CH668663A5 - Hydraulikeinrichtung zur ansteuerung einer kolben-zylinder-anordnung eines leistungsschalter-antriebes. - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft eine Hydraulikeinrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Hydraulikeinrichtungen dienen zum Betätigen der elektrischen Leistungsschalter, insbesondere der Leistungsschal-ter, die mit Schwefelhexafluorid als Isoliergas oder Löschgas oder mit Öl arbeiten. Die Betätigung des beweglichen Schaltstiftes erfolgt bei diesen Hochspannungsschaltern im allgemeinen-mit einer Hydraulikeinrichtung, die eine Kolben-Zylinder-Anordnung hin- und herbewegt, um so den bewegbarenSchaltstift, der mit dem Kolben der Kolben-Zylinder-Anordnung verbunden ist, in die Ein- Ausschaltstellung zu verbringen.

Eine wichtige Forderung der VDE-Vorschriften besteht darin, dass der Leistungsschalter nach einer erstenAusschaltung innerhalb von 300 msec wieder in die Einschaltstellung verbracht werden muss; eine weitere Forderung besteht darin, dass dann der Schalter unmittelbar wieder ausschaltbereit sein muss. Der Grund hierfür liegt darin, dass unter Umständen Fehlschaltungen vorkommen können; sollte aufgrund einer Fehlschaltung und nicht aufgrund eines Kurzschlusses ein Schalter ausschalten und ausgeschaltet bleiben, dann ist damit das gesamte nachfolgende Netz vom Strom abgeschaltet, was erheblich Probleme und Schäden mit sich bringen kann. Damit dies verhindert wird, muss der Schalter nach einem ersten Ausschaltvorgang wieder einschalten; sollte ein Kurzschluss nicht vorhanden sein, dann würde der Schalter eingeschaltet bleiben; ist ein Kurzschluss tatsächlich vorhanden, dann wird der Schalter sofort wieder in Ausschaltstellung gehen.

Damit der Schalter bzw. die Hydraulikeinrichtung diese geforderten Schaltzyklen mit der notwendigen und auch gleichen Schaltgeschwindigkeit durchfahren kann, sind spezielle Hydraulik-Speicher vorzusehen. Hydraulik-Speicher besitzen in einem Zylinder einen bewegbaren Kolben, auf dessen einer Seite sich eine Feder, beispielsweise eine Gasdruckfeder, und auf dessen anderer Seite sich das Druckfluid, insbesondere Hydrauliköl befindet. Die Druckfeder, die zur Aufrechterhaltung des Fluid-druckes erforderlich ist, ist so auszulegen, dass sie auch nach einer ersten Entnahme von Drucköl bzw. -fluid den im wesentlichen gleichen Druck aufrecht erhalten kann. Zu diesem Zweck müssen Kompensationseinrichtungen vorgesehen werden, die den Einfluss der Kennlinie der Druckfeder eliminieren. Eine derartige Kompensationseinrichtung ist beispielsweise aus der DE-OS 32 32 074 bekannt geworden. Diese Konstruktion ist wegen der relativ aufwendigen Kipphebelkinematik recht kompliziert, hat aber den besonderen Vorteil, dass sie die Veränderung der Federkraft der in dem Speicher verwendeten Druckfedern kompensiert.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine mechanisch unkomplizierte Hydraulikeinrichtung zu schaffen, bei der die Energie für die beiden Ausschaltvorgänge bei einem O-CO-Zy-klus völlig gleich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.

