der Aus­ schaltung mit dem ersten Ausschaltvorsteuerventil als auch bei der Ausschaltung mit dem zweiten Ausschaltvor­ steuerventil erfolgt.

Wenn das Verzögerungsvolumen gleichzeitig auch dem Ein­ schaltvorsteuerventil parallelgeschaltet ist, dann wird beim Einschaltvorgang das Verzögerungsvolumen wieder mit Hydraulikfluid gefüllt.

Selbstverständlich kann das Verzögerungsvolumen einstell­ bar sein, damit die Verzögerungszeit verstellbar ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß das Verzögerungsvolumen sich in einer Kolben-Zy­ linderanordnung befindet.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen zu ent­ nehmen.

Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Es zeigt die einzige Figur eine erfindungsgemäße Hy­ draulikeinrichtung zur Betätigung eines elektrischen Schalters in schematischer Darstellung.

Ein elektrischer Hochspannungsleistungsschalter 10, der ein gekapselter, SF₆-gasisolierter Hochspannungsleis­ tungsschalter sein kann, besitzt ein bewegliches Kon­ taktstück 11, das mit einer Kolbenstange 12 gekuppelt ist, deren Kolben 13 in einer Kolben-Zylinderanordnung 14 hin- und herbeweglich geführt ist.

Der Kolben 13 teilt den Raum innerhalb der Kolben-Zylin­ deranordnung 14 in einen zweiten Raum 15 und in einen er­ sten Raum 16, wobei der zweite Raum 15 sich dort befin­ det, wo die Kolbenstange 12 am Kolben 13 anschließt, so daß die Kolbenfläche dort die kleinere Kolbenfläche ist.

In den zweiten Raum 15 mündet eine Fluidleitung 17 ein, an der über eine Zuleitung 19 ein Fluidspeicher 18 ange­ schlossen ist, der ein mit einer Feder 20 versehener Fe­ derspeicher ist. Die Feder 20 befindet sich auf der dem Fluidraum 21 abgewandten Seite eines Speicherkolbens 22 und an einen die Feder 20 aufnehmenden Federraum 23 schließt eine Leitung 24 an, die in eine Niederdrucklei­ tung 25 einmündet, die zu einem Niederdruckbehälter oder Fluidsammelbehälter 26 führt. In dem Raum 23 befindet sich ein Überdruckventil 27, das dann, wenn der Kolben 22 im Falle eines Überdruckes auf ein Ventilsteuerelement 28 auftrifft, einer Leitung 29 den Weg freigibt, wobei die Leitung 29 über das Überdruckventil 27 mit der Nieder­ druckleitung 25 verbunden ist, so daß beim Ansprechen der Überdruck auf zulässige Werte abgebaut wird. Die Leitung 29 mündet in den Raum 21 ein. Parallel zu dem Federspei­ cher 18 ist zwischen der Leitung 17 und der Leitung 25 eine Druckablaßschraube 30 angeordnet.

Zwischen der Fluidleitung 17 und der Niederdruckleitung 25 befindet sich eine Pumpe 31, die von einem Motor 32 angetrieben ist; zwischen der Pumpe 31 und der Fluidlei­ tung 17 befindet sich ein Rückschlagventil 33, welches dem Fluid einen Durchtritt lediglich von der Pumpe 31 in die Fluidleitung 17 gestattet, um den Fluidspeicher 18 zu befüllen. In Strömungsrichtung gesehen vor der Pumpe 31 befindet sich eine Filteranordnung 34. Die Pumpe 31 saugt dabei Fluid aus dem Niederdruckbehälter oder Fluidsammel­ behälter 26 an.

In den ersten Raum 16 mündet eine weitere Fluidleitung 35 ein, die mit einem ersten Anschluß 36 eines Umschaltven­ tils 37 verbunden ist. Ein zweiter Anschluß 38 des Um­ schaltventils 37 ist über eine dritte Fluidleitung 39 mit der Fluidleitung 17 verbunden, wobei sich innerhalb der dritten Fluidleitung 39 eine verstellbare Drossel 40 be­ findet. An einem dritten Anschluß 41 des Umschaltventils schließt eine Niederdruckfluidleitung 42 an, in der eine Drossel 43 eingeschaltet ist und die hin zum Fluidsammel­ behälter 26 führt.

