DE3313729C2 - Hochspannungsschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungsschalter gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Ein solcher Schalter ist etwa aus der DE-OS 29 22 913 bekannt. Der bekannte Schalter weist zwei an einem iso­ liert aufgestellten Kopfgehäuse angeordnete Schaltein­ richtungen auf, an deren beweglichen Schaltstücken Be­ tätigungselemente angelenkt sind, welche über Umlenk­ hebel von einem in einen Stützisolator geführten und von einem pneumatischen oder hydraulischen Antrieb verti­ kal bewegten Antriebselement von der Ein- in die Aus- bzw. von der Aus- in die Einschaltstellung geführt werden. Da diese Bewegungen zwischen den zwei Endlagen der Ein- und Ausschaltstellung rasch erfolgen, und da die bewegten Massen je nach Nennstrom und Nennspannung des Schalters erheblich sind, sind zusätzliche Maßnahmen notwendig, um die Bewegungen vor Erreichen der jeweiligen Endlage zu dämpfen.

Ein weiterer Schalter der gattungsgemäßen Art ist in DE 32 01 362 A1 beschrieben. Bei diesem Schalter ist ein bewegliches Schaltstück seiner Kontaktanordnung mit einer Schubstange verbunden. Diese Schubstange wird über ein Hebelgetriebe von einer drehbar gelagerten Antriebswelle betätigt. Das Hebelgetriebe enthält einen mit der Schubstange gelenkig verbundenen, zweiarmigen Zwischenhebel, dessen einer Arm gelenkig mit einem fest auf der Antriebswelle aufsitzenden Triebhebel und dessen anderer Arm gelenkig mit einem an einem festen Punkt gelenkig gelagerten Hilfshebel verbunden ist. Durch geeignet gewählte Hebellängen wird hierbei eine gute Geradführung der Schubstange und ein möglichst günstiges Abstützmoment in der Einschaltstellung erreicht. Der Triebhebel wird von der Antriebsachse in einem vergleichsweise kleinen Winkelbereich gedreht. Daher erfolgt der Vorschub der Schubstange beim Ein- und beim Ausschalten praktisch mit gleichmäßiger Geschwindigkeit. Das bewegliche Schaltstück wird somit mit der vollen Vorschubgeschwindigkeit in seine durch die Ein- und die Ausschaltposition bestimmten beiden Endlagen eingefahren.

Es ist Aufgabe der Erfindung einen Schalter der gattungs­ gemäßen Art zu schaffen, bei dem zusätzliche Dämpfungs­ mittel entbehrlich sind, und welcher eine rasche und sichere Übertragung der Antriebskräfte gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen von Patentan­ spruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Der erfindungsgemäße Schalter zeichnet sich nicht nur durch eine rasche und verzögerungsfreie Übertragung der Antriebskräfte auf die beweglichen Schaltstücke aus, sondern er weist darüber hinaus auch zwei äußerst stabile Totpunktlagen in der Ein- und Ausschaltstellung auf. Ferner benötigt er keine zusätzlichen Dämpfungsmittel, da die Antriebs­ elemente derart angeordnet und ausgebildet sind, daß sie nicht nur die Beschleunigung der beweglichen Schalt­ stücke sondern gleichzeitig auch kurz vor Erreichen der Ein- bzw. Ausschaltstellung deren Dämpfung bewirken.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläu­ tert.

Hierbei zeigt:

Fig. 1 eine Aufsicht auf einen Schnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Hochspannungs­ schalter,

Fig. 2 eine Aufsicht auf einen längs II-II geführten Schnitt durch den Hochspannungsschalter gemäß Fig. 1, bei der sich das als Welle ausgebil­ dete Antriebselement in einer ersten Totpunktlage befindet (Einschaltstellung),

Fig. 3 eine Aufsicht auf einen längs II-II geführten Schnitt durch den Hochspannungsschalter gemäß Fig. 1, bei der sich die Welle um 180° verdreht in einer zweiten Totpunktlage befindet (Ausschaltstellung),

Fig. 4 eine graphische Darstellung des Hubes h der beweglichen Schaltstücke des Hochspannungsschal­ ters gemäß Fig. 1 in Abhängigkeit vom Zylinder­ hub s eines über die Welle auf die Schalt­ stücke wirkenden pneumatischen oder hydrauli­ schen Antriebs,

Fig. 5 eine Vergrößerung des in Fig. 1 strichliert begrenzten Bereichs, bei der sich die Welle in der ersten Totpunktlage befindet,

Fig. 6 eine Aufsicht auf einen in Fig. 5 längs VI-VI geführten Schnitt,

Fig. 7 eine Vergrößerung des in Fig. 1 strichliert begrenzten Bereichs, bei der sich die Welle in der zweiten Totpunktlage befindet, und

Fig. 8 eine Aufsicht auf einen in Fig. 7 längs VIII-VIII geführten Schnitt.

