DE19913059C2 - Hochspannungsleistungsschalter, insbesondere in dreipoliger Ausführung - Google Patents

Hochspannungsleistungsschalter, insbesondere in dreipoliger Ausführung

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Description

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungsleistungsschalter, insbesondere in dreipoliger Ausführung, wobei jeder Schalterpol mindestens eine Unterbrechereinheit aufweist, deren antreibbarer Schaltkontakt durch eine Schaltstange mittels eines gemeinsamen Schalterantriebes derart betätigbar ist, daß bei einem Einschaltvorgang ein zeitverzögertes Schließen zumindest zwischen den Unterbrechereinheiten von zwei Schalterpolen erfolgt, wobei mindestens die Schaltstange eines ersten Schalterpoles über einen Hebel mit dem Schalterantrieb in Verbindung steht.
Ein derartiger Hochspannungsleistungsschalter geht beispiels­ weise aus der DE 195 24 636 C1 hervor. Dabei werden die an­ treibbaren Schaltkontakte der Unterbrechereinheiten durch einen gemeinsamen Schalterantrieb über Schaltstangen betä­ tigt. Während der antreibbare Schaltkontakt der Unterbre­ chereinheit eines ersten Schalterpoles unmittelbar über die Schaltstange und einen Hebel mit einer Antriebswelle in Ver­ bindung steht, werden die antreibbaren Schaltkontakte des zweiten und dritten Schalterpoles durch diesen Schalterpolen zugeordnete Antriebswellen betätigt. Diese stehen mit der durch den Schalterantrieb betätigbaren Antriebswelle in Verbindung.
Um ein zeitverzögertes Schließen der Unterbrechereinheiten von Schalterpol zu Schalterpol zu erreichen, weisen die He­ bel, die über die Verbindungsstangen miteinander verbunden sind, und der Hebel, der auf der dem ersten Schalterpol zuge­ ordneten Antriebswelle fest gelagert ist, eine ungleiche Länge des wirksamen Hebelarmes auf. Außerdem sind diese Hebel nicht parallel zueinander angeordnet, sondern besitzen eine zueinander angepaßte Winkellage. Durch das zeitverzögerte Schließen der Unterbrechereinheiten wird erreicht, daß bei­ spielsweise Kondensatorbänke beim Nulldurchgang der betreffenden Phasenspannung oder aber Transformatoren beim Auftreten des Maximalwertes der betreffenden Phasenspannung eingeschaltet werden können. Nachteilig ist dabei jedoch, daß dieses durch eine Vielzahl von Hebeln unterschiedlicher Länge erreicht wird. Hinzu kommt, daß ihre Montage auf den Antriebswellen aufwendig ist, da jeder Hebel unter einem anderen Winkel auf den Antriebswellen anzuordnen ist. Außer­ dem erfolgt bei diesem Hochspannungsleistungsschalter aber auch beim Öffnen der Unterbrechereinheiten von Schalterpol zu Schalterpol eine Zeitverzögerung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochspan­ nungsleistungsschalter entsprechend dem Oberbegriff von An­ spruch 1 zu schaffen, durch den bei Reduzierung des Monta­ geaufwandes und bei Verminderung von Bauelementen, beim Ein­ schaltvorgang ein zeitverzögertes Schließen der Unterbre­ chereinheit eines Schalterpoles oder der Unterbrechereinhei­ ten von Schalterpol zu Schalterpol erzielt wird.
Erfindungsgemäß wird dieses dadurch erreicht, daß aus­ schließlich die Schaltstange des zweiten und/oder dritten Schalterpoles mit dem Schalterantrieb mittels bei einem Einschaltvorgang komprimierbarer Federelemente verbunden sind, welche nach der Kontaktgabe expandieren.
