DE19625672C1

DE19625672C1 - Drive for high voltage vacuum switching devices

Info

Publication number: DE19625672C1
Application number: DE1996125672
Authority: DE
Inventors: Jan Stroh; Werner Dr Hartmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1996-06-26
Filing date: 1996-06-26
Publication date: 1997-12-18
Anticipated expiration: 2016-06-27
Also published as: WO1997050106A1

Abstract

In high-voltage vacuum switchgear which have a switching chamber with a fixed and a moving current supply pin and a contact arrangement mounted thereon, spring and retaining means are provided to move the contact arrangement from the closed to the open state and for keeping it open after a predetermined stroke. By mounting two springs (21, 22) in parallel, the required acceleration of the moving contact is achieved and a retaining force in the open state of the contact arrangement (10) is ensured without requiring snap-locking means.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Antrieb für Hochspan nungsvakuumschaltgeräte, bei denen einer Schaltkammer mit einem festen und einem beweglichen Stromzuführungsbolzen und einer daran angebrachten Kontaktanordnung Feder- und Halte mittel für die Bewegung der Kontaktanordnung vom geschlosse nen Zustand in den offenen Zustand und für das Offenhalten bei einem vorgegebenen Hub zugeordnet sind, wobei eine Pa rallelschaltung zweier Federn vorliegt, von denen wenigstens eine die Antriebsfeder für den Ausschaltvorgang ist.The invention relates to a drive for high chip nungsvakuumvergeräte, in which a switching chamber with a fixed and a movable power supply bolt and an attached spring and hold contact arrangement means for moving the contact arrangement from the closed state in the open state and for keeping open are assigned at a given stroke, with a Pa Parallel connection of two springs, of which at least one is the mainspring for the switch-off process.

Zum Verklinken von Schaltgeräten im offenen Zustand ist ein Schaltmechanismus notwendig.For latching switchgear in the open state is a Switching mechanism necessary.

Ein solcher Schaltmechanismus, bei dem mehrere Federn vorhanden sind, wird beispielsweise in der DE-OS 15 40 055 und DE-OS 15 40 127 beschrieben. Durch Verwendung von zwei hintereinandergeschalteten Federn mit unterschiedlichen Federkonstanten soll dabei insgesamt eine Federkennlinie mit zwei Steigungen und einem Knick bzw. einer Krümmung realisiert werden, wobei beim Einschalten erst die weiche und dann die harte Feder zur Wirkung kommen. Dies bedingt eine Verklinkung des Antriebes.Such a switching mechanism where there are several springs, for example in DE-OS 15 40 055 and DE-OS 15 40 127 described. By Use of two springs connected in series with different spring constants should total one Spring characteristic with two slopes and one kink or one Curvature can be realized, the only when switching on soft and then the hard feather come into effect. This requires the drive to latch.

Weiterhin ist aus der FR 13 55 898 ein hydraulischer Antrieb mit Federspeicher zur Betätigung von Schaltern bekannt, der zwei koaxial angeordnete parallele Federn der Kontaktanord nung und einen zugehörigen Verklinkungsmechanismus aufweist. Aus der DE-OS 15 40 063 ist ein Vakuumschalter mit einem An trieb bekannt, bei dem eine Ausschaltfeder und eine Kontakt andruckfeder konzentrisch zueinander angeordnet. Eine ähnli che Anordnung ergibt sich aus der US 4 225 763. Die beiden Federn wirken je nach dem Schaltzustand des Schaltgerätes bevorzugt einander entgegengesetzt. Furthermore, FR 13 55 898 is a hydraulic drive known with spring mechanism for operating switches, the two coaxially arranged parallel springs of the contact arrangement voltage and an associated latching mechanism. From DE-OS 15 40 063 is a vacuum switch with an on drove known in which an opening spring and a contact pressure spring arranged concentrically to each other. A similar one che arrangement results from US 4,225,763. The two Springs act depending on the switching status of the switching device preferably opposed to each other.

