DE2235074A1 - Hydraulische betaetigungsvorrichtung fuer einen elektrischen schalter - Google Patents

Hydraulische betaetigungsvorrichtung fuer einen elektrischen schalter

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DE2235074A1 DE2235074A DE2235074A DE2235074A1 DE 2235074 A1 DE2235074 A1 DE 2235074A1 DE 2235074 A DE2235074 A DE 2235074A DE 2235074 A DE2235074 A DE 2235074A DE 2235074 A1 DE2235074 A1 DE 2235074A1
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Description

Hydraulische Betätigungsvorrichtung für einen elektrischen Schalter
Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Betätigungsvorrichtung für einen elektrischen Sehalter, insbesondere-Hochspannungs-Leistungsschalter, mit einem aus einem Diffe·* rentialkolben und einem Zylinder bestehenden Antrieb, der durch eine Hauptventileinrichtung und eine diese steuernde Vorsteuerventileinrichtung mit Druckflüssigkeit beaufschlagbar ist.
Bei einer derartigen hydraulischen Betätigungsvorrichtung besteht die Aufgabe, die Ein- und Ausschaltbefehle möglichst unverzögert auf die beweglichen Schaltstücke des elektrischen Schalters zu übertragen. Insbesondere ist es das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine schleichende Schaltbewegung des Schalters zu verhindern. Eine derartige schleichende Schaltbewegung kann auftreten, wenn der Druck der Druckflüssigkeit soweit absinkt, daß vorhandene federbelastete Hauptventile durch ihre Federkraft in eine Stellung überführt werden, die zu einer Umsteuerung des Antriebes führt, so daß beim Anlaufen der Hydraulikpumpe die Fördermenge direkt die Umsteuerungs-.geschwindigkeit der bewegten Schaltstücke bestimmt.
Erfindungsgemäß weisen die Hauptventileinrichtung und die Vorsteuerventileinrichtung je einen mit Druckflüssigkeit beauf-
schlagbaren Kolben auf, der ebenso wie der Antriebskolben als Differentialkolben ausgebildet ist und in zwei vom Druck der Druckflüssigkeit unabhängige Vorzugslagen überführbar ist. Durch Anwendung der Erfindung ist es möglich, eine schleichende Schaltbewegung zu vermeiden. Bei der Erfindung haben die
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Ventileinrichtungen keine Federn, die bei einer Druckverminderung eine Veränderung der Ventilstellung herbeiführen können. Die Ventile sind ausschließlich durch den Druck der Druckflüssigkeit steuerbar und haben zwei Endstellungen, die unabhängig vom momentanen Druckwert der Druckflüssigkeitjbeibehalten werden,
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der hydraulischen Betätigungsvorrichtung nach der Erfindung ist der Differentialkolben der Hauptventileinrichtung mit einer das Ein- und Auslaßventil des Antriebes starr koppelnden Ventilstange fest verbunden. Auch der Differentialkolben der Vorsteuerventileinrichtung ist bevorzugt mit einer das Ein- und Auslaßventil der Hauptventileinrichtung starr koppelnden Ventilstange fest verbunden. Aus Gründen der Selbsthaltung der eingenommenen Vorzugslage ist vorteilhaft dem Differentialkolben der Vorsteuerventileinrichtung ein Nebenweg für Druckflüssigkeit parallel geschaltet, in dessen Zug eine Drosselstelle eingeschaltet sein kann. Der Differentialkolben der Vorsteuerventileinrichtung ist beispielsweise von federbelasteten, mechanisch und/oder elektrisch betätigten Ventilen steuerbar.
Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die federbelasteten Ventile für die Umsteuerung des Antriebs an eine gemeinsame, Druckflüssigkeit führende Steuerleitung angeschlossen, die den Differentialkolben der Vorsteuerventileinrichtung steuert. In einigen Fällen kann es vorteilhaft sein, das eine federbelastete Ventil über ein Rückschlagventil mit dieser gemeinsamen, die Druckflüssigkeit führenden Leitung zu verbinden.
Der im wesentlichen zylindrische Differentialkolben der Hauptventileinrichtung weist bevorzugt zwei auf gegenüberliegenden Seiten der Ventilstange angeordnete Zusatzkörper auf, die einer beiden Zusatzkörpern gemeinsamen Zylinderausnehmung zu-
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geordnet sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann der Durchmesser des Einlaßventilsitzes für den Antrieb kleiner als der· Differentialkolbendurchmesser der Hauptventileinrichtung gewählt werden.
