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