Die Erfindung betrifft eine Hydraulikeinrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein derartige Hydraulikeinrichtung wird für den Antrieb bzw. zur Betätigung des beweglichen Kontaktstückes eines Leistungsschalters verwendet, wobei die Hydraulikeinrichtung einen Speicher für das hydraulische Fluid und eine geeignete Anzahl von Umschaltventilen, mit denen wechselweise die jeweiligen Räume des Kolbens mit dem Speicher oder mit einem Niederdrucktank verbindbar sind, aufweist. Der Speicher besitzt bei einer bekannten Anordnung ein Tellerfedersystem, welches zur Aufladung des Speichers zusammengepresst wird und dadurch Federenergie aufnimmt. Das Tellerfedersystem wirkt auf eine Kolben-Zylinderanordnung, in deren Zylinderraum mit der grösseren Kolbenfläche das Hydraulikfluid vorgesehen ist.
Durch Freigabe dieses unter Druck stehenden hydraulischen Fluids zum Niederdrucktank durch das Umschaltventil wird der Arbeitskolben bzw. die Arbeitskolben des Leistungsschalters betätigt, so dass der Schalter in Aus- oder Einschaltstellung verbracht werden kann.
Ein solcher hydraulischer Antrieb ist beispielsweise in dem DE-GM 9 111 861 bekannt geworden.
Hochspannungsleistungsschalter, die mit einem solchen Hydraulikantrieb betätigt werden, können den abzuschaltenden Strom nur im Stromnulldurchgang löschen. Im Falle eines Kurzschlussstromes ist der Wechselstromanteil einem abklingenden Gleichstromanteil überlagert, und es ist so, dass die Schaltfähigkeit des Leistungsschalters mit Abklingen des Gleichstromanteils grösser wird.
Deshalb wurde in einigen Fällen, insbesondere bei Schaltgeräten in USA ein verzögerndes elektrisches Relais in den Ausschaltkreis geschaltet, so dass der Ausschaltvorgang verzögert wurde, wodurch die Ausschaltleistung faktisch erhöht wurde. Die Ausschaltung von Leistungsschaltern sollte aber aus Zuverlässigkeitsgründen auf direktem Weg erfolgen, ohne dass zusätzliche mögliche Störglieder im Ausschaltkreis, wie es im Falle eines Relais sein könnte, die Funktionsfähigkeit des Leistungsschalters beeinträchtigen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Hydraulikeinrichtung der eingangsgenannten Art zu schaffen, bei der die Ausschaltung von Leistungsschaltern auf direktem Weg erfolgt, ohne zusätzliche mögliche Störglieder im Ausschaltkreis.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.
Erfindungsgemäss also ist dem Umschaltventil bezüglich Ausschaltrichtung ein Steuer- oder Hilfskolben zugeordnet, der den Steuerschieber kurz auch Schieber genannt, des Umschaltventils in Ausschaltrichtung antreibt, in dem der Raum zwischen dem Steuerkolben oder Hilfskolben und dem Schieber des Umschaltventils durch ein Vorsteuerven til entlastet wird, so dass der Schieber durch das auf der entgegengesetzten Seite des Steuerkolbens nach wie vor anstehende Druckfluid gegen den Schieber bewegt wird, so dass durch den Steuerkolben der Schieber in Ausschaltrichtung verschoben und das Umschaltventil umgeschaltet wird, wodurch die Ausschaltung bewirkt wird.
Dabei befindet sich die grössere Kolbenfläche des Steuerkolbens auf der dem Schieber zugewandten Seite und der zwischen der grösseren Kolbenfläche und dem Schieber befindliche Raum der Steuerkolben-Zylinderanordnung ist einerseits mit dem Speicher und andererseits über das Vorsteuerventil mit einem Niederdrucktank verbunden.
Die Wirkungsweise ist wie folgt:
Zur Ausschaltung des Leistungsschalters wird ein Ausschaltsignal auf das Vorsteuerventil gegeben. Dieses Vorsteuerventil gibt dem Hydraulikfluid den Weg aus dem Raum zwischen dem Steuerkolben und dem Schieber des Umschaltventils frei, so dass sich der Steuerkolben gegen den Schieber bewegen kann. Nach Auftreffen auf den Schieber wird dieser vom Steuerkolben in die Stellung bewegt, die das Ausschalten des Leistungsschalters bewirkt.
