DE3710082C2

DE3710082C2 - Hydraulischer Antrieb für ein Hochspannungsschaltgerät

Info

Publication number: DE3710082C2
Application number: DE19873710082
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Dr Lutz
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Germany; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1987-03-27
Filing date: 1987-03-27
Publication date: 1994-05-19
Anticipated expiration: 2007-03-28
Also published as: EP0283985A3; US4849650A; EP0283985A2; DE3710082A1; JPS63252331A

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Antrieb nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Hochspannungsleistungsschalter werden unter anderem mit hydraulischen Antrieben betätigt, die eine Kolben-Zylinderanordnung aufweisen, von denen der Kolben mit dem beweglichen Schaltstück des Leistungsschaltgerätes verbunden bzw. gekoppelt ist. Der hydraulische Antrieb befindet sich dabei meistens außerhalb der Metallkapselung bzw. außerhalb des Schalterpols, und er ist normalerweise auf Erdpotential angeordnet; die Verbindung zwischen der Kol benstange und dem beweglichen Schaltkontaktstück des Leistungsschalters erfolgt mittels isolierender Antriebsstangen und ggf. weiteren mechanischen Übertragungselementen. Alle diese Übertragungselemente müssen derart gestaltet sein, daß ein spielfreies Beschleunigen und Abbremsen des Schaltstiftes möglich ist. Hierdurch ist der konstruktive Aufwand für einen solchen Leistungsschalter relativ hoch.

Ein hydraulischer Antrieb, bei dem Betätigungseinrichtungen zur Betätigung des Schalters auf Hochspannungspotential angeordnet sind, ist aus der DE-OS 18 07 591 bekannt geworden. Diese Betätigungseinrichtungen befinden sich in einem eigenen Steuerschrank, der auf Hochspannungspotential liegt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen hydraulischen Antrieb der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem der konstruktive mechanische Aufwand verkleinert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.

Erfindungsgemäß also befindet sich die Kolben-Zylinderanordnung zur Betätigung des beweglichen Kontaktstückes, die Fluid-Speicheranordnung und die elektronische Steuereinheit im Inneren des auf Hochspannungspotential befindlichen Leiters, wobei die Anzahl der Speicheranordnungen, d. h. der Speicherräume, der Anzahl der erforderlichen Schalthandlungen entspricht. Die Kompressoreinheit befindet sich auf Erdpotential und die Leitungen, die die Kompressoreinheit mit der Kolben-Zylinderanordnung bzw. der Fluid-Speicheranordnung verbinden, sind als elektrisch isolierende, druckfeste Leitungen ausgebildet.

Bei jeder Schalthandlung ist eine Energie aufzubringen, die zur Beschleunigung aller bewegten Massen sowie zur Lichtbogenlöschung ausreicht. Demgemäß ist die Gesamtenergie

E_SH = 1/2 (M₁ · V₁² + M₂ · V₂² + M₃ · V₃²) + E_L

Hierin sind:

E_SH = Energie der Schaltung
M₁ = bewegte Masse des Antriebes
M₂ = bewegte Masse des Übertragungsgestänges
M₃ = bewegte Masse des Schalters (Schaltkontaktstück, Blaskolben etc.)
E_L = Energie der Lichtbogenlösung
V_i = Geschwindigkeit der Masse M_i (_i = 1, 2, 3)

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist der Abstand vom Kolben zu dem Schaltkontaktstück erheblich reduziert, so daß ein Übertragungsgestänge wegfallen und die entsprechende Masse M₂ zu 0 werden kann. Die geringe vom Antrieb zu liefernde Energie erlaubt eine kleinere Bau weise, so daß die Masse M₁ reduziert wird.

Dadurch, daß der Antrieb dem Leistungsschalterkontakt direkt räumlich zugeordnet ist, ist er aufgeteilt in je einen Antrieb für jede Phase. Dadurch kann die Betätigung der "Teilantriebe" für jede Phase auf die Phasenlage des Stromes im zugehörigen Leiter angepaßt werden. Die bei einem entsprechend der Phasenlage synchronen Schalten benötigte Energie ist bedeutend geringer als die, die bereitzustellen ist, wenn der Schalter unabhängig von der Phasenlage schalten muß. Damit kann der Kompressions- bzw. Gaskolben kleiner gestaltet werden und demgemäß wird auch die zu beschleunigende Masse M₃ des Schalters in oben genannter Formel reduziert.