Dabei sind gemäß einer vorteilhaften Ausbildung die Federelemente jeweils in einer Ausnehmung einer Buchse angeordnet und durch eine Schulter der Ausnehmung sowie durch eine Schulter eines Bundes einer in die Ausnehmung hineinra­ gende Koppelstange oder aber einer Schaltstange begrenzt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die die Federelemente aufnehmende Buchse ein Lager auf, über das sie mit einem auf der Antriebswelle fest gelagertem Hebel in Verbindung steht, während die in die Ausnehmung der Buchse hineinragende Koppelstange ein zweites Lager aufweist, über das sie mit einem auf einer zweiten Antriebswelle fest gela­ gerten Hebel verbunden ist, wobei die zweite Antriebswelle mit der der Unterbrechereinheit des zweiten Schalterpoles zu­ geordneten Schaltstange in Verbindung steht.
Wird eine solche erste Buchse nur einem Schalterpol eines dreipoligen Hochspannungsleistungsschalters zugeordnet, so wird erreicht, daß ungeerdete Kondensatorbänke optimal ein­ geschaltet werden können. Das besonders deshalb, weil der sprunghafte Anstieg der Spannung der dritten Phase beim synchronen Einschalten aufgrund des zeitversetzten Schließens der Unterbrechereinheit des Schalterpoles vermieden wird, dem die Federelemente zugeordnet sind. Hierbei stehen die Schaltstangen der beiden anderen Schalterpole über Hebel mit der durch den Schalterantrieb betätigbaren Antriebswelle unmittelbar in Verbindung.
Es kann aber auch bei einem synchronen Einschaltvorgang eines dreipoligen Hochspannungsleistungsschalters die hohe dielek­ trische und mechanische Belastung der in einem Drehstromnetz angeschlossenen Betriebsmittel reduziert werden, indem ein zeitverzögertes Schließen der Unterbrechereinheiten von Schalterpol zu Schalterpol erfolgt, so daß die Unterbre­ chereinheiten beim Stromnulldurchgang eingeschaltet werden.
Um dieses zu erreichen, ist in weiterer Ausbildung der Erfin­ dung der ersten Buchse eine zweite, in einer Ausnehmung die Federelemente aufnehmende Buchse axial nachgeordnet, die einerseits indirekt über eine in die Ausnehmung hineinragende Koppelstange starr mit der über das Lager und den Hebel mit der Antriebswelle in Verbindung stehenden ersten Buchse und andererseits über ein Lager mit einem Hebel verbunden ist, der auf einer dritten Antriebswelle fest gelagert ist, die mit der der Unterbrechereinheit des dritten Schalterpoles zugeordneten Schaltstange in Verbindung steht.
Da somit die Schaltstangen von zwei Schalterpolen mit dem Schalterantrieb mittels bei einem Einschaltvorgang kompri­ mierbaren Federelementen verbunden sind, besitzen diese zur Gewährleistung des zeitverzögerten Schließens der Unterbre­ chereinheiten von Schalterpol zu Schalterpol einen unter­ schiedlichen Federweg und/oder eine unterschiedliche Fe­ dercharakteristik. Bei Anwendung von Federelementen mit un­ terschiedlicher Federcharakteristik sind die Federelemente mit der weicheren Federcharakteristik der Schaltstange des Schalterpoles mit der größten Zeitverzögerung bei einem Ein­ schaltvorgang zugeordnet. Als Federelemente können Tellerfe­ dern eingesetzt werden.
Da bei Zuordnung von komprimierbaren Federelementen zu einem zweiten und dritten Schalterpol die in die Ausnehmung der zweiten Buchse hineinragende Koppelstange starr mit der ersten Buchse verbunden ist, die über ein Lager mit der Antriebswelle in Verbindung steht, sind die Federelemente innerhalb der Ausnehmung der zweiten Buchse auf der einen Seite durch eine Schulter eines Bundes der zugehörigen Koppelstange begrenzt. Eine Wegbegrenzung der Federelemente auf der der Schulter des Bundes der Koppelstange gegen­ überliegenden Stirnseite der Buchse erfolgt durch einen hier vorgesehenen Anschlag. Somit wird erreicht, daß bei einem Einschaltvorgang, bei dem die Koppelstange der zweiten Buchse als Zugstange wirkt, in beiden Buchsen ein Komprimieren der Federelemente erfolgt.
