DE2907714C2

DE2907714C2 - Federantriebsvorrichtung für Hochspannungsschalter

Info

Publication number: DE2907714C2
Application number: DE2907714A
Authority: DE
Inventors: Sven Dipl.-Ing. Ludvika Bachler
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1978-03-09
Filing date: 1979-02-28
Publication date: 1983-02-24
Also published as: CA1114433A; SE413567B; US4256941A; SE7802673L; DE2907714A1; FR2419576A1; BR7901397A; JPS54126967A

Description

Die Erfindung betrifft eine Federantriebsvorrichtung für einen Hochspannungsschalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches I. Eine solche Federantriebsvorrichtung ist im wesentlichen bekannt aus der DE-AS 81556.

Durch die Erfindung soll eine Antriebsvorrichtung für einen schnellen Hochspannungsschalter, vorzugsweise einen SFs-Schaller des Puffertyps, geschaffen werden, bei dem die Zeit zwischen Abgabe des Ausschaltimpulses und der vollzogenen Ausschaltung höchstens zwei Perloden, d. h. 33 ms bei einem 60 Hz-Netz, betrügt.

Zur Ausschaltung von SFs-Schaltem des Puffertyps Ist eine große Betätigungsenergie erforderlich. Da gleichzeitig der Schaltvorgang sehr schnell erfolgen soll, müssen die beweglichen Teile der Antriebsvorrichtung eine mftg= m liehst kleine Masse haben. Eine gewöhnliche Spiralfeder hai wegen der erforderlichen Hublänge eine relativ große Masse. Sie Ist daher als Energiespeicher für eine Antriebsvorrichtung mit den hler genannten Anforderungen nicht geeignet. Man hai daher pneumatische oder h"> lu'lraullsche Antrlebsvoirlchiungen mit unter Druck stehendem Gas als Energiespeicher verwendet. Solche Antriebsvorrichtungen sind wegen der erforderlichen Kompressoren, Pumpen und anderen Hilfsvorrichtungen jedoch sehr aufwendig.

Die Federantriebsvorrichtung gemäß der DE-AS 10 81 556 lsi für einen Schalter für Kurzunterbrechung bestimmt, wobei die Einschaltfeder von der Aufgabe des Spannens der Ausschaltfeder entlastet werden soll und der Aufwand an Verklinkungen gering sein soll. Die hierbei verwendeten Torsionsstäbe werden alle in der gleichen Drehrichtung verdrillt, so daß auf das Teil, In welchem die Endin der Torsionsstabe gelagert sind, ein starkes resultierendes Drehmoment ausgeübt wird, das nach außen hin von einer entsprechend kräftigen Verankerung aufgefangen werden muß. Der bekannte Mechanismus ist so beschaffen, daß die Torsionsstäbe an ihren beiden Enden drehend gelagert sind und abwechselnd in derselben Richtung durch Drehen gespannt und entspannt werden.

Aus der Ch-PS 3 46 597 ist ein Antrieb für Leistungsschalter bekannt, bei welchem der Kraftspeicher für die Ausschaltung aus einer Anordnung aus mehreren parallelen Stäben besieht, die an ihren Enden auf dem Umfang eines Kreises angeordnet sind. Der eine Kreis ist In Form einer Scheibe fest mit einem Gehäuse verbunden, während der andere Kreis auf einer drehbaren Scheibe angeordnet ist. Das Spannen dieser Federanordnung erfolgt durch Verdrehen der einen Scheibe gegenüber der anderen. Die Kraftspeicherung erfolgt dabei also nicht nur durch Verdrillen der einzelnen Stäbe, sondern auch durch Herausbiegen der Längsachse der einzelnen Stäbe aus Ihrer neutralen Lage. Auch bei dieser Anordnung tritt beim Verdrillen ein Reaktionsmoment auf. das von der abstützenden Umgebung aufgenommen werden muß.