Zur Ansteuerung der Steuereinheit kann eine zentrale Steuereinrichtung vorgesehen werden, die gemäß dem kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 4 auf Erdpotential liegt und mit der Steuereinheit über Lichtsignale gekoppelt ist.

Im Endeffekt wird der Schalterantrieb deshalb kleiner, weil er dem Schaltkontaktstift räumlich zugeordnet ist und mit diesem auf gleichem Potential liegt und umgekehrt kann er dorthin gelegt werden, weil er kleiner geworden ist.

Die der Steuereinheit zugeführten Signale bzw. die von der Steuereinheit herkommenden Signale sind gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 3 bzw. auch des Anspruches 4 Lichtsignale, die der Steuereinheit über Glasfaserkabel oder durch direkten Lichtstrahl zugeführt bzw. von dieser abgeführt werden, wobei die Betriebsenergie als Lichtenergie übertragen und mittels einer Fotozellenanordnung in elektrische Energie umgewandelt wird und entweder direkt zum Betrieb der Steuereinheit oder zur Aufladung eines elektrischen Speichers (Akkumulators) dient, dessen Energieinhalt dann wiederum zur elektrischen Versorgung der Steuereinheit benutzt wird.

Aus der DE-B 26 31 194 ist eine Anordnung zur Zuführung von Versorgungsenergie an ein Meß- oder Nachrichtengerät bekannt geworden. Die Quelle für die Lichtenergie liegt dort auf Erdpotential und für die Übertragung der Lichtenergie sind optische Leiter in Form von Glasstäben zu verwenden.

Aus der DE 35 44 142 A1 ist ein Isolator bekannt geworden, in dem sich ein Kanal zur Aufnahme eines oder mehrerer optischer Faserkabel befindet. Derartige Isolatoren dienen zum Aufhängen von Hochspannungsleitungen.

Aus der DE 29 01 872 A1 ist eine Hochspannungsisoliereinrichtung mit einem Isolator und mit darin befindlichen Lichtleitern zur Daten- und Nachrichtenübertragung bekannt geworden. Die Meßeinrichtung befindet sich auf Hochspannungspotential, wogegen die Meßwerterfassungseinrichtung auf Niederspannungspotential liegt. Der Lichtleiter ist eine optische Faser, die flexibel und in einer Kunststoffhülle eingebettet ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen zu ent nehmen.

Anhand der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert und beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht durch einen erfindungsgemäßen Schalterantrieb, in einphasiger Ausführung,

Fig. 2 eine Schnittansicht durch eine weitere Ausge staltung des Schalterantriebes,

Fig. 3 eine Schnittansicht durch einen Freiluftschal ter und

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines Frei luftschalters.

Alle vier Zeichnungen sind sehr schematisch dargestellt; einzelne Details und Konstruktionseigenheiten des Schal ters sind nicht dargestellt. Es ist außerdem noch fest zuhalten, daß die Anordnung in den Fig. 1 bis 4 ein phasig dargestellt ist. Es besteht aber problemlos die Möglichkeit, die Erfindung auch bei dreiphasig gekapsel ten Schaltgeräten zu benutzen. In jedem Falle würden die in der Fig. 1 und 2 dargestellten Anordnungen jeweils zu dritt in einer Kapselung untergebracht sein.

Es sei jetzt Bezug genommen auf die Fig. 1.

In einer Metallkapselung 10 befindet sich ein auf Hoch spannungspotential befindlicher Hohlleiter 11, der inner halb der Metallkapselung 10 mittels eines scheibenförmi gen Stützisolators 12 gehalten ist. Dieser Stützisolator 12 kann natürlich auch ein Schottungsisolator sein.