Damit bei einem Schaltvorgang die durch den Schalterantrieb verursachte Schaltbewegung übertragen wird, ist auf der zwei­ ten und dritten Antriebswelle jeweils ein weiterer Hebel fest gelagert angeordnet. Diese Hebel stehen mit den Schaltstangen des zweiten und dritten Schalterpoles in Verbindung.
Ausgehend davon daß bei einem Einschaltvorgang die kompri­ mierbaren Federelemente nach der Kontaktgabe expandieren, sind die Buchsen bei Einleitung eines Ausschaltvorganges durch den auf der Antriebswelle festgelagerten Hebel ohne Zeitverzug sofort mitnehmbar. Dieses wird dadurch erreicht, daß bei einem Ausschaltvorgang die Buchse durch das Anliegen des Bundes der Koppelstange an einem auf der der Schulter der Ausnehmung dieser Buchse gegenüberliegenden Stirnseite ange­ ordneten Anschlag mitgenommen wird.
Die durch die Erfindung beabsichtigten Wirkungen werden auch dann erreicht, wenn die die Federelemente aufnehmende Buchse in die Schaltstange des zweiten und/oder dritten Schalterpo­ les integriert ist.
Diese Zuordnung von Buchsen kann ebenfalls sowohl bei einem Schalterpol als auch bei zwei Schalterpolen eines dreipoligen Hochspannungsleistungsschalters erfolgen.
Die Erfindung wird anhand von zwei Ausführungsbeispielen nä­ her erläutert.
In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines dreipoligen Hoch­ spannungsleistungsschalters mit einer im Schnitt gezeigten Einrichtung zum zeitverzögerten Schließen der Unterbre­ chereinheiten von Schalterpol zu Schalterpol und
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines dreipoligen Hoch­ spannungsleistungsschalters mit einer gegenüber Fig. 1 ver­ änderten Anordnung einer Einrichtung zum zeitverzögerten Schließen.
Der in Fig. 1 gezeigte Hochspannungsleistungsschalter be­ sitzt drei Schalterpole 1, 2, 3, von denen jeder eine Unterbre­ chereinheit 4, 5, 6 aufweist. Der antreibbare Schaltkontakt 7, 8, 9 der Unterbrechereinheiten 4, 5, 6 steht mit je einer Schaltstange 10, 11, 12 in Verbindung, über die eine Betätigung der Schaltkontakte 7, 8, 9 durch den Schalterantrieb 13 bei Einleitung eines Schaltvorganges erfolgt. Dabei steht die An­ triebsstange 14 des Schalterantriebes 13 über ein Lager 15 mit einem auf der Antriebswelle 16 fest gelagerten Hebel 17 in Verbindung. Auf dieser Antriebswelle 16 ist ein weiterer Hebel 18 fest gelagert angeordnet, der über ein Lager 19 mit der Schaltstange 11 des Schalterpoles 2 verbunden ist. Somit erfolgt bei Einleitung eines Schaltvorganges durch Drehen der Antriebswelle 16 über den Hebel 17 eine Betätigung des an­ treibbaren Schaltkontaktes 8 der Unterbrechereinheit 5 des Schalterpoles 2 ohne Zeitverzögerung.
