DE10017178A1 - Anordnung zum Betätigen von Vakuumschaltkammern mit Piezoaktuator - Google Patents

Abstract

Technisches Problem der Erfindung = technische Aufgabe und Zielsetzung DOLLAR A Bei Schaltgeräten (z. B. Leistungsschalter, Schütze, Lasttrennschalter) wurden bisher zum Ein- und Ausschalten des elektrischen Stromes in der Hauptstrombahn mechanische oder elektromagnetische Antriebe verwendet. Zum Schalten im 3-Phasen Drehstromsystem sind 3 Schalterpole erforderlich, die meistens gekoppelt von einem gemeinsamen Antrieb geschaltet werden. Solch ein Antrieb kann in Bezug auf die Schaltanlage (Schaltschrank), in der sich ein Schaltgerät befindet, nicht beliebig angeordnet werden. Der Bedienende muß ergonomischen Zugriff zu mechanischen Bedienelementen wie z. B. einer Handkurbel zum Spannen einer Einschaltfeder haben. Die Schalterpole lassen sich hier nur in räumlichen Bezug fest zum Antrieb in der Schaltanlage anordnen. Da diese mechanischen Antriebe nicht wartungsfrei waren, somit nur eine geringe ausfallfreie Lebensdauer von max. 30000 Schaltungen (Ein und Aus) bestand die Aufgabe darin, nach einer Lösung zu suchen, die ausfallfreie und wartungsfreie Schaltungen von ca. 100000 zuläßt. Die Schalterpole sollen unabhängig von ihren Antrieb voneinander räumlich beliebig angeordnet werden können. Wesentlicher Teil der Aufgabe war es, den Zeitpunkt des Schaltens und damit des Löschens des Lichtbogens in dem Schaltelement (z. B. Vakuumschaltkammer) exakt so zu bestimmen, dass ein definiertes Schalten in Bezug auf den Nulldurchgang des sinuförmigen Stromes erreicht werden kann. Das war ...

Description

Für das Betätigen von Vakuumschaltkammern zum Schalten von elektrischen Strömen gibt es bislang unterschiedliche mechanische Anordnungen, welche mechanisch erzeugte Energien speichern, wieder freisetzen und in eine Bewegung eines Kontaktes in einer Vakuumschaltkammer umwandeln. Die herkömmlichen Anordnungen bestanden aus einer Vielzahl von Einzelteilen mit komplexen Zusammenwirken und gegenseitigen Verriegelungen. Jede neue Schaltaufgabe erforderte umfangreiche Änderungen an bestehenden Konstruktionen. Herkömmliche Anordnungen zum Betätigen von Vakuumschaltkammern für Schalthandlungen in Drehstromsystemen sind durch feste, im nachhinein nicht mehr veränderbare Anordnungen der Vakuumschaltkammern gekennzeichnet.

Die vorliegende Anordnung wird mit einem Piezoaktuator angetrieben um die Anzahl der Einzelteile zu reduzieren, die Funktion der Einzelteile zu verdeutlichen, die Ansteuerung der Vakuumschaltkammern zu vereinfachen und um eine leichte, flexible Einbindung in bestehende Schaltanlagen zu ermöglichen.

Mit der vorliegenden Erfindung kann die Betätigung von Vakuumschaltkammern unabhängig von aufwendigen mechanischen Steuerungen erfolgen. Die Anpassung an örtliche Gegebenheiten ist leicht möglich.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur mechanischen Betätigung von Vakuumschaltkammern mit Piezoaktuator zum Schalten von elektrischen Strömen.

Für die Betätigung von Vakuumschaltkammern gibt es zur Zeit Systeme, welche die Energie zum Einschalten aus mechanischen Bewegungsvorgängen oder aus magnetischen Speichern gewinnen. Dazu wird z. B. eine Einschaltfeder entweder von Hand oder durch einen Elektromotor gespannt. Die so gespeicherte Energie kann zu jedem beliebigen Zeitpunkt zum Schalten der Vakuumschaltkammer genutzt werden. Das Ausschalten erfolgt über einen weiteren Federkraftspeicher, der mit dem Einschalten gespannt wird. Nachteilig bei diesen Anordnungen ist die Vielzahl von Teilen, deren Einzelfunktion für den Anwender nicht erkennbar ist. Der Austausch einzelner defekter Teile ist oft schwer möglich. Jede neue Schaltaufgabe erfordert neue, umfangreiche konstruktive Lösungen. Die Lebensdauer ist aufgrund des mechanischen Verschleißes gering.