Speziell für einen Federantrieb für Vakuumschaltgeräte wird die Forderung gestellt, die zugehörige Antriebsfeder so zu dimensionieren, daß bei einem Ausschaltvorgang spätestens nach der zweiten Halbwelle des Stromes eine sichere Löschung des Lichtbogens erfolgt. Im anderen Fall wird eine Löschung wegen des zu hohen Energieumsatzes im Schalter nicht mehr möglich sein.Especially for a spring drive for vacuum switching devices made the request for the associated mainspring dimension that at the latest when switching off after the second half-wave of the current, a safe erasure of the arc. Otherwise there will be a deletion because of the too high energy consumption in the switch to be possible.

Bei dem zugehörigen Schaltmechanismus ist neben der eigent lichen Antriebsfeder zu Beginn der Auslösung die Kontakt druckfeder zum Erzeugen der erforderlichen Schließkraft wirksam, wodurch Teile des Antriebsmechanismus während der ersten 3 bis 5 mm Hub eine Vorbeschleunigung erfährt, bevor die Schaltkontakte öffnen. Dabei bewegen sich die Öffnungs geschwindigkeiten im Bereich von 1 bis 2,5 m/s. Daneben muß nach Erreichen der Offenstellung noch eine ausreichende Kraft vorhanden sein, den Schalter gegen den äußeren Luftdruck offenzuhalten. Diese Kraft wird als sogenannte Offenhalte kraft definiert.In the associated switching mechanism is next to the actual contact spring at the start of tripping compression spring to generate the required closing force effective, thereby removing parts of the drive mechanism during the experiences a pre-acceleration before the first 3 to 5 mm stroke open the switch contacts. The opening moves speeds in the range of 1 to 2.5 m / s. Next to it sufficient strength after reaching the open position be present, the switch against the external air pressure to be kept open. This force is known as keeping open force defined.

Bei Schaltern für den Mittelspannungsbereich können wegen des geringen Schalthubes von beispielsweise etwa 10 mm die oben genannten Bedingungen mit einer Feder erfüllt werden. Anders sieht jedoch die Situation bei Hochspannungsvakuumschaltern aus. Um die bei höheren Spannungen erforderlichen größeren Abstände in ausreichend kurzer Zeit mit Geschwindigkeiten < 2 m/s zu erreichen, ist eine stärkere Antriebsfeder not wendig. Da auch nach Erreichen der gewünschten Geschwindig keit der Bewegkontakt weiter beschleunigt wird, wird eine unnötig hohe Endgeschwindigkeit erreicht und es ist somit eine unnötig hohe überschüssige Antriebsenergie über einen entsprechenden Dämpfer aufzufangen. Um nach Erreichen des oberen Anschlages ein von der Luftdruckschließkraft ver ursachtes Zurücklaufen zu verhindern, muß der Antrieb in der Endstellung durch die entsprechend lange Antriebsfeder die Offenhaltekraft bereitstellen. With switches for the medium voltage range can because of small switching stroke of about 10 mm, for example, the above mentioned conditions can be met with a spring. Different however sees the situation with high voltage vacuum switches out. To the larger ones required at higher voltages Distances in a sufficiently short time at speeds To reach <2 m / s, a stronger drive spring is necessary agile. Because even after reaching the desired speed If the moving contact is accelerated further, a reached unnecessarily high top speed and so it is an unnecessarily high excess drive energy over one appropriate damper to catch. After reaching the upper stop one of the air pressure closing force ver To prevent caused backward running, the drive must be in the End position by the correspondingly long drive spring Provide hold-open force.

Als Alternative könnte ein vorbeschriebener Antrieb in der Endstellung verklinkt werden, wobei in diesem Fall die Ver klinkung eine zusätzliche Mechanik erfordert und wobei vor dem Schließvorgang mit einer zusätzlichen Vorrichtung der Antrieb entklinkt werden müßte.As an alternative, a drive described above could End position are latched, in which case the Ver latching requires additional mechanics and being in front the closing process with an additional device Drive should be unlatched.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Antrieb speziell zur Verwendung bei Hochspannungsvakuumschaltern zu schaffen, der keine Überdimensionierung beinhaltet und insbesondere keine zusätzlichen mechanischen Mittel benötigt.The object of the invention is therefore a drive specifically to create for use with high voltage vacuum switches, that does not involve oversizing and in particular no additional mechanical means required.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Antriebsfeder selbst aus zwei parallelgeschalteten Federn besteht, wobei die erste Feder eine kurze Antriebsfeder mit hoher Federkonstante ist und die zweite Antriebsfeder eine lange Feder mit geringer Federkonstante ist.The object is achieved in that the The drive spring itself consists of two springs connected in parallel exists, the first spring having a short drive spring is a high spring constant and the second drive spring is one long spring with a low spring constant.