Um bei einem Einschaltvorgang die antreibbaren Schaltkontakte 7, 9 der Unterbrechereinheiten 4, 6 der Schalterpole 1, 3 gegen­ über dem antreibbaren Schaltkontakt 8 der Unterbrechereinheit 5 des Schalterpoles 2 zeitverzögert zu betätigen, sind die Schaltstangen 10, 12 der Schalterpole 1, 3 mit dem Schalter­ antrieb 13 mittels bei einem Einschaltvorgang komprimierbarer Federelemente 20, 21 verbunden. Dabei sind die der Schalt­ stange 12 des Schalterpoles 3 zugeordneten Federelemente 20 in einer Ausnehmung 22 einer Buchse 23 angeordnet. Innerhalb der Ausnehmung 22 sind die Federelemente 20 durch eine Schulter 24 eines Bundes 25 einer in die Ausnehmung 22 hineinragenden Koppelstange 26 sowie durch die Schulter 27 der Ausnehmung 22 in ihrem Federweg begrenzt. Die Buchse 23 besitzt ein Lager 28, mit dem sie mit einem auf der An­ triebswelle 16 fest gelagerten Hebel 29 in Verbindung steht. Somit erfolgt durch diesen Hebel 29 bei Betätigung der An­ triebswelle 16 durch den Schalterantrieb 13 eine axiale Verschiebung der Buchse 23. Auch die Koppelstange 26 besitzt ein Lager 30. Über dieses steht die Koppelstange 26 mit einem auf einer zweiten Antriebswelle 31 fest gelagerten Hebel 32 in Verbindung. Auf der zweiten Antriebswelle 31 ist ein wei­ terer Hebel 33 fest gelagert angeordnet, der über das Lager 34 mit der Schaltstange 12 des Schalterpoles 3 verbunden ist. Da der Hochspannungsleistungsschalter gemäß Fig. 1 in der Einschaltstellung dargestellt ist, nehmen auch die Fe­ derelemente 20 innerhalb der Ausnehmung 22 der Buchse 23 eine Lage ein, in der sie expandiert sind. Dabei wird die Koppel­ stange 26 durch Anliegen ihres Bundes 25 an dem Anschlag 35 in ihrem Weg begrenzt. Dadurch ist gewährleistet, daß bei Einleitung eines Ausschaltvorganges auch der Schaltkontakt 9 ohne Zeitverzug betätigt wird. Bei Einleitung eines Ein­ schaltvorganges wird zwar durch den auf der Antriebswelle 16 fest gelagerten Hebel 29 unverzüglich die Buchse 23 axial verschoben, aber eine axiale Verschiebung der Koppelstange 26 erfolgt erst dann, wenn die Federelemente 20 derart kom­ primiert sind, daß über sie eine Mitnahme der Koppelstange 26 erfolgt. Erfolgt diese Mitnahme, so wird über den Hebel 32, die zweite Antriebswelle 31, den Hebel 33 und die Schaltstange 12 auch die Unterbrechereinheit 6 des zweiten Schalterpoles 3 geschlossen. Die Differenz der Zeit zwischen dem Schließen der Unterbrechereinheiten 5, 6 der Schalterpole 2, 3 kann durch Auslegung der Federkörper 20 festgelegt werden.
Wie aus der Fig. 1 weiterhin hervorgeht, ist der ersten Buchse 23 eine zweite Buchse 36 nachgeordnet, die in einer Ausnehmung 37 die bei einem Einschaltvorgang komprimierbaren Federelemente 21 aufnimmt, über die die Schaltstange 10 des Schalterpoles 1 mit dem Schalterantrieb 13 verbunden ist. Diese Buchse 36 steht einerseits indirekt mit der Buchse 23 und andererseits über ein Lager 38 mit einem auf einer dritten Antriebswelle 39 fest gelagerten Hebel 40 in Verbindung. Über einen weiteren, auf der dritten An­ triebswelle 39 fest gelagerten Hebel 41 und über ein Lager 42 ist die Verbindung zu der Schaltstange 10 des Schalterpoles 1 hergestellt. Die in der Ausnehmung 37 zur zweiten Buchse 36 angeordneten Federelemente 21 sind durch eine Schulter 43 eines Bundes 44 einer in die Ausnehmung 37 hineinragenden Koppelstange 45 und durch einen Anschlag 48 begrenzt. Die Koppelstange 45 ist fest mit der Buchse 23 verbunden.