Durch die Zwischenschaltung des Steuerkolbens entsteht eine Verzögerung, die über eine Hubeinstellung des Steuerkolbens justierbar ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind den weiteren abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt ist, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Ver besserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
Es zeigen:
Fig. 1 die Hydraulikeinrichtung in Einschaltstellung,
Fig. 2 die Hydraulikeinrichtung gemäss Fig. 1 bei Beginn der Ausschalthandlung,
Fig. 3 die Hydraulikeinrichtung gemäss den Fig. 1 und 2 in der Ausschaltstellung, und
Fig. 4 eine Schnittansicht eines Umschaltventils mit Verzögerungseinrichtung, in schematischer Darstellung.
Ein in einem Leitungsnetz 10 befindlicher elektrischer Hochspannungsleistungsschalter 11, der ein metallgekapselter SF6-gasisolierter oder ein Freiluftschalter oder dgl. sein kann, besitzt eine der Anzahl der Phasen entsprechende Anzahl von beweglichen Kontaktstücken 12, die in den Fig. 1 bis 3 als drehbare Kontaktstücke dargestellt sind, tatsächlich aber auch linear bewegbare Kontaktstücke sein können. Die bewegbaren Kontaktstücke 12 werden jeweils von einer Antriebskolben-Zylinderanordnung 13 betätigt, die einen Zylinderraum 14 aufweist, in dem ein Kolben 15 hin- und herbewegbar ist, wobei an dem Kolben 15 eine Kolbenstange 16 angeschlossen ist, die über eine Zwischenglied 17 mit dem beweglichen Kontaktstück 12 verbunden ist.
Durch den Kolben 15 wird der Arbeitszylinderraum 14 in einen Raum 14a unterhalb des Kolbens und einen Raum 14b oberhalb des Kolbens unterteilt, wobei der Raum 14a durch die grössere Fläche des Kolbens 15 begrenzt wird; der Raum 14b wird durch die durch den Kolbenstangenquerschnitt verringerte Kolbenfläche begrenzt. In den Raum 14a mündet eine Fluidleitung 18 und in den Raum 14b mündet eine Fluidleitung 19 ein, die mit einem Druckfluidspeicher 20 verbunden sind, wobei die Leitungen 18 und 19 an einem Verbindungspunkt 21 miteinander verbunden sind. In der Leitung 18 zwischen dem Raum 14a und dem Verbindungspunkt 21 befindet sich ein Umschaltventil 22, welches einerseits ein Einschaltmagnetsystem 23 und andererseits zwecks Ausschaltung eine Steuerkolben-Zylinderanordnung 24 aufweist.
Innerhalb des Umschaltventils 22 befindet sich ein Schieber 22a (siehe Fig. 4), der einen Vorsprung 25 aufweist, der in einer ersten Stellung, in der die Leitung 18 mit dem Energiespeicher 20 verbunden ist, aus dem Umschaltventil 22 herausragt. An dem Bereich des Umschaltventils, in dem sich der Vorsprung 25 befindet, schliesst die Steuerkolben-Zylinderanordnung 24 an.
In der Steuerkolben-Zylinderanordnung 24 befindet sich ein Steuerkolben 26, der, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, um einen bestimmten einstellbaren Hub t innerhalb der Steuerkolben-Zylinderanordnung 24 bewegbar ist. Am Steuerkolben 26 schiesst auf der dem Umschaltventil 22 entgegengesetzten Fläche eine Führungsstange 26a an, die in einer Ausnehmung 26b geführt ist.
An dem Verzweigungspunkt 21 schliessen ausser der Leitung 18, die durch das Umsteuerventil 22 hindurchgeführt ist, eine Leitung 27 an, die sich an einem Verzweigungspunkt 28 in eine Leitung 29 und eine Leitung 30 verzweigt, wobei die Leitung 29 in den Raum zwischen dem Steuerkolben 26 und dem Schieber mit dem Vorsprung 25 einmündet; aus diesem Raum mündet eine weitere Leitung 31 in ein Vorsteuerventil 32, welches andererseits über eine Leitung 33 mit einem Niederdrucktank 34 verbunden ist. Die Leitung 30 mündet in den schieberabseitigen Raum des Steuerkolbens 26 ein. Das freie kolbenseitige Ende der Führungsstange 26a endet in einer Kolbenfläche 26c, die einen gegenüber der Kolbenfläche des Steuerkolbens 26 ge ringeren Querschnitt aufweist und an der über die Leitung 30 dauernd Hochdruckfluid ansteht.