Die Zusatzkörper verhindern während der Umsteuerung eine direkte Verbindung der Hoch- und Niederdruckseite und vermindern dementsprechend den Verbrauch an Druckflüssigkeit. Die Zusatzkörper ermöglichen große Querschnitte der Ventilbohrungen ohne große Leckverluste.
Der im wesentlichen zylindrische Differentialkolben der Vorsteuerventileinrichtung weist zwei auf gegenüberliegenden Seiten der Ventilstange angeordnete Zusatzkörper auf, die in angepaßten Zylinderbohrungen angeordnet sind. Dabei kann der Durchmesser des Einlaßventilsitzes für die Hauptventileinrichtung kleiner als der Differentialkolbendurchmesser der Vorsteuerventileinrichtung gewählt werden. Eine derartige Ausbildung der Vorsteuerventileinrichtung und der Hauptsteuerventileinrichtung ergibt vorteilhaft die Möglichkeit, daß bei , der Vorsteuerventileinrichtung die geometrischen Abmessungen des Einlaßventiles für die Hauptventileinrichtung in bezug auf die geometrischen Abmessungen.des Auslaßventiles für die Hauptventileinrichtung so bemessen werden können, daß der Differentialkolben der Vorsteuerventileinrichtung zwischen seinen beiden Vorzugslagen eine instabile Lage aufweist, bis •-zu deren Erreichen unabhängig vom Druck der Druckflüssigkeit eine Umsteuerung der Hauptventileinrichtung unterbleibt.
Eine solche Konzeption einer hydraulischen Betätigungsvorrichtung nach der Erfindung ergibt ein sogenanntes tippsicheres Schalten, d.h. sehr kurze Ein- bzw. Aus-Signale, deren Zeiten kleiner als die Gesamtschaltzeit des Schalters sind, können ohne Beeinträchtigung der Schaltgeschwindigkeit ausgeführt werden, auch wenn während der Schaltzeit das Kommando
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unterbrochen wird, vorausge-setzt, daß die instabile Lage des Differentialkolbens der Vorsteuerventileinrichtung durchlaufen wird.
An Hand der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer hydraulischen Betätigungsvorrichtung für einen elektrischen Hochspannungs-Leistungsschalter beschrieben und die Y/irkungsweise erläutert.
Die Figur 1 zeigt eine hydraulische Betätigungsvorrichtung für einen Hochspannungs-Leistungsschalter schematisch in einem. Schnitt, wobei -sich der Schalter in der Ausschaltstel-. lung befindet.
In Figur 2 ist die hydraulische Betätigungsvorrichtung nach Fig. 1 schematisch dargestellt, bei der sich der Schalter in der Einschaltstellung befindet.
In Fig. 1 ist ein elektrischer Leistungsschalter 1 dargestellt, der z.B. als Blaskolbenschalter mit Schwefelhexafluorid als Löschmittel ausgebildet sein kann und bei einer Spannung von 110 kV oder mehr eine Schaltleistung von 5 GVA aufweist. Der Schalter 1 wird von einer hydraulischen Betätigungsvorrichtung 2 betätigt. Die hydraulische Betätigungsvorrichtung 2 weist einen aus einem Differentialkolben 3 und einem Zylinder 4 bestehenden Antrieb 5 auf, der durch eine Hauptventileinrichtung 6 und eine diese steuernde Vorsteuerventileinrichtung 7 mit Druckflüssigkeit beaufschlagbar ist. Die Druckflüssigkeit wird einem Speicher 8 entnommen, in dem mittels einer Pumpe ein vorgegebener Druck aufrechterhalten wird.
Der Differentialkolben 3 des Antriebes 5 ist über eine Kolbenstange 9 mit dem beweglichen Schaltstück des Schalters 1 gekoppelt.
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Die Druckflüssigkeit wird aus dem Speicher 8 über eine Leitung 10 dem Zylinder 4 des Antriebes 5 zugeführt und speist eine Leitung 11, die zur Hauptventileinrichtung 6 führt. Die Leitung 11 ist unmittelbar mit einer Leitung 12 für Druckflüssigkeit verbunden, die einerseits zur Vorsteuerventileinrichtung 7 führt und andererseits in eine Leitung zu einem federbelasteten Ventil 13 (Einschaltventil) mündet.
Sowohl die Hauptventileinrichtung 6 als auch die Vorsteuerventileinrichtung 7 sind Umsteuerventile (Dreiwegeventile).