Ausgehend von der Einschaltstellung des Hochspannungslei­ stungsschalters gemäß Fig. 1, wird bei Einleitung eines Aus­ schaltvorganges durch die Buchse 23 auch die zweite Buchse 36 über die Koppelstange 45 und damit über den an der Schulter 46 der Ausnehmung 37 anliegenden Bund 44 ohne Zeitverzug axial verschoben. Das bedeutet, daß auch der antreibbare Schaltkontakt 7 der Unterbrechereinheit 4 des Schalterpoles 1 ohne Zeitverzug betätigt wird. Dabei erfolgt die Betätigung über den Hebel 40, die dritte Antriebswelle 39, den Hebel 41 und durch die Schaltstange 10. Bei einem Einschaltvorgang wird die zweite Buchse 36 durch die Buchse 23 und somit durch die nunmehr als Zugstange wirkende Koppelstange 45 jedoch erst dann mitgenommen, wenn die Komprimierung der Federele­ mente 21 innerhalb der Ausnehmung 37 der Buchse 36 im wesent­ lichen abgeschlossen ist. Erfolgt diese Mitnahme, so wird auch die Unterbrechereinheit 4 des Schalterpoles 1 geschlos­ sen. Damit ein zeitverzögertes Schließen der Unterbrecher­ einheiten 4, 5, 6 der Schalterpole 1, 2, 3 untereinander erfolgt, besitzen die bei einem Einschaltvorgang komprimierbaren Federelemente 20, 21, eine unterschiedliche Federcharakteristik. Sie können auch einen unterschiedlichen Federweg besitzen.
Der Hochspannungsleistungsschalter nach Fig. 2 besteht eben­ falls aus den drei Schalterpolen 1, 2, 3 mit jeweils einer Un­ terbrechereinheit 4, 5, 6. Auch bei diesem Hochspannungslei­ stungsschalter, der in der Einschaltstellung dargestellt ist, steht der antreibbare Schaltkontakt 7, 8, 9 der Unterbre­ chereinheiten 4, 5, 6 jeweils mit einer Schaltstange 10, 11, 12 in Verbindung. Im Gegensatz zu dem Hochspannungsleistungs­ schalter nach Fig. 1 wird bei einem Schaltvorgang jedoch nicht nur der antreibbare Schaltkontakt 8 der Unterbre­ chereinheit 5 des Schalterpoles 3, sondern auch der antreib­ bare Schaltkontakt 9 der Unterbrechereinheit 6 des Schalter­ poles 3 unmittelbar über die Antriebswelle 16 durch den Schalterantrieb 13 betätigt. Dabei steht die Antriebswelle 16 einerseits mit fest auf ihr gelagerten Hebeln 49, 50 in Ver­ bindung, die über die Lager 51, 52 mit den Schaltstangen 11, 12 verbunden sind. Andererseits ist auf der Antriebswelle 16 ein weiterer Hebel 17 fest gelagert angeordnet, der über das La­ ger 15 mit der Antriebsstange 14 des Schalterantriebes 13 verbunden ist, so daß über den Hebel 17 die Antriebswelle 16 durch den Schalterantrieb 13 betätigt wird. Das bedeutet, daß sowohl bei einem Einschaltvorgang als auch bei einem Aus­ schaltvorgang die Unterbrechereinheiten 5, 6 der Schalterpole 2, 3 zur gleichen Zeit schließen bzw. öffnen.
Um gegenüber den Unterbrechereinheiten 5, 6 der Schalterpole 2, 3 ein zeitverzögertes Schließen der Unterbrechereinheiten 4 des Schalterpoles 1 zu erreichen, ist die Schaltstange 10 des Schalterpoles 1 mit dem Schalterantrieb 13 mittels der kom­ primierbaren Federelemente 53 verbunden, die nach der Kon­ taktgabe expandieren. Dabei sind die Federelemente 53 in einer Ausnehmung 54 einer Buchse 55 angeordnet, wobei die Ausbildung der Buchse 55 der Ausbildung der Buchse 23 unter Anordnung der Federelemente 20 nach Fig. 2 entspricht. Anstelle der Koppelstange 26 nach Fig. 1 ragt nunmehr jedoch die Schaltstange 10 des Schalterpoles 1 in die Ausnehmung 54 der Buchse 5 hinein, die somit in die Schaltstange 10 inte­ griert ist. Über das Lager 56 sowie den fest auf der An­ triebswelle 16 gelagerten Hebel 57 ist die Buchse 55 mit der Antriebswelle 16 verbunden.