Der Hohlleiter 11 besitzt an einem Ende einen Bereich 13 erweiterten Durchmessers, in dem eine Antriebseinheit 14 untergebracht ist. Mit dieser Antriebseinheit 14 wird ein bewegliches Schaltkontaktstück 15 angetrieben, das mit einem festen Schaltkontaktstück 16 zusammenwirkt und damit einen Hochspannungs-Leistungsschalter bildet. Die Antriebseinheit 14 besitzt eine Kolben-Zylinderanordnung 17, deren Kolben 18 mit dem beweglichen Schaltkontakt stück 15 gekoppelt ist. Im Inneren der Antriebseinheit 14 befinden sich weiterhin Speicherräume 19 für Druck fluid, mit denen die Kolben-Zylinderanordnung 17 betä tigt bzw. angetrieben wird, um das bewegliche Schaltkon taktstück in die Einschalt- bzw. Ausschaltstellung zu verbringen. Zu diesem Zweck sind in der Anordnung nach Fig. 1, 2 Speicherräume für die Einschaltung bzw. Aus schaltung vorgesehen. Die Ansteuerung sowohl der Kol ben-Zylinderanordnung als auch der Speicherräume 19 er folgt mittels elektrisch betätigten Ventilen 20.

Im Inneren des Hohlleiters 11 und angenähert im Bereich 13 mit erweitertem Durchmesser findet sich eine Steuer einheit 21, deren Ausgangssignale über eine Leitung 22 der Antriebseinheit 14 zugeführt werden, um die Ventile 20 anzusteuern. Im Innern des Hohlleiters 11 befindet sich ferner ein elektrischer Speicher 23, der als Batte rie ausgebildet ist und über eine Leitung 24 die Steuer einheit 21 mit elektrischer Energie versorgt.

Die Antriebseinheit 14 ist ein einheitlicher Block, in dem alle zur Betätigung des beweglichen Kontaktstückes 15 erforderlichen Bauelemente zusammengefaßt sind.

Die Aufladung des elektrischen Speichers 23 wird bewirkt von einer Speiseeinheit 25, die eine optische Sendeein heit 26 über eine Leitung 27 versorgt, in welcher opti schen Sendeeinheit 26 Licht erzeugt wird, welches über den Strahlengang 28 einer Fotozelle 29 zugeführt, in der die Lichtenergie in elektrische Energie umgewandelt und über eine Leitung 30 dem elektrischen Speicher 23 zuge führt wird.

Auf Erdpotential befindet sich ein zentrales Steuermodul 31, von dem über eine Glasfaserleitung 32 Steuersignale der Steuereinheit 21 zugeführt werden und das über die Leitungen 36, 37 ebenfalls mit der Kompressoreinheit 33 und der Speiseeinheit 25 verbunden ist. Auf Erdpotential befindet sich also ferner eine Kompressoreinheit 33, die über eine druckfeste Hydraulikleitung 34 unter Druck stehendes Fluid der Antriebseinheit 14 und dort den Speicherräumen 19 zugeführt wird. Parallel dazu verläuft eine Rücklaufleitung 35, mit der verbrauchtes Fluid aus den Speicherräumen 19 bzw. der Kolben-Zylinderanordnung 17 zur Kompressoreinheit wieder zurückgeführt wird.

Wie aus der Fig. 1 also ersichtlich ist, sind alle we sentlichen Teile des Schalters bzw. auch des Antriebes auf Hochspannungspotential angeordnet, wodurch doch eine erhebliche Vereinfachung der Konstruktion und eine erhe bliche Reduzierung der Abmessungen erzielt wird. Die erforderliche Energie zur Betätigung des Schalters bzw. des beweglichen Schaltkontaktstiftes wird auf einen Min destwert reduziert.

Die Versorgungsleitung 34 als auch die Rückflußleitung 35 und die Steuerleitung 32 sind durch den Stützisolator 12 hindurch von Erdpotential auf Hochspannungspotential geführt.