Es werden also insgesamt zwei Hydraulik-Druckspeicher vorgesehen, von denen der (Arbeits-)Druckbereich des einen Speichers über dem des anderen liegt und dessen Volumen auch grösser ist als das des anderen. Der erste Hydraulik-Speicher muss nämlich soviel Fluid auf entsprechend hohem Druck enthalten, dass er sowohl einen Einschaltvorgang als auch einen Ausschaltvorgang steuern kann. Der andere, zweite Druckspeicher hingegen muss nur den Ausschaltvorgang bewältigen, dieses allerdings zweimal hintereinander. Dennoch benötigt er nur eine Fluidmenge für einen Ausschaltvorgang, denn er wird während des Einschaltvorganges durch Einwirkung des ersten Druckspeichers wieder aufgefüllt. Dieses kann dadurch erreicht werden, dass während des Einschaltvorganges Fluid aus dem ersten Speicher gleichzeitig in den zweiten Speicher umgefördert wird, welcher nach Beendigung des Einschaltvorganges wieder «aufgeladen» und bereit für den zweiten Ausschaltvorgang ist. Dadurch wird die Ausschaltung grundsätzlich immer von dem zweiten Hydraulik-Speicher durchgeführt beziehungsweise realisiert, der speziell auf den Ausschalt Vorgang ausgerichtet ist. Die erfindungsgemässen Vorteile bestehen nun darin, dass die Ausschaltgeschwindigkeit bei allen Schaltungen gleich ist und dass beim ersten Ausschaltvorgang keine Überschussenergie beim zweiten Speicher vorhanden ist, wodurch insgesamt Speicherenergie eingespart wird.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist in dem Vorschlag zu sehen, die Auffüllung des zweiten Hochdruckspeichers nach dem ersten Ausschaltvorgang durch eine Rückführung des Fluids aus der Kolben-Zylinder-Anordnung in den zweiten Speicher zu erreichen, währenddessen der erste Hochdruckspeicher die Kolben-Zylinder-Anordnung in die Einschaltstellung des Leistungsschalters führt. Hierdurch kann die Gesamtmenge des benötigten Fluids verringert

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werden, wodurch das Volumen sowohl des ersten Speichers als auch eines Niederdruckspeichers verringert werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.

Anhand der Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Hydraulik-Einrichtung in einigen unterschiedlichen Stellungen dargestellt ist, soll die Erfindung näher erläutert und nocheinmal verdeutlicht werden.

Es zeigt:

Fig. 1 den schematischen Aufbau einer erfindungsgemässen Hydraulik-Einrichtung,

Fig. 2 die Einrichtung gemäss Fig. 1 in der Stellung «Aus» nach Pumpenlauf,

Fig. 3 die erfindungsgemässe Einrichtung gemäss Figuren 1 und 2 in der Stellung «Ein» vor Pumpenlauf,

Fig. 4 die gleiche Einrichtung in Stellung «Ein» nach Pumpenlauf,

Fig. 5 die gleiche Einrichtung in der Stellung «Aus» nach einer (richtigen oder falschen) Kurzschlussmeldung,

Fig. 6 die gleiche Einrichtung in der Stellung «wieder ein» nach der Kurzschlussmeldung und

Fig. 7 die gleiche Einrichtung in der Stellung «Aus» nach Bestätigung des Kurzschlusses.

Die in Figur 1 gezeigte Hydraulik-Einrichtung dient zur Betätigung eines elektrischen Hochspannungs-Leistungsschalters, beispielsweise eines SF(,-Gas-Schalters mit einem Festkontaktstück 10 und einem damit zusammenwirkenden bewegbaren Schaltstift 11. Selbstverständlich ist jede Art eines Schalters durch diese Hydraulik-Einrichtung betätigbar, ein Vakuumschalter in gleicher Weise wie ein ölarmer Leistungsschalter und dergleichen. Wichtig ist lediglich, dass mit der Hydraulik-Ein-richtung eine Bewegung eines bewegbaren Schaltstiftes erzeugt wird, und zwar entsprechend den Vorschriften eine Bewegung mit sehr hohen Beschleunigungswerten, so dass die Ausschaltung sehr schnell erfolgen kann.