Innerhalb der Ausnehmung 54 der Buchse 55 sind die Federele­ mente 53 ebenfalls durch eine Schulter 58 eines Bundes 59 der Schaltstange 10 sowie durch die Schulter 16 der Ausnehmung 54 begrenzt. Dabei liegt nach dem Expandieren der Federelemente 53 der Bund 59 der Schaltstange 10 an einem Anschlag 61 an. Somit wird bei Einleitung eines Ausschaltvorganges nicht nur die Buchse 55 durch den Hebel 57 ohne Zeitverzug mitgenommen, sondern auch die Schaltstange 10, so daß auch der antreibbare Schaltkontakt 7 der Unterbrechereinheit 4 des Schalterpoles 1 ohne Zeitverzug betätigt wird. Bei Einleitung eines Ein­ schaltvorganges wird zwar über den Hebel 57 und somit über den Drehpunkt 56 die Buchse 55 auch ohne Zeitverzögerung mitgenommen, eine Mitnahme der Schaltstange 10 erfolgt jedoch erst nach Komprimierung der Federelemente 53, so daß auch ein zeitverzögertes Schließen der Unterbrechereinheit 4 des Schalterpoles 1 gegenüber den Unterbrechereinheiten 5, 6 der Schalterpole 2, 3 erfolgt.
Soll bei diesem Hochspannungsleistungsschalter ein zeitverzö­ gertes Schließen der Unterbrechereinheiten 4, 5, 6 von Schal­ terpol 2, 1 zu Schalterpol 1, 3 erfolgen, so ist beispielsweise die Schaltstange 12 des Schalterpoles 3 ebenfalls mittels bei einem Einschaltvorgang komprimierbarer Federelemente analog der Verbindung der Schaltstange 10 des Schalterpoles 1 mit dem Schalterantrieb 13 verbunden. Dabei besitzen die den Schalterpolen 1, 3 zugeordneten Federelemente jedoch einen un­ terschiedlichen Federweg oder eine unterschiedliche Federcha­ rakteristik.

Claims (4)

1. Hochspannungsleistungsschalter, insbesondere in dreipoliger Ausführung, wobei jeder Schalterpol (1, 2, 3) mindestens eine Unterbrechereinheit (4, 5, 6) aufweist, deren antreibbarer Schaltkontakt (7, 8, 9) durch eine Schaltstange (10, 11, 12) mittels eines gemeinsamen Schalterantriebes (13) derart betätigbar ist, daß bei einem Einschaltvorgang ein zeitverzögertes Schließen zumindest zwischen den Unterbrechereinheiten von zwei Schalterpolen erfolgt, wobei mindestens die Schaltstange (11) eines ersten Schalterpoles (2) über einen Hebel (18, 49) mit dem Schalterantrieb (13) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß ausschließlich die Schaltstange (10, 12) des zweiten und/oder dritten Schalterpoles (3, 1) mit dem Schalterantrieb (13) mittels bei einem Einschaltvorgang komprimierbarer Federelemente (20, 21, 53) verbunden sind, welche nach der Kontaktgabe expandieren.
2. Hochspannungsleistungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (20, 53) in einer Ausnehmung (22, 54) einer Buchse (23, 55) angeordnet und durch eine Schulter (27, 60) der Ausnehmung (22, 54) sowie durch eine Schulter (24, 58) eines Bundes (25, 59) einer in die Ausnehmung (22, 54) hineinragenden Koppelstange (26) oder Schaltstange (10) begrenzt sind.
3. Hochspannungsleistungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Federelemente (53)aufnehmenden Buchsen (55) in die Schaltstangen (12, 10) des zweiten und/oder dritten Schalter­ poles (3, 1) integriert sind.
4. Hochspannungsleistungsschalter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verbindung der Schaltstange (10, 12) von zwei Schalterpo­ len (1, 3) mit dem Schaltantrieb (13) mittels bei einem Ein­ schaltvorgang komprimierbaren Federelementen (20, 21, 53) diese einen unterschiedlichen Federweg und/oder eine unterschiedli­ che Federcharakteristik besitzen, wobei bei Federelementen (20, 21, 53) mit unterschiedlicher Federcharakteristik die Fe­ derelemente mit der weicheren Federcharakteristik der Schalt­ stange des Schalterpoles mit der größten Zeitverzögerung bei einem Einschaltvorgang zugeordnet sind.
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