Aus der DE-PS 6 73 315 ist ein Antrieb für einen elektrischen Schalter bekannt, bei dem ebenfalls eine Torsionsfeder als Energiespeicher dient. Die Feder ist an Ihrem einen Ende drehbar gelagert und durch ein Handrad spannbar. Das andere Ende is«, mit einer Hohlwelle fest verbunden, die ihrerseiis jedoch drehbar ist. Beim Spannen ist die Hohlwelle festgeklinkt und der Torsionsstab wird durch Drehen am Handrad verdrillt. Beim Erreichen eines bestimmten Verdrillungswinkels wird die festgekllnkte Hohlwelle freigegeben, so daß der Torsionsstab mit seinem bis dahin festgehaltenen Ende in die neue Lage nachdrehen kann und dabei die gespeicherte Energie abgibt. Auch in diesem PaIIc muß das beim Verdrillen auftretende Reaktionsmoment von der abstützenden Umgebung aufgenommen werden. Diese bekannte Anordnung wird durch die DE-PS 6 75 372 In der Weise weiterentwickelt, daß der einzelne Torsionsstab ersetzt wird durch eine Reihe von Stäben, die paarweise an uinem Ende zu Spangen verbunden sind. Die dabei entstehende Torsionsfeder besteht in gleicher Welse aus einzelnen Stäben, wie in der obenerwähnten CH-PS 3 46 597.

Aus der GB-PS 6 39 126 ist eine Federantriebsvorrichtung für Hochspannungsschalter bekannt, bei der eine Isolierstange, welche den beweglichen Kontakt des Schalters trägt, über ein Hebelgestünge von zwei miteinander fluchtenden Torsinnsstänen betätigt. Die dem Hebelgestänge abgewendeten finden der Torsionsfedern sind In je einer Haltevorrichtung gelagert. In der sie sich nicht um ihre Längsachse drehen können. Auch bei dieser Vorrichtung tritt beim Verdrillen tier Torsionsstäbe ein Reaktionsmoment auf. das von der Haltevorrichtung b/w. der sie stützenden Umgebung aufgenommen werden muli.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine leder-

antriebsvorrichtung dc;· eingangs genannten Art zu entwickeln, die sehr schnell schaltet und eine hohe Betatlgungskraft aufbringt, bei der jedoch durch die Verdrillung von Torsionsstaben praktisch kein nach außen hin abzustützendes Reaktionsdrehmoment auftritt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Federantriebsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüuhen genannt.

Gemäß der Erfindung werden als Speicher für die Ausschaltenergie Torsionsstäbe verwendet, die paarweise und mit entgegengesetzter Drehrichtung zueinander arbeiten. Ein Torsionsstab hat zur Speicherung einer gegebenen Energie zwar dieselbe Masse wie eine entsprechende Spialfeder; die Masse des Torsionsstabes behindert jedoch In geringerem Maße eine schnelle Energleeninahme, da diese Masse nahe der Verdrehungsachse des Torsionsstabes konzentriert ist und daher das Trägheltsmoment des Torsionsstabes klein ist.

Dadurch, daß zwei Torsionsstäbe in der Weise zusammenarbeiten, daß sie über den Körper, in dem sie mit ihrem einen Ende fest eingespannt sind, miteinander verbunden sind, und die freien Enden der beiden Stäbe In entgegengesetzter Richtung zueinander verdreht werden, heben sich die Reaktionskräfte und Reaktionsmomente an den Einspannstellen der Torsionsstäbe gegenseitig auf, so daß diese Kräfte nicht von dem Einbaurahmen aufgenommen werden müssen. Der gemeinsame Körper, z. B. ein Querträger, in den die beiden Torsionsstäbe Test eingespannt sind, muß natürlich das Drehmoment der beiden Stäbe aufnehmen können, wobei ein solcher Querträger mil einem Biegemoment belastet wird. Diese Belastung ist jedoch nicht kritisch.

Bei einem SF_t-Schalter ist gewöhnlich unter dem Schaltertank Platz zum Verlegen der Torsionsstäbe vorhanden. Diese können dabei parallel zum Schaltertank und in dessen unmittelbarer Nähe angeordnet werden, wodurch man eine bedeutende Platzersparnis erzielt. Auch bei den meisten Freiluftschaltern anderer Ausführung ist der für die Torsionsstäbe erforderliche Platz vorhanden.

Auch für das Einschalten des Schalten kann ein Federpaar aus Torsionsstäben verwendet werden. Die In diesen Federn zu speichernde Energie wird dabei so groß bemessen, d?ß sie sowohl für die Betätigung des Schalters wie auch zum Spannen der Ausschaltfeder ausreicht. Das System entspricht dabei dem üblichen System für Ölschalter, und die gespeicherte Energie reicht aus für einen AUS-EIN-AUS-Zyk'us.