Der in Fig. 1 dargestellte Hochspannungsschalter weist einen auf einem geerdeten metallischen Tragkörper 1 befestigten Stützisolator 2 aus Porzellan oder einem glasfaserverstärkten Kunststoff auf, sowie ein vom Trag­ körper 1 gehaltenes Gehäuse 3, in dem eine Pleuelstan­ ge 4 eines nicht dargestellten pneumatischen oder hydrau­ lischen Antriebs sowie ein mit der Pleuelstange 4 zu­ sammenwirkender Kurbeltrieb 5 eingeschlossen sind. Eine von Lagern 6 und 7 drehbar gehaltene Welle 8 des Kurbeltriebs 5 ist durch den Tragkörper 1 und den Stütz­ isolator 2 in ein metallisches Kopfgehäuse 9 geführt. Am Kopfgehäuse 9 sind zwei von nicht bezeichneten Isolato­ ren umschlossene Schalteinrichtungen 10 und 11 angebracht, in denen sich jeweils ein bewegliches Schaltstück 12 bzw. 13 befindet, welche Schaltstücke längs einer gemein­ samen Achse A verschiebbar angeordnet sind. Die bewegli­ chen Schaltstücke 12 und 13 können von angelenkten Pleueln 14, 15 längs der gemeinsamen Achse verschoben werden. Die Pleuel 14, 15 ihrerseits sind an einer mit der Welle 8 verbundenen Exzenterscheibe 16 angelenkt. Die beweglichen Schaltstücke 12, 13 sind in als Stromzuführung dienenden Lagern 17, 18 in gleitender Weise geführt und arbeiten mit nicht dargestellten feststehenden Schalt­ stücken zusammen. Schalteinrichtungen 10, 11, Kopfgehäuse 9 und Stützisolator 2 sind druckfest ausgebildet und mit einem Isoliermittel, wie beispielsweise Schwefelhexafluo­ rid gefüllt. Die gesamte Anordnung kann aber auch in einem mit einem Isoliermittel gefüllten Gehäuse ange­ ordnet sein.

Die Welle 8 besteht aus zwei Teilwellen 19 und 20. Die an den Kurbeltrieb 5 angelenkte untere Teilwelle 19 und die mit der Exzenterscheibe 16 verbundene obere Teilwelle 20 sind an ihren einander zugewandten Enden jeweils in einer auf der Unter- bzw. Oberseite einer - etwa aus glasfaserverstärktem Kunststoff bestehenden - Isolierstoffplatte 21 angebrachten Armatur 22, 23 abgestützt. Die Armaturen 22, 23 weisen jeweils einen auf der Isolierstoffplatte 21 anliegenden zwei­ armigen Metallträger auf. In der Fig. 1 ist deutlich der Metallträger 24 der Armatur 23 der oberen Teilkurbel­ welle 20 ersichtlich, welcher an seinen Enden auf seiner der Isolierstoffplatte 21 zugewandten Seite mit Zapfen 25, 26 versehen ist. Die Zapfen 25, 26 greifen in Metall­ buchsen 27, 28 ein, welche einander diametral gegenüber­ stehend im Randbereich der Isolierstoffplatte 21 in diese Platte eingelassen sind. Der Träger der Armatur 22 der unteren Teilwelle 19 ist entsprechend aufge­ baut und greift mit seinen Zapfen ebenfalls in Metallbuch­ sen ein, welche im Gegensatz zu den zur Fixierung des oberen Trägers 24 vorgesehenen Metallbuchsen 27, 28 in die Unterseite der Isolierstoffplatte 21 eingelassen sind und derart einander diametral gegenüberstehend angeordnet sind, daß die beiden zweiarmigen Träger der oberen und unteren Armatur 22, 23 senkrecht zueinander stehen. Durch diese Verkupplung der beiden zweiarmigen Träger und damit der Teilwellen 19 und 20 auf der Isolierstoffplatte 21 wird nicht nur eine große Kraftübertragung spiel- und torsionsfrei bei kleiner Trägheit und eine einfache Montage der Welle 8 durch Aufstecken der Isolierstoffplatte 21 auf die untere Teilwelle 19 und durch Aufstecken der oberen Teil­ welle 20 auf die Isolierstoffplatte 21 ermöglicht, sondern gleichzeitig die elektrische Spannung zwischen Erdpotential und dem auf Hochspannungspotential befindli­ chen Kopfgehäuse 9 von der Isolierstoffplatte 21 aufge­ nommen. Wegen der kreuzförmigen Anordnung der Träger wird außerdem der Kriechweg zwischen den auf Hochspan­ nungspotential und den auf Erdpotential befindlichen Teilen der Armaturen 22 und 23 vergrößert.