An die Niederdruckfluidleitung 42 sind ein erstes und ein zweites Ausschaltvorsteuerventil 44, 45 angeschlos­ sen, deren Eingänge 46 und 47 parallelgeschaltet und de­ ren Ausgänge mit einer vierten Fluidleitung 48 verbunden sind, die einerseits an der hydraulischen Steuerseite 49 des Umschaltventils 37 und andererseits mit einem Verzö­ gerungsvolumen 50 verbunden sind. An der Leitung 48 ist weiterhin ein Einschaltvorsteuerventil 51 angeschlossen, dessen andere Seite an der Fluidleitung 17 angeschlossen ist, die hin zu dem Raum 21 des Speichers 18 führt. Zwi­ schen dem Rückschlagventil 33 und dem anderen Eingang des Einschaltvorsteuerventils 51 schließt eine fünfte Fluid­ leitung 52 an, die mit dem Verzögerungsvolumen 50 verbun­ den ist; der Eingang 47 des Ventils 45, ebenso wie der Eingang 46 des Ventils 44 ist ebenfalls mit dem Verzöge­ rungsvolumen 50 über eine sechste Fluidleitung 53 verbun­ den.

Das Verzögerungsvolumen 50 ist in einer Kolben-Zylinder­ anordnung mit einem Zylinderraum 54, einem darin geführ­ ten Kolben 55, an dem eine Kolbenstange 56 angeordnet ist, die in einen Anschlußraum 57 eingreift. Der Kolben ist innerhalb des Zylinderraumes 54 unter Zwischenfügung einer umlaufenden Dichtung 58 und die Kolbenstange inner­ halb des Anschlußraumes 57 unter Zwischenfügung einer Dichtung 59 beweglich geführt.

Die Leitung 52 mündet in den Anschlußraum 57 ein; die Leitung 53 in den einen Ausgleichsraum 62 zwischen der Dichtung 58 und der Dichtung 59 und die Leitung 48 mündet in den Zylinderraum 54 ein.

Mittels einer Schraube 60, die als Anschlag dient, kann der freie Weg t des Kolbens 53 innerhalb des Zylinderrau­ mes 54 sich hin- und herbewegen. Damit kann der Volumen­ inhalt des Verzögerungsvolumens 50 eingestellt bzw. ver­ stellt werden, wodurch auch die Verzögerungszeit des Druckabfalls verstellt werden kann.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist nun wie folgt:
Im Einschaltzustand, der in der Figur dargestellt ist, befindet sich der Kolben 13 der Antriebskolbenzylinderan­ ordnung 14 in seiner in der Figur oberen Stellung, wo er falls das System drucklos ist, durch eine Verriegelung 61, deren Verriegelungsstange 62 in eine Nut 63 an der Kolbenstange 12 eingreifen kann, festgehalten wird. Wenn eine Ausschalthandlung vorgenommen werden soll, dann wird der Elektromagnet 44a oder 45a des Ventils 44 oder 45 er­ regt, so daß die Leitung 48 mit dem Niederdruckbehälter 26 verbunden wird. Der hierdurch erzeugte Druckabfall wird durch die innerhalb des Zylinderraumes 54 befindli­ che Fluidmenge verlangsamt, so daß die Umschaltung des Umschaltventils 37 entsprechend dieser verlangsamten Druckänderung verzögert wird. Sobald das Umschaltventil 37 umgeschaltet ist, wird der Raum 16 der Arbeitskolben­ zylinderanordnung über die Leitung 35 und die Leitung 42 ebenfalls zu dem Niederdruckbehälter freigegeben. Die Drossel 43 dient dazu, den Abfluß des Fluids zu verzögern bzw. zu steuern. Durch die kurzzeitige Ansteuerung des Elektromagnetsystems 51a des Einschaltvorsteuerventils wird Druckfluid aus dem Speicher 18 über die Fluidleitung 17 auf die hydraulische Steuerseite 49 des Umschaltven­ tils 37 gegeben, wobei auch der Kolben 55 in die in der Figur dargestellte Stellung verfahren wird. Das Umschalt­ ventil 37 wird in die in der Figur gezeichnete Stellung umgeschaltet, so daß von dem Energiespeicher 18 Druck­ fluid in den Raum 16 gelangt; aufgrund der durch die un­ terschiedliche Kolbenfläche bewirkten resultierenden Druckkraft wird der Schalter 10 in Einschaltstellung ver­ bracht. Zur nochmaligen Ausschaltung wird das Elektroma­ gnetsystem 44a oder 45a des zweiten Ausschaltvorsteuer­ ventils 44 oder 45 kurzzeitig betätigt, wodurch die hydraulische Steuerseite des Umschaltventils 37 angesteu­ ert wird. In gleicher Weise wird wieder der Druckabfall durch das Verzögerungsvolumen 50 verlangsamt, so daß die Umschaltung des Umschaltventils 37 verzögert erfolgt. Da­ durch wird dem Raum 16 innerhalb der Antriebskolbenzylin­ deranordnung ein Weg freigegeben zu dem Niederdruckbehäl­ ter 26, so daß der Kolben 13 zusammen mit dem beweglichen Kontaktstück 11 in Ausschaltstellung gelangt.