Anhand des In den Figuren gezeigten Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Flg. 1 In zum Teil perspektivischer Darstellung eine Antriebsvorrichtung gemäß der Erfindung für einen Hochspannungsschalter, und zwar in normaler Betriebslage, d. h. im eingeschalteten Zustand und mit gespannier Einschaltfeder,

Flg. 2 In separater Darstellung die AusEchaltfeder der bo Antriebsvorrichtung,

F^rig. 3 die Antriebsvorrichtung unmittelbar nach dem Ausschalten des Schalters, wobei sich der Einschallmechanismus noch In der Einschaltlage befindet.

Fig. 4 den Schalter in der At'S-Stellung In zum F.inschalten bereiter Lage.

Flg. 5 den Schaller In eingeschalteter Stellung mit entspannter Einschaltfcdcr.

Fig.6 den Schalter in AUS-Stellung, wobei sich der Mechanismus noch in der Elnschaltlage befindet und die Einschaltfeder entlastet ist,

Flg. 7 ur.d 8 eine andere Ausführung der Ausschaüfeder in zwei verschiedenen Stellungen.

Die in den Figuren gezeigte Antriebsvorrichtung hat eine Ausschaltfeder, die aus zwei parallel angeordneten Torsionssläben 1, 2 aus Federstahl besteht, welche, in einen Querträger 3 fest eingespannt sind. Jeder Torsionsstab hat beispielsweise eine Länge von ca. 2 m und einen Durchmesser von ca. 50 mm. Die freien Enden der Stäbe sind über Hebelarme 4, 5 und Stangen 6, 7 mit einem auf einer drehbaren Welle 8 fest angeordneten Schalterarm 9 derart verbunden, daß die beiden Stäbe sich zueinander in entgegengesetzter Richtung verdrehen. Auf der Welle 8 Ist außerdem ein Arm 10 fest angeordnet, der über eine Stange 11 an den beweglichen Kontakt 12 des Schalters angeschlossen ist.

Zum Einschalten des Schalters werden ebenfalls zwei parallel angeordnete Torsionsstäbe 13, 14 verwendet, die fest im Querträger 3 eingespannt sind. Die freien Enden der Stäbe sind über Hebelarme 15, 16 ..«d Stangen 17, 18 mit einem drehbar aul der Welle 8 angeordneten Betätigungsarm 19 verbunden. Bei gespannter Einschaltfeder wird der Arm 19 von einer ortsfest angeordneten Sperrvorrichtung 20, die durch Betätigung eines Einschaltmagnete': 21 gelöst werden kann, festgehalten.

Ein weiterer Arm 22, der nachstehend Einschaltarm genannt wird. Ist drehbar auf der Welle 8 angeordnet und wird in der einen Drehrichtung vom Betätigungsarm 19 beim Einschalten des Schalters und in der anderen Drehrichtung von einer Rückstellfeder 23 beaufschlagt.

Am Einschaltarm 22 ist eine Sperrvorrichtung 24 vorhanden, die aus drei kaskadengeschalteten Rollsperren besteht, die durch Betätigung eines ortsfest angeordneten Ausschaltmagneten 25 gelöst werden können. Bei eingeschaltetem Schalter (Fig. i und 5) ist der Schalterarm 9 mit Hilfe der Sperrvorrichtung 24 mit dem Einschaltarm 22 verbunden. Der Schalter wird von einer ortsfest angeordneten Sperre 26, die den Einschaltarm 22 arretiert, in der Einschaltlage festgehalten. Die Sperre 26 wird beim Ausschalten des Schalters durch den Einfluß einer Stange 27 gelöst, die von einem auf der Welle 8 angebrachten Nocken 28 gesteuert wird. Beim Einschalten des Schalters wird die Sperre 26 von einer Rückstellfeder 29 in ihre Sperrlage zurückgeführt.

Flg. I zeigt die Antriebsvorrichtung in normaler Betriebslage. Der Schaller ist eingeschaltet, und sowohl die Ausschaltfeder 1, 2 wie die Einschaltfeder 13,14 sind gespannt. Wenn ein Belätlgungslmpuls auf den Ausschaltmagneten 25 gegeben wird, so wird die Sperre 24 gelöst und die aus den Torsionsstäben 1, 2 bestehende Ausschaltfeder dreht den beweglichen Kontakt des Schalters schnell in die A.isschaltlage (Flg. 3).