Zwischen dem Kolben 26 und der kleineren Kolbenfläche 26 schliesst eine Leckfluidleitung 35 an, die zum Niederdruckbehälter 34 führt.
Mit dem Umschaltventil ist eine Leitung 36 verbunden, die ebenfalls in den Niederdrucktank einmündet.
Die Wirkungsweise ist nun wie folgt:
Die Fig. 1 zeigt die Einschaltstellung, in der sich das bewegliche Kontaktstück 12 in der Schliessstellung befindet. Der Kolben 15 befindet sich an der obersten Stelle, da sowohl über die Leitung 19 als auch über die Leitung 18 auf Grund der Stellung des Schiebers des Umschaltventils aus dem Speicher 20 herkommendes Druckfluid sowohl in den Raum 14b als auch in den Raum 14a eingedrückt ist. Die Stellung des Kolbens 15 in der in Fig. 1 dargestellten Anordnung wird erreicht auf Grund der unterschiedlichen Kolbenflächen. Das Umschaltventil 22 ist in der Sperrstellung, in der der eine am Schieber 22a angeformte Kolben 22b von seinem Ventilsitz 22c entfernt ist, wogegen der andere Kolben 22d an seinem Ventilsitz 22e anliegt. Dadurch ist die Leitung 18 nicht unterbrochen bzw. abgesperrt, wogegen der Leitungszug der Leitungen 18 bis 36 gesperrt ist.
Wenn nun der Schalter ausgeschaltet werden soll, dann wird das Elektromagnetsystem 32a des Vorsteuerventils 32 betätigt, so dass dieses Ventil in die Durchlassstellung gesteuert wird, wie aus Fig. 2 ersichtlich. Damit wird der Raum zwischen dem Vorsprung 25 und dem Steuerkolben 26 entlastet, so dass aufgrund des an der Kolbenfläche 26c anstehenden Druckes der Steuerkolben 26 nach links betätigt wird. Der Steuerkolben 26 benötigt für diese Bewegung nach links eine bestimmte Zeit, die so eingestellt werden kann, dass die gewünschte Ausschaltverzögerung er reicht wird (siehe unten). Der Steuerkolben 26 steuert den Umsteuerschieber 22a des Umschaltventils in Durchlassstellung um, in dem der Kolben 22d von seinem Ventilsitz 22e entfernt und der Kolben 22b gegen seinen Ventilsitz 22c gedrückt wird.
Damit wird der Raum 14a über das Umsteuerventil mit der Leitung 36 und damit mit dem Niederdrucktank 34 verbunden. Dadurch kann der Kolben 15 auf Grund des auf die kleinere Kolbenfläche wirkenden Fluiddruckes in die Fig. 3 gezeichnete Ausschaltstellung gelangen, so dass der Schalter 11 geöffnet ist.
Das Vorsteuerventil 32 wird, wie oben angedeutet, elektromagnetisch angesteuert und dadurch geöffnet, so dass also mit anderen Worten der Druck vor dem Steuerkolben 26 abgebaut wird. Durch die Zwischenschaltung des hydraulischen Steuerkolbens entsteht eine Verzögerung der Ausschaltung, d.h. der Betätigung des Umschaltventils 22, wobei diese Verzögerung durch den Hub t eingestellt werden kann. Dadurch wird erreicht, dass der Schalter erst nach der Abklingzeit des Gleichstromanteils in Ausschaltstellung verbracht wird, so dass eine sichere Schaltung im Nulldurchgang erreicht wird. Von einem nicht näher dargestellten Hilfsschalter des Leistungsschalterantriebes wird schon während der Bewegung des Kolbens 15 das Vorsteuerventil 32 abgesteuert und schliesst.
Es erreicht die Stellung gemäss Fig. 3, wobei dann der vor dem Steuerkolben 26 sich aufbauende Druck den Steuerkolben 26 wieder in die sog. Ausschaltstellung drückt, wobei die Bewegung des Steuerkolbens 26 durch die Blende 37 bzw. die Drossel 37 eingestellt bzw. beeinflusst wird. Für die Ansteuerung des Umschaltventils 22 zur Einschaltstellung wird lediglich das elektromagnetische System 23 verwendet; ein eine Verzögerung bewirkender Steuerkolben ist dann nicht erforderlich.