Wenn nun die innerhalb des Energiespeichers 18 befindli­ che Fluidmenge und damit der darin herrschende Druck un­ ter einen bestimmten Wert abgefallen sind, dann wird der Motor 32 angesteuert, der die Pumpe an treibt, so daß durch das Rückschlagventil, die Leitung 17 und 19 durch den Filter 34 gefiltertes Fluid aus dem Niederdruckbehäl­ ter in den Speicher 18 gefördert wird.

An dem Fluidsammelbehälter 26 befindet sich ein Ablaßhahn 61.

Claims (7)

1. Hydraulikeinrichtung für einen Hydraulikantrieb für einen Hochspannungsleistungsschalter, mit einem An­ triebskolben für das bewegliche Kontaktstück, dessen beide Kolbenseiten im Einschaltzustand mit einem Hoch­ druckspeicher in Verbindung stehen und von Hochdruckfluid beidseitig beaufschlagt sind, mit einem Umschaltventil, welches zwecks Ausschaltung dem Fluid im Raum mit der größeren Kolbenfläche einen Weg freigibt zum Niederdruck­ raum und wenigstens einem Einschalt- und Ausschaltvor­ steuerventil zur Ansteuerung des Umschaltventils, dadurch gekennzeichnet, daß ein einstellbares Verzögerungsvolumen (50) für das Fluid wenigstens dem wenigstens einen Aus­ schaltvorsteuerventil (44, 45) parallelgeschaltet ist.

2. Hydraulikeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Verzögerungsvolumen (50) sowohl dem wenigstens einen Ausschaltvorsteuerventil (44, 45) als auch dem Einschaltvorsteuerventil (51) parallelgeschaltet ist.

3. Hydraulikeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß sich das Verzögerungsvolumen (50) in einer Kolben-Zylinderanordnung befindet.

4. Hydraulikeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Eingänge der Ausschaltvorsteuerven­ tile und der Ausgang des Einschaltvorsteuerventils mit dem Zylinderraum (54) des Verzögerungsvolumens (50) ver­ bunden sind, der von der größeren Kolbenfläche begrenzt wird.

5. Hydraulikeinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des Einschaltvorsteuerventils (51) mit dem Raum mit der klei­ neren Kolbenfläche in dem Verzögerungsvolumen (50) ver­ bunden ist.

6. Hydraulikeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Zylinder­ raum (54) mit der größeren Kolbenfläche und dem Anschluß­ raum (57) mit der kleineren Kolbenfläche ein Ausgleichs­ raum (62) abgedichtet vorgesehen ist, der mit dem Nieder­ druckbehälter (26) verbunden ist.

7. Hydraulikeinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zylinderraum (54) eine Anschlagfläche (60) für den Kolben (55) zuge­ ordnet ist, die verstellbar ist, so daß der von dem Kol­ ben (53) zurückzulegende Weg (t) verstellbar ist.