In Bild 1 ist eine Anordnung zum Betätigen von Vakuumschaltkammern dargestellt. Der vorliegenden Erfindung "Anordnung zum Betätigen von Vakuumschaltkammern" liegt ein Piezoaktuator als Antriebselement zu Grunde. Dieser liefert die Energie für das Einschalten der Vakuumschaltkammer und für das Spannen des Federkraftspeichers (3). Um den geringen Hub von Piezoaktuator auszugleichen wird der Piezoaktuator (7) mit einem mech.-/hydraul. System gekoppelt. Dieses übernimmt den Antrieb des beweglichen Kontaktes der Vakuumschaltkammer (8) und spannt gleichzeitig den Federkraftspeicher (3) für den erforderlichen Kontaktdruck und das Ausschalten. Der Piezoaktuator wird über eine Kontrollschaltung (9) angesteuert. Eine Spannungsversorgung (10) stellt die benötigte Energie bereit. Die Schaltkammer wird durch den Federkraftspeicher (3) ausgeschaltet. Äußere Kontakte der Vakuumschaltkammer (1), Stromzuführung (2), Stützer (4) und mechanische Befestigung (5) vervollständigen das System. Der Piezoaktuator befindet sich in oder außerhalb des umgebenden Isoliermediums (Gas oder Flüssigkeit) und ist isoliert von der Hauptstrombahn in beliebiger Lage angeordnet.

Bild 2 zeigt eine mögliche Kontrollschaltung. In Abhängigkeit vom Verknüpfungsergebnis der Steuerlogik (1) wird durch das Relais (3) die Spannung zum Piezoaktuator (6) weitergeschaltet. Die erforderliche Spannungsamplitude wird durch den Spannungswandler (2) bereitgestellt. Ein Energiespeicher (4) sichert die ein- oder mehrmalige kurzzeitige Ansteuerung des Piezoaktuators (6), so daß eine Schaltung auch bei Netzausfall möglich wird. Eine automatische Wiedereinschaltung bei Kurzunterbrechung läßt sich so bei entsprechender Dimensionierung der Vakuumschaltkammer auch mehrfach wiederholen.

Die vorliegende Erfindung kann zum ein- oder mehrpoligen Schalten unter Isoliergas und Isolierflüssigkeiten eingesetzt werden. Bei mehrpoligem Einsatz können die Phasen zeitgleich oder mit zeitlichen Versatz der einzelnen Phasen geschalten und damit jeder beliebige Schaltfall, z. B. Schalten von Kapazitäten oder Induktivitäten, realisiert werden. Dadurch können Schaltüberspannungen reduziert werden.

Claims (9)

1. Anordnung zur Betätigung von Vakuumschaltkammern ist dadurch gekennzeichnet das ein Piezoaktuator zum Betätigen (Schalten) von Vakuumschaltkammern verwendet werden.

2. Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein gesteuerter Generator als Spannungsquelle für die Ansteuerung des Piezoaktuators verwendet wird.

3. Anordnung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der geringe Hub des Piezoaktuators durch mechan. und/oder hydraul. Systeme auf den Nennhub von Vakuumschaltkammern, auch dynamisch vergrößert wird.

4. Anordnung nach Patentanspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie für eine Wiedereinschaltung der Vakuumschaltkammer mit dem Piezoaktuators durch Einsatz eines ausreichend dimensionierten Energiespeichers (Kondensator oder Akkumulator) bereitgestellt wird.

5. Anordnung nach Patentanspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reduktion der Teile und Vereinfachung der Ansteuerung von Vakuumschaltkammern im Vergleich zu herkömmlichen Anlagen erfolgen wird.

6. Anordnung nach Patentanspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine freie Wahl der Folge und des Zeitpunktes der Betätigung von Vakuumschaltkammern bei mehrphasiger Auslösung durch zeitlich unterschiedlicher Ansteuerung der einzelnen Phasen möglich wird.

7. Anordnungen nach Patentanspruch 1 bis 6, sind dadurch gekennzeichnet, daß bei Einsatz in Drehstromsystemen der Einbau unabhängig von der Plazierung der Vakuumschaltkammern der übrigen Phasen erfolgen kann.

8. Anordnungen nach Patentansprüchen 1 bis 7, sind dadurch gekennzeichnet, dass zum Ein- und Ausschalten ein Piezoaktuator elektronisch gesteuert wird und es keiner zusätzlichen mechanischen Auslöser bedarf.

9. Anordnungen nach Patentansprüchen 1 bis 8, sind dadurch gekennzeichnet, dass Sie eine mehrfache automatische Wiedereinschaltung nach einer Kurzunterbrechung ermöglichen.