Dem bewegbaren Schaltstift 11 ist eine Kolben-Zylinder-Anordnung 12 zugeordnet, die einen Zylinder 13 aufweist, in dem ein Kolben 14 hin- und herbewegbar angeordnet ist. Die mit dem Kolben 14 verbundene Kolbenstange 15 ist über eine nicht näher dargestellte, an sich bekannte Kupplung 16 mit dem beweglichen Schaltstift 11 verbunden. Dass die Kolbenstange bei der Durchführung aus dem Zylinder 13 heraus gasdicht beziehungsweise flüssigkeitsdicht geführt ist, bedarf keinerlei weiteren Erläuterungen. Der Raum oberhalb des Kolbens 14, der Raum also, in dem sich die Kolbenstange 15 befindet und am . Kolben 14 befestigt ist, besitzt die Bezugsziffer 17, wogegen der anderen Raum, also der Raum unterhalb des Kolbens 14, mit der Bezugsziffer 18 bezeichnet ist. Die Ortsbestimmungen «oberhalb» und «unterhalb» beziehen sich hierbei und auch bei den nachfolgenden Erläuterungen auf die Darstellung der Figur 1.

An der Anschlusswand beziehungsweise Abschlusswand für den Raum 18 unterhalb des Kolbens 14 ist eine Hydraulik-Lei-tung 19 angeschlossen, die mit einem Steuerventil 20 verbunden ist, dessen Wirkungsweise weiter unten noch näher erläutert werden soll.

Die Hydraulik-Einrichtung besitzt einen ersten Hochdruckspeicher 21 und einen zweiten Hochdruckspeicher 22. Mit dem ersten Hochdruckspeicher 21 räumlich verbunden ist ein Niederdrucktank 23. Im Prinzip ist der erste Hochdruckspeicher 21 so aufgebaut, dass er einen Zylinder 24 aufweist, in dem ein Kolben 25 hin- und herbewegbar geführt ist; der Kolben ist von einer Kolbenstange 26 durchdrungen, welche aus dem ersten Hochdruckspeicher 21 ebenfalls druck-, gas- und flüssigkeitsdicht herausgeführt ist, und in einer Kulisse 27 endet, mittels welcher ein Steuerschalter 28 betätigt werden kann. Dieser Steuerschalter 28 dient zur Stromversorgung einer Druck-Speise-pumpe 29. Wenn der Schalter 28, wie in Figur 1 gezeigt, geschlossen ist, dann läuft die Pumpe 29 und fördert Fluid; ist der Schalter offen, wie beispielsweise in der Stellung gemäss Figur 2, dann ist die Pumpe 29 stillgesetzt.

Das nach unten gerichtete Ende der Kolbenstange 26 ist ebenfalls druckdicht aus dem ersten Hochdruckspeicher 21 herausgeführt und ragt in den Niederdrucktank 23; an ihrem Ende befindet sich ein kolbenartiger Federanschlag 30, der als Widerlager für eine Schraubendruckfeder 31 dient. Es ist selbstverständlich, dass anstatt des kombinierten Hochdruck-Nieder-druck-Speichers der Hochdruck-Speicher 21 von dem Niederdruck-Speicher 23 auch getrennt sein kann; dann wäre der Hochdruck-Speicher mit einer eigenen Druckfeder, beispielsweise einer Gasdruckfeder oder mit einer anders ausgebildeten Feder zu versehen. Es ist lediglich notwendig, dass auf den Kolben 25 eine Federkraft ausgeübt wird, die den Raum 32 unterhalb des Kolbens 25 zu verkleinern trachtet, indem sie den Kolben gegen die untere Abschlusswand des Raumes 32 zu drücken sucht. In der Figur 1 ist dieser Raum 32 derjenige Raum, der unmittelbar an den Niederdrucktank 23 anschliesst.