Die Ventileinrichtung 6 weist einen mit Druckflüssigkeit aus der Leitung 14 beaufschlagbaren Differentialkolben 15 auf, der über die Vorsteuerventileinrichtung 7 in zwei vom Druck der Druckflüssigkeit unabhängige Vorzugslagen überführbar ist. In der einen Vorzugslage wird die großflächige Seite des Differentialkolbens 3 über eine Leitung 16 mit dem Niederdruckraum 17 verbunden, während er in der anderen, aus Figur 2 entnehmbaren Lage mit dem Hochdruck führenden Raum 18, der aus der Leitung 11 gespeist wird, verbunden ist. Zur Umsteuerung des Differentialkolbens 3 ist der Differentialkolben 15 der Hauptventileinrichtung 6 mit einer das Einlaßventil 19 und das Auslaßventil 20 des Antriebes 5 starr koppelnden Ventilstange 21 fest verbunden. Auf gegenüberliegenden Seiten der Ventilstange 21 sind Zusatzkörper 22, 23 angeordnet, die in einer beiden Zusatzkörpern 22, 23 gemeinsamen Zylinderausneh-
■ mung 24 laufen. Die Wirkungsweise der Zusatzkörper 22, 23 ist weiter unten beschrieben.
Der Druck der Druckflüssigkeit in der Leitung 14 wird von der Vorsteuerventileinrichtung 7 gesteuert. Die Vorsteuerventileinrichtung 7 weist einen Differentialkolben 25 auf, der mit einer das Einlaßventil 26 und das Auslaßventil 27 starr koppelnden Ventilstange 28 fest verbunden ist. Auf gegenüberliegenden Seiten der Ventilstange 28 sind Zusatzkörper 29 und
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angeordnet, die in angepaßte Ausnehmungen 31, 32 eingreifen. Die Wirkungsweise der Zusatzkörper 22, 23 wird weiter unten erläutert.
Dem Differentialkolben 25 der Vorsteuerventileinrichtung 7 ist ein Nebenweg 33 zugeordnet, in dessen Verlauf eine Drosselstelle 34 eingeschaltet ist. Der Differentialkolben 25 ist über eine wahlweise Druckflüssigkeit führende Steuerleitung 35 mit Druck beaufschlagbar. An die Leitung 35 sind das federbelastete Ventil 13 über ein Rückschlagventil 36 und ein federbelastetes Ventil 37 (Aus-Ventil) angeschlossen, dessen Ausgang 38 zum Niederdruckraum 17 führt. Von der Vorsteuerventileinrichtung 7 führt eine Leitung 39 zum Niederdruckraum 17. Die federbelasteten Ventile 13, 37 werden von je einem elektromagnetischen Stellglied 40, 41 betätigt, sobald ein Signal zu einer Erregung des entsprechenden Ankers 42 oder 43 führt.
Die Wirkungsweise der beschriebenen hydraulischen Betätigungseinrichtung ergibt sich wie folgt:
Bei Auftreten eines Ein-Signals am elektromagnetischen Stellglied 40 wird der Anker 42 bewegt und das federbelastete Ventil 13 geöffnet. Dadurch gelangt Druckflüssigkeit aus der Leitung 12 über .das Rückschlagventil 36 in die Leitung 35, so daß die unter Druck stehende Druckflüssigkeit den Differential- ■■- kolben 25 verschiebt. Damit wird über die Ventilstange 28 das Einlaßventil 26 geöffnet. Durch die Öffnung des Einlaßventiles 26 gelangt Druckflüssigkeit aus der Leitung 12 in die Leitung 14. Wenn der Differentialkolben 25 die aus Fig. 2 ersichtliche Lage eingenommen hat, kann sich in der Leitung 14 der volle, zum Umsteuern des Differentialkolbens.15 erforderliche Druck aufbauen. In dieser Lage wird der Differentialkolben 25 durch den Nebenweg 33 weiter mit Druck beaufschlagt, so daß sich in der neuen Stellung eine Selbsthaltung ergibt.
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Der in der Leitung 14 anstehende Druck steuert den Differentialkorben 15 um. Dadurch wird das Einlaßventil 19 von seinem Sitz abgehoben und in den Raum 18 hineingeschoben, so daß die Druckflüssigkeit 11 aus dem Raum 18 über die Leitungen 44, 45 die großflächige Seite des Differentialkolbens 3 beaufschlagen kann. Bei voller öffnung des Einlaßventiles 19 wird über die starre Kopplung der Ventilstange 21 das Auslaßventil 20 ge-
sich schlossen. Der Differentialkolben bewegx/unter dem anstehenden Druck der Druckflüssigkeit in die aus Fig. 2 ersichtliche.Lage, in der der Schalter geschlossen ist.