De·, auf der Welle 8 angeordnete Nocken 28 wirkt bei der Ausschaltbewegung auf die Stange 27, welche die Sperre 26 für den Emschaltarm 22 löst. Unter dem Einfluß der Rückstellfeder 23 wird dabei der Einschaltarm 22 im Uhrzeigersinn gedreht, und mit Hilfe der Sperrvorrichtung 24 geht der Einschaltarm 22 In Kupplungseingriff mit dem Schalterarm 9(FIg. 4).

Zum Einschalten des Schalters aus der In FIg, 4 gezeigten Ausschaltlage wird ein Bctätigungsini}.uls auf den Elnschaltmagnelen 21 gegeben, der die Sperrvorrichtung 20 löst. Die aus den Torsionsstiiben 13 und 14 besteher'': Finschalifedcr dreht dabei den Betailg-jng«··- arrn 19. wobei über u. a. den Elnschaitarm 22 und den Schalterarm 9 der Kontakt 12 in die Einschaltlage geführt

wird. Die Sperre 26 geht gleichzeitig In Sperrstellung und sperrt den Flnschaltarm 22 (I Ig 5) Wiihrcnil des F-.lnschaltvorganges wird die Au^dialileder I. 2 gespannt. Der Schaller kann daher unmittelbar nach einem FInschaltcn ausgeschaltet werden (Flg. (>)

Für die Ausschaltbcwegung eines l'ufferschalters wird ein KraCtvcrlauf angestrebt, bei dem zu Beginn eine große Kraft auftritt, um eine schnelle Öffnung drr Kontakte zu erreichen. Danach Ist eine herabgesetzte Kraft /ur Aufrechterhaltung der Kontaktgeschwindigkeit erwünscht und schließlich soll eine sehr große Kraft vorhanden sein, um den l'uffcrdruck Im Fndstadlum /u überwinden.

Indem man zwei Toislonssiilhe .'It, .11 über einen Cielenkarm 32, der zwei auf je einem forslonsslab fest angeordnete llehelarme .1.1, .14 verbindet, mit In iiecluneter Weise gewühlten geometrischen Abmessungen parallel koppelt (F'ig. 7 und X). kann man ein System mit einer resultierenden Federkraft /■'erzeugen, deren Verlauf dem gewünschten Verlauf angenühert ist Die Aussdialtfeder besteht dabei aus vier lorsionsstäben oder aus mehreren parallel arbeitenden (iruppen .ms je vier Tor slonssiaben.

Die Flnschaltfecler wird mit Hilfe einer Spannvorrichtung gespannt, dl- sich automatisch unmi.telbar nach jedem Einschalten in Gang setzt, so dall die \ntriebsvor richtung normalerweise jederzeit tür ein unmittelbares Wicdcrcinschallei bereit Ist. wenn eine Ausschaltung stattfindet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Federantriebsvorrichtung für Hochspannungsschalter mit einer an den beweglichen Kontakt des Schalters gekuppelten Ausschaltfeder, die aus mindestens zwei zusammenarbeitenden. Im wesentlichen parallel zueinander angeordneten Torsionsstäben besteht, die zur Kraftspelcherung um ihre Längsachse verdrehbar und jeweils mit einem Ende fest eingespannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden der Torsionsstäbe (1, 2) derart mit dem beweglichen Kontakt (12) des Schalters gekuppelt sind, daß die zusammenarbeitenden Stäbe (1, 2) eines Paares in entgegengesetzten Richtungen zueinander verdreht werden.

2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Torsionsstabe (1, 2) an ihren freien Enden radial gerichtete Hebelarme (4,5) tragen, die Ober ein Stangensystem (6, 7) die Federkraft auf den beweglichen Kontakt 02) des Schaiiers übertragen.

3. Antriebsvorrichtung für einen in einer länglichen. Im wesentlichen zylindrischen Metallkapsel eingeschlossenen Hochspannungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Torsionsstäbe (1, 2) parallel zu der Kapsel und in deren nahen Umgebung angeordnet sind.

4. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Einschaltfeder zum Ein- so schalten des Schalters und zum Spannen der Ausschaltfeder, dadurch fskennr -lehnet, daß die Einschaltfeder aus Torsionsf'.ilben (13, 14) besteht, die in entsprechender Weise angeordrr: sind, wie die Torsionsstäbe (1, 2) der Ausschalt feder.

5. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dab die Ausschaltfeder mindestens vier Torsionsstäbe (30, 31 usw.) umfaßt, die über Gelenke (32) derart paarweise miteinander verbunden sind, daß am Ende der Ausschaltbewegung eine erhöhte Ausschaltkraft (F) auftritt.