Die Fig. 2 zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltung des Schalters nach Fig. 1. Um den Hohlleiter 11 herum ist ein Stromsensor 38 angeordnet, der über eine Verbin dungsleitung 39 mit der Steuereinheit 21 in Verbindung steht. Durch diese Anordnung der Anbringung des Strom sensors 38 am Leiter 11 läßt sich erreichen, daß die durch die Steuereinheit 21 ausgelöste Betätigung des Antriebskolbens 18 zeitlich synchronisiert mit dem Stromverlauf erfolgen kann, so daß das Schaltgerät nach der Fig. 2 ein Synchronschalter ist. Als Stromsensor 38 kann beispielsweise eine Rogowski-Spule benutzt werden, wie sie in der Parallel-Anmeldung P 37 12 190.1 beschrie ben ist.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung bzw. Anbringung des Antriebes an den Hochspannungsleiter ist in den Fig. 1 und 2 anhand eines SF₆-gasisolierten, metallgekapsel ten Schalters beschrieben worden. Die erfinderische Idee kann auch, wie aus Fig. 3 und Fig. 4 ersichtlich, bei einem Freiluftschaltgerät eingesetzt werden. Dieses Freiluftschaltgerät besitzt ein Basisteil 40, auf dem ein Stützisolator 41 befestigt und aufgebaut ist, der die Schalteinheit 42 trägt bzw. gegenüber Erdpotential isoliert. Die Schalteinheit besteht aus einem ersten Ge häuse 43, an das sich ein Isolierzwischenstück 44 an schließt, welches rohrförmig ausgebildet ist und quer zu der Längsachse des Stützisolators verläuft, wobei an der freien Stirnfläche des Isolierzwischenstücks ein Ab schlußdeckel aus elektrisch leitfähigem Material 45 be festigt ist. Im Inneren des Schalterteiles 42, und zwar im Bereich des Isolierzwischenstückes 44 sind ein in den Abschlußdeckel 45 integriertes Festkontaktstück 46 und ein bewegliches Kontaktstück 47 vorgesehen, welch letz teres mit einer hydraulischen Antriebseinheit 48 verbun den ist, die eine Kolben-Zylinderanordnung 49 aufweist, an deren Kolben 50 das bewegliche Schaltstück 47 ange koppelt ist.

Im Inneren des Gehäuses 43 befindet sich eine der Steu ereinheit 21 entsprechende Steuereinheit 51, die von einer Batterieeinheit 52 gespeist bzw. versorgt wird, welche letztere der Batterieeinheit 23 entspricht. Auf Erdpotential befindet sich eine Kompressoreinheit 53, die über eine Versorgungsleitung 54 und einer Rückflußlei tung 55 mit der Antriebseinheit 48 verbunden ist. Ein zentrales Steuermodul 56 steuert die Steuereinheit 51 an und mittels einer Energieversorgungseinrichtung 57 wird über eine Glasfaserleitung 58 die Batterie 52 mit Ener gie versorgt; die Einheit 57 gibt Licht ab, welches von einer Fotozelle in der Batterieeinheit 52 in elektri schen Strom umgewandelt wird. Auch die Leitung 59, über die die zentrale Steuereinrichtung 56 die Steuereinheit 51 ansteuert, ist als Glasfaserleitung ausgebildet.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß Fig. 4 sind die Fluidleitungen 54, 55 sowie die zur Übertragung der Steuerenergie und der Steuerinformation vorgesehenen Glasfaserleitungen 58, 59 innerhalb eines parallel zu dem Stützisolator 41 verlaufenden Versorgungsstranges 60 geführt. Dadurch läßt sich der Montageaufwand insbeson dere dann vorteilhaft reduzieren, wenn bei höheren Span nungsebenen der Stützisolator 41 unterteilt ist und wenn ggf. der Stützisolator erst auf der Baustelle an die Schalteinheit 42 montiert wird.