Der Raum 32 ist über eine Förder- beziehungsweise Speiseleitung 33 unter Zwischenfügen eines Rückschlagventils 34 mit dem Ausgang der Pumpe 29 verbunden. Dabei ist das Rückschlagventil 34 so gewählt, dass vom Ausgang der Pumpe 29 in den Raum 32 immer gefördert werden kann, dass eine umgekehrte Strömung jedoch nicht möglich ist. Der Raum 32 ist mit einer weiteren Druckleitung 35 mit dem Raum 17 oberhalb des Kolbens 14 der Kolben-Zylinder-Anordnung 12 unter Zwischenfügung einer Drossel 36 verbunden. Zwischen dem Ausgang der Leitung 35 und dem Raum 32 und der Drossel 36 ist eine Steuerleitung 37 angeschlossen, die mit dem Ventil 20 in Verbindung steht. Parallel zur Drossel 36 befindet sich ein Rückschlagventil 38, welches eine Umgehung in Richtung vom Raum 32 hin zu dem Raum 17 sperrt, in umgekehrter Richtung jedoch zulässt. Der Raum 17 ist weiterhin über eine Druckleitung 39 mit dem zweiten Hochdruckspeicher 22 verbunden und zwar mit dessen Raum 40 unterhalb eines Kolbens 41. Dieser Raum 40 entspricht im Prinzip dem Raum 32 im ersten Druckspeicher 21. Mittels einer Druckfeder 42 ist der in dem Hochdruckspeicher 22 befindliche Kolben 41 so beaufschlagt, dass er den Raum 40 unterhalb des Kolbens 41 ebenfalls zu verkleinern trachtet. An der Druckleitung 39 zwischen dem Raum 17 und dem Raum 40 ist eine weitere Druckleitung 43 angeschlossen, die mit dem Ausgang der Pumpe 29 unter Zwischenschaltung eines Rückschlagventils 44 verbunden ist, welch letzteres eine Fluid-Strömung von der Pumpe 29 hin zu dem Raum 40 gestattet, nicht aber in umgekehrter Richtung.

Nun zum Steuerventil: dieses weist nach oben hin Ausgänge Zi und Z2 auf, welche beide mit der Leitung 19 verbindbar sind, d.h. in jeder von zwei möglichen Schaltstellungen ist das Steuerventil 20 zur Leitung 19 hin offen. Weitere Ausgänge des Steuerventils 20 sind nach unten gerichtet und mit den Indices «P» und «T» gekennzeichnet. In der einen Schaltstellung ist das Steuerventil — über den Ausgang P — zur Steuerleitung 37 hin offen, in der zweiten, dargestelltenStellung ist es zu einer Niederdruck-Leitung 45 hin offen, welche zur Druck-Speise-Pumpe 29 führt und über eine Abzweigleitung 46 auch mit dem Niederdrucktank 23 verbunden ist.

Die Figur 1 zeigt die Stellung der Hydraulik-Einrichtung kurz nach dem Pumpenlauf, d.h. aufgrund des geschlossenen Schalters 28 wird die Pumpe 29 angesteuert, so dass sie Fluid in Pfeilrichtung A und B hin zu den Räumen 32 und 40 beziehungsweise 17 fördert; hierdurch werden die Kolben 25 und 41 nach oben bis zu ihrem oberen Anschlag bewegt und der Raum 17 oberhalb des Kolbens 14 mit Fluid gefüllt (falls nicht schon welches darin enthalten ist). Nachdem dies beendet ist, schaltet die Pumpe 29 ab; die Hydraulik-Einrichtung hat nun die Stellung, wie sie der Figur 2 zu entnehmen ist. Angemerkt sei, dass der Raum 32 des Hydraulik-Speichers 21 in seinem Volumen

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deutlich grösser ist als der Raum 40 des Speichers 22 und darüber hinaus ist auch der Arbeits-Druckbereich des Speichers 21 oberhalb desjenigen des Speichers 22, was durch entsprechende Bemessung der Federkraftspeicher beziehungsweise der Druckfedern 31 und 42 erzielbar ist.