Aus den Fig. 2 und 3 ist der Aufbau des die Welle 8 antreibenden Kurbeltriebs 5 ersichtlich. Dieser Kurbel­ trieb weist einen um eine feste Achse 29 drehbaren Kurbel­ arm 30 auf, an dessen von der Achse 29 abgewandten Ende die Pleuelstange 4 des nicht dargestellten pneumatischen oder hydraulischen Antriebs sowie eine an einem die Welle 8 antreibenden Kurbelarm 31 angelenkte weitere Pleuelstange 32 drehbar gelagert sind. Die Radien R und r der von den Kurbelarmen 30 und 31 beschriebenen Kreise, die wirksame Länge l der gewinkelt ausgebildeten Pleuelstange 32 und der Abstand der Achsen 29 und 8 der Kurbelarme 30 und 31 sind derart bemessen, daß der Kurbelarm 31 eine Drehung von 180° ausführt, wenn die Kurbel 30 von einer ersten, einen spitzen Winkel mit der Pleuelstange 4 einschließenden Vorzugslage in eine zweite, einen stumpfen Winkel mit der Pleuelstange 4 einschließenden Vorzugslage übergeht und hierbei eine Drehung von ca. 90° ausführt. Eine solche Anordnung und Bemessung des Kurbeltriebs 5 erweist sich insoweit als vorteilhaft, als hierdurch die Winkelgeschwindigkeit der Welle 8 und damit die Antriebsgeschwindigkeit der beweglichen Schaltstücke 12 und 13 außerhalb der beiden die Ein- (Fig. 2) und Ausschaltstellung (Fig. 3) bestimmenden Totpunktlagen beträchtlich erhöht wird, gleichzeitig aber auch zwei sehr stabile Totpunktlagen in der Ein- und Ausschaltstellung erreichbar sind. Dies ist beispielsweise aus Fig. 4 erkennbar, in der der Hub des pneumatisch oder hydraulisch angetriebenen und mit der Pleuelstange 4 gekoppelten Kolbens des Schal­ terantriebs in Abhängigkeit vom Hub h der beweglichen Schaltstücke angegeben ist. Hieraus ist ersichtlich, daß der Antrieb in der Einschaltstellung E und in der Ausschaltstellung A zwei ausgeprägte Totpunktlagen auf­ weist, in der auch bei erheblichem Hub s des hydraulischen oder pneumatischen Antriebs nur ein verhältnismäßig geringer Hub h der beweglichen Schaltstücke 12 und 13 eintritt, wohingegen zwischen diesen beiden Totpunktlagen die beiden Schaltstücke 12 und 13 rasch bewegt werden. Darüber hinaus ist aus Fig. 4 auch zu erkennen, daß die Bewegung der Schaltstücke 12 und 13 vor Erreichen ihrer Endlage zusätzlich stark gedämpft wird, was insbe­ sondere bei Hochspannungsschaltern mit großen bewegten Massen, wie Generatorschaltern, von großem Vorteil ist.

Die Übertragung der Antriebskraft von der Welle 8 auf die beweglichen Schaltstücke 12 und 13 erfolgt - wie aus den Fig. 5 bis 8 zu entnehmen ist - über eine an der oberen Teilwelle 20 angebrachte Exzenter­ scheibe 16 auf zwei gegensinnig gekröpfte Pleuel 14 und 15, welche jeweils an den beweglichen Schaltstücken 12 und 13 drehbar befestigt sind.