Claims

1. Hydraulischer Antrieb zur Betätigung des beweglichen Kontaktstückes (15, 47) eines Hochspannungsschaltgerätes, insbesondere mit einer Kolben-Zylinderanordnung (17, 49), deren Kolben (18, 50) mit dem beweglichen Schaltstück (15, 47) gekoppelt ist, mit einer Fluid-Speicheranordnung (19), aus der unter Druck stehendes Fluid dem Kolben (18, 50) zu dessen Antrieb zuführbar ist, wobei die Antriebskolben-Zylinderanordnung (17, 49) und die Fluid-Speicheranordnung (19) räumlich nahe bei dem beweglichen Kontaktstück (15, 47) auf demselben elektrischen Potential wie dieses befindlich angeordnet ist, mit einer elektronischen Steuereinheit (21, 51) zur Ansteuerung von hydraulischen Stellgliedern (20) der Fluid-Speichereinheit und des Antriebskolbens, die zusätzlich der Verarbeitung und Weiterleitung von Steuersignalen dient und die ebenfalls räumlich nahe bei dem beweglichen Kontaktstück (15, 47) und auf demselben Hochspannungspotential angeordnet ist, und mit einer Kompressoreinheit (33, 53) zur Aufladung der Fluid-Speicheranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben-Zylinderanordnung (17), die Fluid-Speicheranordnung (19) und die elektronische Steuereinheit (21) im Inneren des auf Hochspannungspotential befindlichen Leiters (11) untergebracht sind, daß die Anzahl der Speicheranordnungen (19), d. h. der Speicherräume, der Anzahl der erforderlichen Schalthandlungen entspricht und daß die Kompressoreinheit (33, 53) auf Erdpotential liegt, daß die Leitungen, die die Kompressoreinheit (33, 53) mit der Kolben-Zylinderanordnung (17, 49) bzw. der Fluid-Speicheranordnung (19) verbinden, als elektrisch isolierende, druckfeste Leitungen ausgebildet sind.

2. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Versorgung der Steuereinheit (21, 51) und insbesondere auch zur Ansteuerung der hydraulischen Ventile (20) ein elektrischer Speicher (23, 52) (Batterie) vorgesehen ist, der in räumlicher Nähe zur elektronischen Steuereinheit (21, 51) ebenfalls auf Hochspannungspotential befindlich angeordnet ist.

3. Hydraulischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Versorgung der elektronischen Steuereinheit (21, 51), insbesondere auch die zur Ansteuerung der hydraulischen Ventile (20) und ggf. die zur Aufladung des elektrischen Speichers (23, 52) benötigte Energie als Lichtenergie entweder direkt (Strahlengang 28) oder mittels eines elektrisch isolierenden Glasfaserkabels (58) von einer auf Erdpotential befindlichen Steuerenergie-Speiseeinheit (25, 57) auf Hochspannungspotential übertragen wird, und daß auf Hochspannungspotential Mittel (29) zur Umwandlung der Lichtenergie in elektrische Energie vorgesehen sind.

4. Hydraulischer Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf Erdpotenial befindliche zentrale Steuereinrichtung (31, 56) vorgesehen ist, und daß sowohl die von der zentralen Steuereinrichtung (31, 56) erzeugten Signale für die auf Hochspannungspotential befindliche elektronische Steuereinheit (21, 51) als auch die von der elektronischen Steuereinheit erzeugten, der auf Erdpotential befindli chen zentralen Steuereinrichtung (31, 56) zugeführten Signale Lichtsignale sind, die mittels elektrisch isolierender Glasfaserkabel oder direkt über die elektrisch isolierende Gasstrecke übertragbar sind.

5. Hydraulischer Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromsensor (38) vorgesehen ist, daß die Steuereinheit mit dem Stromsensor (38) elektrisch leitend verbunden ist und daß die von der Steuereinheit ausgelöste Betätigung des beweglichen Schaltstückes (15) zeitlich synchronisiert mit dem Stromverlauf erfolgt.

6. Hydraulischer Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einem Stützisolator (12) zwischen dem Hochspannungsleiter (11) und der Metallkapselung (10), dadurch gekennzeichnet, daß die als Glasfaser ausgebildeten Signalleitungen im Inneren des Stützisolators (12) durch diesen hindurch von Hochspannungspotential zum Erdpotential geführt sind.

7. Hydraulischer Antrieb nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Druckleitung von der Kompressoreinheit zu der Kolben-Zy linderanordnung bzw. zu den Speicherräumen (19) und die Rückführungsleitungen als druckfeste Leitungen ausgebil det durch den Stützisolator (12) hindurchgeführt sind.

8. Hydraulischer Antrieb für ein Freiluftschaltgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem Stützisolator (41) ein isolierender Versorgungsstrang (60) geführt ist, innerhalb dessen die Fluidleitungen (54, 55) und die Leitungen für die Steuerinformation und die Steuerenergie (59, 58) verlegt sind.