Um den Schalter 10/11 einzuschalten, wird das Ventil 20 umgeschaltet, so dass dem Fluid der Weg von dem Raum 32 unterhalb des Kolbens 25 freigelassen wird in den Raum 18 unterhalb des Kolbens 14; durch die unterschiedlich bemessenen Federkräfte 31, 42 und die Flächendifferenz von Unterseite und Oberseite des Kolbens 14 wird dieser nach oben in Pfeilrichtung C bewegt, wodurch der Schalter 10/11 eingeschaltet wird. Diese Schaltsituation veranschaulicht die Figur 3. Hier ist auch erkennbar, dass sich das Volumen des Raumes 32 im Hochdruckspeicher verringert hat, und zwar um den Betrag, um den sich das Gesamtfluidvolumen im Zylinder 13 vergrössert hat, was durch das Ausfahren der vergleichsweise gross im Aussendurch-messer bemessenen Kolbenstange 15 bewirkt wird. Inzwischen ist nun auch — infolge der Stellung der Kulisse 27 — der Schalter 28 geschlossen, wodurch die Pumpe 29 anläuft und Fluid in Pfeilrichtung A fördert, d.h. den Raum 32 unterhalb des Kolbens 25 wieder mit Fluid anfüllt. Im Niederdruck-Speicher verbleibt damit nur noch vergleichsweise wenig Fluid.

Nachdem der Raum 32, d.h. also der erste Speicher 21 gefüllt ist, schaltet die Pumpe 29 wieder ab. Die Hydraulik-Ein-richtung und der Schalter 10/11 befinden sich in der Einschaltstellung, d.h. eine Ausschaltung beispielsweise aufgrund eines Kurzschlusses erwartend. Diese Situation ist in der Figur 4 dargestellt.

Wenn eine Ausschaltung nun vorgenommen werden soll, dann wird das Steuerventil 20 angesteuert und so umgeschaltet, dass die Leitung 19 über die Anschlüsse Zi und T mit dem Leitungssystem 45/46 und somit mit dem Niederdruck-Speicher 23 verbunden wird. Dadurch wird der Raum 18 unterhalb des Kolbens 14 entlastet und der gesamte Inhalt des Speichers 22 kann sich zur Ausführung der Ausschaltbewegung in den Raum 17 oberhalb des Kolbens 14 entleeren. Der Kolben 14 bewegt sich in Pfeilrichtung D, also in Ausschaltrichtung. Diese Situation zeigt die Figur 5.

Entsprechend den bereits angesprochenen VDE-Vorschriften muss der Schalter aber innerhalb einer bestimmten Zeit wieder eingeschaltet werden, es ist dies die Schaltfolge C-O, und zwar damit bei einem Schaltfehler nicht die gesamte, hinter dem Leistungsschalter befindliche Anlage abgeschaltet wird. Wäre näm-5 lieh in diesem Netzbereich kein Kurzschluss vorhanden, dann wäre der Ausschaltvorgang unsinnig, die Folgen eines stets unerwünschten Netzausfalles aber wären sehr weitreichend. Aus diesem Grunde soll der Schalter innerhalb von 300 msec wieder eingeschaltet werden; sollte ein Kurzschluss dann tatsächlich belo ziehungsweise nach wie vor anstehen, muss der Schalter ein zweites Mal und nun endgültig ausschalten.

Zur Wiedereinschaltung des Schalters wird nun wieder der erste Hochdruckspeicher 21 herangezogen. Das in ihm gespeicherte Druckfluid wird nach einer erneuten Umschaltung des 15 Steuerventils 20 vollständig in den Raum 18 unterhalb des Kolbens 14 der Kolben-Zylinder-Anordnung geleitet. Hierdurch wird der Kolben 14 in Pfeilrichtung C nach oben bewegt, der Raum 17 oberhalb des Kolbens 14 verkleinert und das in diesem Raum befindliche Fluid über die Leitung 39 in den zweiten 20 Hochdruckspeicher 22 gefördert. Dieser zweite Hochdruckspeicher 22 nimmt somit wieder eine funktionsbereite Stellung ein. Diese Schaltstellung veranschaulicht die Figur 6.