Um den Schalter aus der in Fig. 2 dargestellten Einschaltstellung in die Ausschaltlage zu überführen, ist ein Signal am elektromagnetischen Stellglied 41 erforderlich, das seinen Anker 43 im Sinne einer Öffnung des federbelasteten Ventiles 37 betätigt. Dadurch wird die Druckflüssigkeit führende Leitung 35 geöffnet und mit dem Niederdruckraum 17 verbunden. Die Drosselstelle 34 im Nebenweg 33 ist so bemessen, daß sich in der Leitung 35 bei Öffnung des Ventiles 37 ein Druckabfall ergibt, der gemeinsam mit dem aus der Leitung 12 am Differentialkolben 25 anstehenden Druck zu einer Umsteuerung des Differentialkolbens 25 führt, bis dieser in seine andere, der Figur 1 entsprechende Stellung überführt ist. Dadurch wird das Einlaßventil 26 der Vorsteuerventileinrichtung 7 geschlossen und über das geöffnete Auslaßventil 27 die Leitung 14 über die Leitung 39 mit dem Nied'erdruckraum verbunden.
Der entstehende Druckabfall in der Leitung 14 steuert gemeinsam mit dem den Differentialkolben 15 von der Hochdruckseite her belastenden Druck den Differentialkolben 15 um, der in der der Figur 1 entnehmbaren Lage das Einlaßventil 19 schließt und das Auslaßventil 20öffnet. Der Differentialkolben 3 des Antriebes 5 wird somit unter dem Druck der in der Leitung 10 stehenden Druckflüssigkeit nach unten bewegt. Das dabei verdrängte Volumen der Druckflüssigkeit entweicht über die Leitung 16 in den Niederdruckraum 17.
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Die Wirkungsweise der Zusatzkörper 22, 23 in der Hauptventileinrichtung 6 ergibt sich durch den Abstand ihrer freien Stirnseiten, die von der Ventilstange 21 überbrückt sind, in bezug auf die Länge der beiden Zusatzkörpern 22, 23 gemeinsamen ZyT linderbohrung. Das Verhältnis des Abstandes- der beiden Zusatzkörper 22, 23 voneinander zur Länge der Zylinderbohrung ist so getroffen, daß der Zusatzkörper 22 die Bohrung erst dann verläßt, wenn der Zusatzkörper 23 sich bereits in der Bohrung befindet und umgekehrt. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß während der Umsteuerung des Differentialkolbens 15 eine direkte Verbindung zwischen der Hoch- und Niederdruckseite verhindert und ein erhöhter Verbrauch an Druckflüssigkeit vermieden wird.
Die Zusatzkörper 29» 30 in der Vorsteuerventileinrichtung 7 haben eine im wesentlichen gleiche Aufgabe zu erfüllen.
Unter der Annahme, daß ein Auslösekommando für den Schalter kürzer als die Zeit ist, die der Differentialkolben 25 braucht, um von,einer seiner Vorzugslagen die instabile zu durchlaufen, fällt der Differentialkolben 25 in diese soeben verlassene- Vorzugslage selbsttätig zurück, ohne daß der Differentialkolben 15 der Hauptventileinrichtung in Gang gesetzt wird. Das bedeutet, daß der Differentialkolben 3 des Antriebes 5 von einem derart kurzen Auslösekommando unbeeinflußt seine Stellung beibehält. Erst wenn das Kommando eine Dauer aufweist, die den Differentialkolben 25 der Vorsteuerventileinrichtung 7 eindeutig über seine instabile Lage hinweg treibt, erfolgt eine Umsteuerung der Hauptventileinrichtung 6 und damit des An-, triebes 5.
Sofern der Differentialkolben 25 seine instabile Lage durchlaufen hat, ist es für die Schaltbewegung des Antriebskolbens 3 unerheblich, ob das Auslösekommando noch andauert oder nicht, weil der Differentialkolben unabhängig vom Weiterbestehen
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eines Umsteuerkommandos seine Vorzugslage selbsttätig erreicht und beibehält. .
Die hydraulische Betätigungsvorrichtung nach der Erfindung ist darüber hinaus vorteilhaft so ausgelegt, daß bei einem Druckabfall unter einem vorgegebenen Mindestwert bis auf Null in der die Druckflüssigkeit führenden Leitung die momentane Stellung der Kolben durch eine definierte Reibung beibehalten wird. Diese definierte Reibung kann beispielsweise durch die ohnehin notwendigen Dichtungen durch die Kolben 15 und 25 erzeugt werden.