Bei der Erfindung wird also die speziell für Hochspannungs vakuumschalter notwendige Beschleunigung bis zum Erreichen der gewünschten Geschwindigkeit von der kurzen Antriebsfeder mit hoher Federkonstante zur Verfügung gestellt. Danach wird der Bewegkontakt freigegeben und mit dieser Feder nicht wei ter beschleunigt, so daß nur noch die Reibungskraft und die Luftdruckschließkraft des Schalters als Bremskraft wirksam wird. Parallel zur Antriebsfeder, welche die hohe Anfangs beschleunigung liefert, wird dagegen die zweite Feder als weiche Feder mit großem Hub eingebaut, die in ihrer Endstel lung gerade die Offenhaltekraft bereitstellt.In the invention, that is specifically for high voltage vacuum switch necessary acceleration until reached the desired speed from the short drive spring provided with a high spring constant. After that the moving contact is released and does not know with this spring ter accelerated, so that only the frictional force and Air pressure closing force of the switch is effective as a braking force becomes. Parallel to the mainspring, which is the high initial provides acceleration, however, the second spring is called soft spring with a large stroke built into its end position just provides the hold-open force.

Durch die erfindungsgemäße Konstruktion ist die bisher erfor derliche mechanische Verklinkung im offenen Zustand unnötig. Beim Öffnungsvorgang unterstützt die zweite Feder die Haupt feder, die entsprechend angepaßt wird.Due to the construction according to the invention, the previously required mechanical latching in the open state is unnecessary. The second spring supports the main during the opening process spring that is adjusted accordingly.

Insgesamt ist durch die Erfindung der Aufbau eines Antriebes deutlich vereinfacht und wird die notwendige Antriebsenergie wesentlich verringert. Hierdurch wird insbesondere bei Schal tern im Hochspannungsbereich mit den für Blitzstoßspannungen erforderlichen großen Abständen eine erhebliche Verringerung des technischen Aufwandes beim Schaltbetrieb und damit auch der dadurch verursachten Kosten erzielt.Overall, the invention is the construction of a drive significantly simplified and the necessary drive energy significantly reduced. This will make scarves in particular tern in the high voltage range with those for lightning impulse voltages large distances required a significant reduction the technical effort involved in switching operations and thus also of the costs incurred.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungs beispielen in Verbindung mit den weiteren Patentansprüchen. Es zeigen jeweils als Schnittdarstellung Further details and advantages of the invention emerge from the following figure description of execution examples in connection with the other claims. They each show a sectional view

Fig. 1 einen Hochspannungsvakuumschalter mit im Teilschnitt geschlossenem bzw. offenem Zustand, Fig. 1 is a high voltage vacuum switch with a closed or open state, in partial section,

Fig. 2 einen Federantrieb für den Hochspannungsvakuumschalter gemäß Fig. 1 bei geschlossenem Schalter gemäß Fig. 1 Fig. 2 is a spring drive for the high voltage vacuum switch according to Fig. 1 with a closed switch in FIG. 1

Fig. 3 den Federantrieb gemäß Fig. 2 bei offenem Schalter gemäß Fig. 1. Fig. 3 shows the spring drive of FIG. 2 with an open switch in FIG. 1.

Ein Vakuumschalter besteht im wesentlichen aus einer Schalt röhre 1 mit der eigentlichen Schaltkammer 2, in der eine Kontaktanordnung 10 aus einem Festkontakt 13 und einem Beweg kontakt 14 angeordnet sind. Der Festkontakt 13 wird von einem festen Stromzuführungsbolzen 3 und der Bewegkontakt 14 von einem beweglichen Stromzuführungsbolzen 4 getragen.A vacuum switch consists essentially of a switching tube 1 with the actual switching chamber 2 , in which a contact arrangement 10 of a fixed contact 13 and a moving contact 14 are arranged. The fixed contact 13 is carried by a fixed power supply pin 3 and the moving contact 14 by a movable power supply pin 4 .