In der Einschaltstellung (Fig. 5 und Fig. 6) sind diese beiden Pleuel 14 und 15 in Richtung der Schaltstückachse A gegeneinander versetzt angeordnet. Beim Ausschalten wird die Welle 8 bzw. die Exzenterscheibe 16 im Uhrzeigersinn gedreht. Die Pleuel 14 und 15 gehen über die in Fig. 6 gestrichelt angegebene Position in die in den Fig. 7 und 8 dargestellte Position über. Infolge ihrer gegensinnig gekröpften bzw. gewinkelten Ausbildung können die beiden Pleuel 14 und 15 ohne gegenseitige Behinderung aneinander vorbeilaufen und die Totpunkt­ lage der Ausschaltstellung einnehmen.

Der vorstehend beschriebene Hochspannungsschalter ist vorzugsweise ein Schalter zum Führen von Nennströmen in der Größenordnung von mehr als 8 kA bei Nennspannun­ gen von mehr als 24 kV, wie etwa ein Generatorschalter. Obwohl im Ausführungsbeispiel lediglich ein Schalterpol beschrieben worden ist, ist es ohne weiteres möglich, weitere Pole vom gleichen hydraulischen oder pneumatischen Antrieb schalten zu lassen. Dazu bedarf es lediglich der Weiterführung der Pleuelstange 4 zum nächsten Schal­ terpol, welcher in derselben Weise aufgebaut und ange­ trieben ist wie der im Ausführungsbeispiel beschriebene.

Ein solcher mehrpoliger Hochspannungsschalter weist gegen­ über bekannten mehrpoligen Schaltern zusätzlich den Vorteil auf, daß dank der ausgeprägten Totpunktlagen jedes Pols dessen Endlagen exakt erreicht werden können, so daß bei­ spielsweise bei einem dreiphasigen Schalter mit drei Schal­ terpolen auch bei größeren, herstellungsbedingten Abwei­ chungen der einzelnen Antriebsübertragungselemente unterei­ nander doch stets eine genaue Einhaltung der Ein- und Aus­ schaltstellungen aller drei Phasen gleichzeitig möglich ist.

Claims (5)

1. Hochspannungsschalter mit mindestens einem jeweils auf einem Stützisolator (2) angeordneten Gehäuse (9) und mindestens einer am Gehäuse (9) befestigten Schalteinrichtung (10, 11), deren von einem Betätigungsteil bewegtes Schaltstück (12, 13) mit einem im Stützisolator (2) geführten und von einem Antrieb bewegten Antriebsübertragungselement gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet,
daß das Antriebsübertragungselement als Welle (8) einer von einer ersten Kurbel (30) gesteuerten zweiten Kurbel (31) ausgebildet ist,
daß die erste Kurbel (30) von einer Pleuelstange (4) des Antriebs betätigt ist und über eine weitere Pleuelstange (32) mit der zweiten Kurbel (31) gekoppelt ist, und
daß die Halbmesser (r, R) der Kurbeln (30, 31), die Länge (1) der zwischen den Kurbeln (30, 31) vorgesehenen Pleuelstange (32) und der Abstand der drehbar gelagerten Kurbelachsen (29, 8) derart bemessen sind, daß die zweite Kurbel (31) eine Drehung von ca. 180° ausführt, wenn die erste Kurbel (30) von einer ersten, einen spitzen Winkel mit der Pleuelstange (4) des Antriebs einschließenden Vorzugslage in eine zweite, einen stumpfen Winkel mit der Pleuelstange (4) des Antriebs einschließenden Vorzugslage übergeht.

2. Hochspannungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (8) zwei Teilwellen (19, 20) aufweist, welche auf einer Isolierstoffscheibe (21) abgestützt sind.

3. Hochspannungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Isolierstoffscheibe (21) in ihrem Randbereich auf der Ober- und auf der Unterseite jeweils zwei einander diametral gegenüberstehende Metallbuchsen (27, 28) aufweist.

4. Hochspannungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit zwei am Gehäuse (9) befestigten Schaltein­ richtungen (10, 11), deren bewegliche Schaltstücke (12, 13) längs einer gemeinsamen Achse verschiebbar angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (8) mit einer Exzenterscheibe (16) verbun­ den ist, welche mit den als gegensinnig gewinkelte Pleuel (14, 15) ausgebildeten Betätigungsteilen der beweglichen Schaltstücke (12, 13) gekoppelt ist.

5. Hochspannungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem mehr­ phasigen Schalter mit mindestens zwei auf jeweils einem Stützisolator angeordneten Gehäusen sowie mit mindestens zwei Antriebsübertragungselementen mit jeweils einer ersten Kurbel und einer zweiten, von der ersten gesteuerten Kurbel, die ersten Kurbeln mit dem Antrieb kraftschlüssig verbunden sind.