Durch Anwendung der erfindungsgemäßen hydraulischen Betätigungsvorrichtung ergeben sich eine Reihe von Vorteilen. Diese Vorteile bestehen darin, daß schleichende Schaltbewegungen nicht auftreten können. Ferner ist ein betriebssicheres Schalten möglich, so daß die Ein- und Ausschaltbefehle eindeutig auf die beweglichen Schaltstücke des Leistungsschalters übertragen werden. Die hydraulische Betätigungsvorrichtung ist in der Lage, die Ein- und Ausschaltbefehle unverzögert auf die beweglichen Schaltstücke des Schalters zu übertragen.
13 Ansprüche
2 Figuren
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Claims (13)

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    1^/Hydrauli sehe Betätigungsvorrichtung für einen elektrischen Schalter, insbesondere Hochspannungs-Leistungsschalter, mit einem aus einem Differentialkolben und einem Zylinder bestehenden Antrieb, der durch eine Hauptventileinrichtung und eine diese steuernde Vorsteuerventileinrichtung mit Druckflüssigkeit beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptventile inrichtung (6) und die Vorsteuerventileinrichtung (7) je einen mit Druckflüssigkeit beaufschlagbaren Kolben (15, 25) aufweisen, der ebenso wie der Antriebskolben (3) als Differentialkolben ausgebildet ist und in zwei vom Druck der Druckflüssigkeit unabhängige Vorzugslagen überführbar ist.
  2. 2. Hydraulische Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, da-. durch gekennzeichnet, daß der Differentialkolben (15) der Hauptventileinrichtung (6) mit einer das Ein- (19) und Auslaßventil (20) des Antriebes (5) starr koppelnden Ventilstange (21) fest verbunden ist.
  3. 3. Hydraulische Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Differentialkolben (25) der Vorsteuerventileinrichtung (7) mit einer das Ein- (26) und Auslaßventil (27) der Hauptventileinrichtung (6) starr koppelnden Ventilstange (28) fest verbunden ist.
  4. .„ 4. Hydraulische Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Differentialkolben (25) der Vorsteuerventileinrichtung (7) ein Nebenweg (33) für Druckflüssigkeit parallel geschaltet ist.
  5. 5. Hydraulische Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Zuge des Nebenweges (33) eine Drosselstelle (34) eingeschaltet ist.
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  6. 6. Hydraulische Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 Ms 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Differentialkolben (25) der Vorsteuerventileinrichtung (7) von federtelasteten, mechanisch und/oder elektrisch "betätigten Ventilen (13, 37) steuerbar ist.
  7. 7. Hydraulische Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die federbelasteten Ventile (13, 37) für die Umsteuerung des Antriebes (5) an eine gemeinsame,-Druckflüssigkeit führende Steuerleitung (35) angeschlossen sind, die den Differentialkolben (25) der Vorsteuerventileinrichtung (7) steuert.
  8. 8. Hydraulische Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das eine federbelastete Ventil (13) über ein Rückschlagventil (36) mit der die Druckflüssigkeit führenden Leitung (35) verbunden ist.
  9. 9. Hydraulische Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentlichen zylindrische Differentialkolben (15) der Hauptventileinrichtung (6) zwei auf gegenüberliegenden Seiten der Ventilstange (21) angeordnete Zusatzkörper (22, 23) aufweist, die einer beiden Zusatzkörpern (22, 23) gemeinsamen Zylinderausnehmung (24) zugeordnet sind.
  10. .- 10. Hydraulische Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Einlaßventilsitzes (19) für den Antrieb (5) kleiner als der Differentialkolbendurchmesser (15) der Hauptventileinrichtung (6) ist.
  11. 11. Hydraulische Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentlichen zylindrische Differentialkolben (25) der Vorsteuerventileinrichtung (7) zwei auf gegenüberliegenden Seiten der
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    Ventilstange angeordnete Zusatzkörper (29, 30) aufweist, die in angepaßten Zylinderbohrungen (31, 32) angeordnet sind.
  12. 12. Hydraulische Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Einlaßventilsitzes (26) für die Hauptventileinrichtung
    (6) kleiner als der Differentialkolbendurchmesser (25) der Vorsteuerventileinrichtung (7) ist.
  13. 13. Hydraulische Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Vorsteuerventileinrichtung (7 ) die geometrischen Abmessungen des Einlaßventiles (26) für die Hauptventileinrichtung (6) in bezug auf die geometrischen Abmessungen des Auslaßventiles (27) für die Hauptventileinrichtung (6) so bemessen sind, daß der Differentialkolben (25) der Vorsteuerventileinrichtung
    (7) zwischen seinen beiden Vorzugslagen eine instabile Lage aufweist, bis zu deren Erreichen unabhängig vom Druck der Druckflüssigkeit eine Umsteuerung der Hauptventileinrichtung (6) unterbleibt.
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