DE2235074B2 - Hydraulische Betätigungsvorrichtung für einen elektrischen Schalter - Google Patents
Hydraulische Betätigungsvorrichtung für einen elektrischen SchalterInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Betätigungsvorrichtung für einen elektrischen Schalter,
insbesondere Hochspannungs-Leistungsschalter, mit einem aus einem Differentialkolben \.ηΊ 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
so weit absinkt, daß vorhandene federbelastete Ha'iptventile 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 Umsteuerungsgeschwindigkeit der bewegten Schaltstücke bestimmt.
Erfindungsgemäß weisen die Hauptventileinrichtung und die Vorsteuerventileinrichtung je einen mit
Druckflüssigkeit beaufschlagbaren Kolben auf, der ebenso wie der Antriebskolben als Differentialkolben
ausgebildet ist und in zwei vom Druck der Druckflüssigkeit unabhängige Vorzugslagen überführbar ist, wobei
die eine der Vorzugslagen durch eine selbsthaltende hydraulische Rückkopplung der Vorsteuerventileinrichtung
bewirkt ist und die andere jeweils durch die hydraulische Differenzkraft erzielt ist. Durch Anwendung
der Erfindung ist es möglich, eine schleichende Schaltbewegung zu vermeiden. Bei der Erfindung haben
die Venrileinrichtungen 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 Druckflüssigkeit beibehalten 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 Differentialkoiben
der Vorsteuerventileinrichtung ein Nebenweg für Druckflüssigkeit parallel geschaltet, in dessen
Zug eine Drosselstelle eingeschaltet sein kann. Der :o Differentiaikolben der Vorsieuervcntücinrichiung ist
beispielsweise von federbelasteten, mechanisch und/ oder elektrisch betätigten Ventilen steuerbar.
Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispie! 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 jo mit dieser gemeinsamen, die Druckflüssigkeit führenden
Leitung zu verbinden.
Der im wesentlichen zylindrische Differentialkolben der Hauptventileinrichtung weist bevorzugt zwei auf
gegenüberliegenden Seiten der Ventilstange angeord- )5
nete Zusatzkörper auf, die einer beiden Zusatzkörpern gemeinsamen Zylinderausnehmung zugeordnet 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 c>
ermögliche» große Querschnitte der Ventilbohrungen ohne große Leckverluste.
Der im wesentlichen zylindrische Differentialkclben der Vorsteuerventileinrichtung weist zwei auf gegenüberliegenden
Seiten de*1 Ventilstange angeordnete r.n
Zusatzkörper auf, die in angepaßten Zylinderbohrungen angeordnet sind. Dabei kann der Durchmesser des
Einlaßventilsitzes für die Hauptventileinrichtiing 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 mi
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 μ 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 Einbzw. 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 unterbrochen wird, vorausgesetzt, 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 Wirkungsweise erläutert.
Die F i g. 1 zeigt eine hydraulische Betätigungsvorrichtung für einen Hochspannungs-Leistungsschalter
schematisch in einem Schnitt, wobei sich der Schalter in der Ausschaltstellung befindet.
In Fig. 2 ist die hydraulische Betätigungsvorrichtung
nach Fig. t schematisch dargestellt, bei der sich der Schalter in der Einschaltstellung befin .'et
In Fig.! ist ein elektrischer Leistungsschalter J
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.
Die Druckflüssigkeit wird aus dem Speicher S über eine Leitung 10 dem Zylinder 4 des Antriebes 5
zugeführt und speist eine Leitung 11, die zur Hau;;tventileinrichtung 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
Vorzuragen 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 Fig. 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 Zylinderausnehmung 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 Differentiaikolben 25 auf, der mit einer das Einlaßventil 26 und
das Auslaßventil 27 starr koppelnden Ventilstange 28 fest verbunden ist. Auf gegenüberliegenden Seiten der
Vcntilstange 28 sind Zusatzkörper 29 und 30 angeordnet, die in angepaßte Ausnehmungen 31, 32 eingreifen.
Die Wirkungsweise der Zusatzkörper 22,23 wird weiter uiiten erläutert.
Dem Differentiaikolben 25 der Vorsteucrventileinrichtung 7 ist ein Nebenweg 33 zugeordnet, in dessen
Verlauf eine Drosselstelle 34 eingeschaltet ist. Der Differentiaikolben 25 ist über eine wahlweise Druckflüssigkeit
führende Steuerleitung 35 mit Druck beaufschiagbar. An die Leitung 35 sind das federbelastete
Ventil 13 über ein Rückschlagventil 36 und ein federbclastetes Ventil 37 (Aus-Ventil) angeschlossen,
dessen Ausgang 38 zum Niederdruckraum 17 führt. Von der Vorsteuerventileinrichtung 7 führt eine Leitung 39
/um 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 Differentiaikolben 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 Differentiaikolben 25 die aus F i g. 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 Differentiaikolben
25 durch den Nebenweg 33 weiter mit Druck beaufschlagt, so daß sich in der neuen Stellung eine
Seibsthaitung ergibt.