An die Schaltkammer 2 schließen in axialer Richtung des Schalters jeweils Isolatoren 6 und 7 an, die über nicht näher bezeichnete Metallflansche vakuumdicht verbunden sind. Der bewegliche Kontaktbolzen 4 ist endseitig über einen Federbalg 9 axial beweglich in der Schaltröhre eingebaut.Insulators 6 and 7 are connected to the switching chamber 2 in the axial direction of the switch, and are connected in a vacuum-tight manner by means of metal flanges (not specified). The movable contact pin 4 is installed axially movable in the switching tube via a bellows 9 .

Soweit sind derartige Schaltröhren hinlänglich bekannt. Übli cherweise ist für die Bewegung des beweglichen Kontaktbolzens 4 mit dem Bewegkontakt 14 ein mechanischer Antrieb vorhanden.So far, such switching tubes are well known. A mechanical drive is usually provided for the movement of the movable contact bolt 4 with the movable contact 14 .

In Fig. 2 besteht ein derartiger Antrieb 20 aus einer ersten mechanischen Feder 21 und einer zweiten mechanischen Feder 22, die auf einer Hülse 25 mit entsprechenden Flanschen 26, 27 und 28 befestigt sind.In FIG. 2, 20 is such a drive comprising a first mechanical spring 21 and a second mechanical spring 22 are on a sleeve 25 having respective flanges 26, 27 and 28 is fixed.

Im einzelnen ist die erste Feder 21 eine kurze Antriebsfeder mit hoher Federkonstante und die zweite Feder 22 eine lange Offenhaltefeder mit geringer Federkonstante. Beide Federn 21 und 22 sind mechanisch parallelgeschaltet.Specifically, the first spring 21 is a short drive spring with a high spring constant and the second spring 22 is a long hold-open spring with a low spring constant. Both springs 21 and 22 are mechanically connected in parallel.

Aus Fig. 2 ergibt sich die Schalterstellung des Vakuumschal ters im geschlossenen Zustand mit gespannter Antriebsfeder 21. Dabei ist beispielsweise die Länge der Antriebsfeder 21 um ein Viertel gestaucht, wodurch sich eine entsprechende Vorspannung ergibt. Die Offenhaltefeder 22 ist in dieser Schalterstellung ebenfalls gespannt.From Fig. 2, the switch position of the vacuum scarf ters in the closed state with intense drive spring 21 results. For example, the length of the drive spring 21 is compressed by a quarter, which results in a corresponding pretension. The hold-open spring 22 is also tensioned in this switch position.

Aus der Fig. 3 mit der offenen Schalterstellung ergibt sich, daß nach Entspannung der Antriebsfeder 21 ein sogenannter Freiflug über einen bestimmten axialen Bereich erfolgt. In dieser Phase wird der Schalter nur noch durch die wesentlich schwächere Offenhaltungsfeder 22 beschleunigt und schließlich in der Offenstellung gehalten.From Fig. 3 with the open switch position it follows that after relaxation of the drive spring 21, a so-called free flight takes place over a certain axial range. In this phase, the switch is only accelerated by the much weaker hold-open spring 22 and finally held in the open position.

Claims

1. Drive for high-voltage vacuum switching devices in which a switching chamber with a fixed and a movable power supply bolt and attached contact arrangement spring and holding means for moving the contact arrangement from the closed state to the open state and for keeping open at a predetermined stroke are assigned with a parallel connection Two springs, at least one of which is the drive spring, characterized in that the drive spring for the switch-off process itself consists of two parallel springs ( 21 , 22 ), of which the first spring ( 21 ) is a short drive spring with a high spring constant and the second spring ( 22 ) is a long, low spring constant drive spring.

2. Drive according to claim 1, characterized in that the first spring ( 21 ) with high spring constant to accelerate the moving contact ( 14 ) of the con tact arrangement ( 10 ) is provided and that the second spring ( 22 ) the holding force in the open state the contact arrangement ( 10 ) provides.

3. Drive according to claim 2, characterized in that the second spring provides the holding force for the contact arrangement ( 10 ) without latching.