Wenn nun der Kurzschluss nach wie vor ansteht, wird das Steuerventil wieder umgeschaltet, so dass der Raum 18 wieder 25 mit dem Niederdrucktank 23 verbunden ist, was also über die Leitungen 45/46 erfolgt. Das in dem Druckspeicher 22 in dessen Raum 40 befindliche Fluid gelangt nun wiederum in den Raum 17 oberhalb des Kolbens 14 und drückt den Kolben nach unten in Pfeilrichtung D, wodurch eine endgültige Ausschal-30 tung bewirkt wird. Diese letztgeschilderte Schaltstellung ist der Figur 7 zu entnehmen.

Da in der Stellung gemäss Figur 6, wenn also der Hochdruckspeicher 21 vollständig entleert ist, auch der Schalter 28 eingeschaltet ist, wird die Pumpe 29 schon vor Beendigung des 35 endgültigen Ausschaltvorganges in Betrieb gesetzt, so dass das im Niederdrucktank 23 befindliche Fluid wieder in die Räume 32 und 40 gefördert wird. Der Zyklus beginnt nunmehr wieder von vorne, wobei der Einschaltvorgang aber gesondert ausgelöst werden muss, beispielsweise erst nach dem Beheben der 40 Kurzschlussursache.

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4 Blätter Zeichnungen

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1. Hydraulikeinrichtung zur Ansteuerung einer Kolben-Zylinder-Anordnung für die Betätigung eines elektrischen Hoch-spannungs-Leistungsschalters, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikeinrichtung einen ersten Hochdruckspeicher (21) und einen zweiten Hochdruckspeicher (22) enthält, dass der zweite Hochdruckspeicher (22) so bemessen ist, dass das in ihm gespeicherte Druckfluid ausschliesslich nur für eine Ausschalthandlung ausreicht, der erste Hochdruckspeicher (21) hingegen ein Volumen aufweist, das dem Volumen des zweiten Hochdruckspeichers zuzüglich einer Fluidmenge für den Einschaltvorgang entspricht, wobei der Druckbereich des ersten Hydraulikspeichers über dem des zweiten Hydraulikspeichers liegt; und dass die beiden Hochdruckspeicher (21, 22) so miteinander verbunden sind, dass der erste Hochdruckspeicher (21) nach einer Ausschaltung des Hochspannungs-Leistungsschalters und damit einer Entleerung des zweiten Hochdruckspeichers (22) die Auffüllung des letzteren während des Einschaltvorganges bewirkt.

2. Hydraulikeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auffüllung des zweiten Hochdruckspeichers (22) nach dem ersten Ausschaltvorgang wenigstens teilweise durch eine Rückführung des Druckfluids aus der Kolben-Zylin-der-Anordnung (12) erfolgt, währenddessen der erste Hochdruckspeicher (21) die Kolben-Zylinder-Anordnung in die Einschaltstellung des Hochspannungs-Leistungsschalters (10/11) führt.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Hydraulikeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hochdruckspeicher (21) mit einem Schaltkontakt (28) funktionell gekoppelt ist, welcher zur Ansteuerung und Einschaltung einer Hydraulikpumpe (29) dient, wenn der erste Hochdruckspeicher (21) entleert ist.

4. Hydraulikeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der das Druckfluid aufnehmende, unter dem Druck einer Feder zu verkleinernde Raum (32) des ersten Hochdruckspeichers (21) über eine Drossel (36) mit dem Hydraulikraum (17) der Kolben-Zylinder-Anordnung (12) verbunden ist.

5. Hydraulikeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der das Druckfluid enthaltende Raum(40) des zweiten Hochdruckspeichers (22) ebenfalls mit dem Hydraulikraum (17) der Kolben-Zylinder-Anordnung (12) verbunden ist.

6. Hydraulikeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang der Hydraulikpumpe (29) auf die Druckräume (32, 40) der beiden Hochdruckspeicher (21, 22) geschaltet ist.