Der in der Leitung 14 anstehende Druck steuert den Differentiaikolben 15 um. Dadurch wird das Einlaßventil
hineingeschoben, so daß die Druckflüssigkeit 11 aus dem
Raum 18 über die Leitungen 44, 45 die großflächige Seile des Differentialkolbens 3 beaufschlagen kann. Bei
voller öffnung des Einlaßventiles 19 wird über die starre
Kopplung der Ventilstange 21 das Auslaßventil 20 geschlossen. Der Differentialkolben bewegt sich unter
dem anstehenden Druck der Druckflüssigkeit in die aus F i g. 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 Differentiaikolben 25 anstehenden Druck
zu einer Umsteuerung des Differentialkolbens 25 führt bis dieser in seine andere, der Fig. 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 Niederdruckraum verbunden,
s Der entstehende Druckabfall in der Leitung 14 steuert gemeinsam mit dem den Differentiaikolben 15 von der Hochdruckscite her belastenden Druck den Differentiaikolben 15 um, der in der der Fig. I entnehmbaren Lage das Einlaßventil 19 schließt und das
s Der entstehende Druckabfall in der Leitung 14 steuert gemeinsam mit dem den Differentiaikolben 15 von der Hochdruckscite her belastenden Druck den Differentiaikolben 15 um, der in der der Fig. I entnehmbaren Lage das Einlaßventil 19 schließt und das
ίο Auslaßventil 20 öffnet. Der Differentiaikolben 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 eniweic'ni über die Leitung i6 in den
ι-, Niederdruckraum 17.
Die Wirkungsweise der Zusatzkörper 22, 23 in der
rhiuptventileinrichtung 6 ergibt sich durch den Abstand
ihrer freien Stirnseiten, die von der Vcntilslange 21
überbrückt sind, in bezug auf die Länge der beiden
2d Zusatzkörpern 22, 23 gemeinsamen Zylinderbohrung.
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
j-, der Bohrung befindet und umgekehrt. Auf diese Weise
ist sichergestellt, daß während der Umsteuerung des Differentialkolbens 15 eine direkte Verbindung zwischen
des Hoch- und Niederdruckseite verhindert und ein erhöhter Verbrauch an Druckflüssigkeit vermieden
in wird.
Die Zusatzkörper 29, 30 in der Vnrstcuerventileinrichtung 7 haben eine im wesentlichen gleiche Aufgabe
zu erfüllen.
Unter der Annahme, daß ein Auslösekommando für
π den Schalter kürzer als die Zeit ist, die der Differentiaikolben 25 braucht, um von einer seiner
Vorzugslagen die instabile zu durchlaufen, fällt der Diflerentislkolben 25 in diese soeben verlassene
Vorzugslage selbsttätig zurück, ohne daß der Differen-
4Π tialkolben 15 der Hauptventileinrichtung in Gang
gesetzt wird. Das bedeutet, daß der Differentialkolben 3 des Antriebes 5 von einem derart kurzen Auslösekomniando
unbeeinflußt seine Stellung beibehält. ErSi wenn das Kommando eine Dauer aufweist, die den Differen-
j-j tialkolben 25 der Vorsteuerventileinrichtung 7 eindeutig
über seip.e instsbüc Lb47C hinwc7 treibt, erfolgt eine
Umsteuerung der Hauptventileinrichtung 6 und damit des Antriebes 5.
Sofern der Differentiaikolben 25 seine instabile Lage durchlaufen hat, ist es für die Schaltbewegung des
Antriebskolbens 3 unerheblich, ob das Auslösekommando noch andauert oder nicht, weil der Differentiaikolben
unabhängig vom Weiterbestehen 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 der 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 Ausschaltbefehlc 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.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (13)
1. Hydraulische 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 Hauptventileinrichtung (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, wobei die eine der Vorzugslagen durch eine selbsthaltende hydraulische
Rückkopplung der Vorsteuerventileinrichtung bewirkt ist und die andere jeweils durch die
hydraulische Differenzkraft erzielt ist
2. Hydraulische Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch 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. Hydraulische Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Differentialkolben (25) der Vorsteuerventileinrichtung (7) mit einer das Ein- (26) und Auslaßventil (27) in
der Hauptven'ileinrichtung (6) starr koppelnden Ventilstange (28) fest verbunden ist.
4. Hydraulische Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß dem Differentialkoiben (*.5) der Vorsteuer- J5
ventileinrichtung (7) ein Nebenweg (33) für Druckflüssigkeit parallel geschaltet ist.
5. Hydraulische Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Zuge
des Nebenweges (33) eine Drosselstelle (34) eingeschaltet ist.
6. Hydraulische Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Differentialkolben (25) der Vorsteuerventileinrichtung (7) von federbelasteten, mechanisch
und/oder elektrisch betätigten Ventilen (13,37) steuerbar ist.
7. Hydraulische Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
federbelasteten Ventile (13,37) für die Umsteuerung v>
des Antriebes (5) an eine gemeinsame. Druckflüssigkeit führende Steuerleitung (35) angeschlossen sind,
die den Differentialkolben (25) der Vorsteuerventileinrichtung (7) steuert.
8. Hydraulische Betätigungsvorrichtung nach v. Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das eine
federbelastete Ventil (13) über ein Rückschlagventil (36) mit der die Druckflüssigkeit führenden Leitung
(35) verbunden ist.
9. Hydraulische Betätigungsvorrichtung nach mi 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. Hydraulische Betätigungsvorrichtung nach
Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Einlaßventilsitzes (19) für den
Antrieb (5) kleiner als der Differentialkolbendurchmesser(15)derHauptventileinrichtung(6)ist.
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 Verrtilstange
angeordnete Zusatzkörper (29,30) aufweist, die in
angepaßten Zylinderbohrungen (31,32) angeordnet sind.
IZ 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. Hydraulische Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
daS bei der Vorsteuerventiieinriehiüng (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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