DE4141564C2 - Antrieb für Schaltgeräte - Google Patents

Description

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

Elektrische Schaltgeräte, vor allem solche für höhere Ströme und Spannungen und hierbei wiederum insbesondere Last- und Leistungsschalter, benötigen wegen ihrer zum Teil erheblichen zu beschleunigenden Massen ihrer beweg­ ten Kontaktglieder sowie des unterschiedlichen Profils der Weg-Zeit-Kennlinie der jeweils verwendeten Lichtbo­ genlöschsysteme, wie Ölströmungs-, Gasströmungs- oder Va­ kuum-Löscheinrichtungen, als Folge der jeweiligen elek­ tro-physikalischen Bedingungen beim Schalten unterschied­ liche und angepaßte Antriebssysteme. Diese sind um so wirksamer, je eher es ihnen gelingt, den jeweils erfor­ derlichen Idealverlauf der Schaltgeschwindigkeit der Schaltglieder über den Schaltweg sicherzustellen.

Man verwendet hierzu Magnet-, Motor- und Federkraft-Speicherantriebe, deren Ener­ gieabgabe an die Schaltglieder der Schalter über veränderliche Hebelarme, Schaltno­ cken, Federn, Dämpfungsglieder und sonstige, den Verlauf der Kraftabgabe sinnvoll verändernden Ankopplungsglieder mehr oder weniger erfolgreich beeinflußt bzw. an­ gepaßt wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die genannten - in der Regel mechanischen - Ankopplungsglieder zur Kraftbedarfsanpassung des Antriebes zu vermeiden.

Die Lösung gelingt mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1.

Nunmehr wird ein elektrisch beeinflußbarer Antriebsmagnet durch Variation der ihm zugeführten elektrischen Energie nach Zeit und/oder Weg gesteuert. Diese Steuerung übernimmt ein Mikroprozessor, in dem schalterabhängig der Energiebedarf entlang des Schaltweges eingespeichert ist.

Ein System zur Betätigung eines Elektromagneten zur Schaltung von Wechselstrom­ kreisen mit einem mit Hilfe eines Rechners in Abhängigkeit von einem Referenzwert gesteuerten Schaltelement ist an sich aus der DE 31 10 314 A1 bekannt. Dort werden als Referenzwert die Perioden in einem durch die Kontakte des Elektromagneten zu schaltenden Wechselstromkreis abgetastet und dadurch das System so gesteuert, daß die Kontakte nach einem Schaltbefehl im wesentlichen in einem einem ersten Null­ durchgang folgenden Nulldurchgang öffnen oder schließen. Dadurch wird erreicht, daß die Schaltkontakte beim Ein- und Ausschalten möglichst geschont werden.

Demgegenüber wird bei der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung der Antriebsma­ gnet so angesteuert, daß dem schalterspezifischen Kraftbedarf Rechnung getragen wird.

Eine typische Kraftbedarfskurve, z. B. für ein Mittelspannungsleistungsschalter mit Gasströmungslöscheinrichtung, sieht etwa beim Ausschalten wie folgt aus:

Während des Kontaktdurchlaufes bis zur Kontakttrennung ist ein erhöhter Kraftbedarf notwendig, danach werden die Kontaktstücke in eine günstige Löschstellung gefahren, die nur mit geringer Geschwindigkeit, d. h. verminderter Antriebsleistung, passiert wird; schließlich beschleunigt der Antrieb die Kontaktstücke wieder bis sie kurz vor der Aus­ schaltstellung auf die Geschwindigkeit Null abgebremst werden.

Für die einzelnen Passagen des Schaltweges wird der An­ triebsmagnet mit einer dem Leistungsbedarf entsprechenden Strom- bzw. Spannungshöhe versorgt. Durch Versuche kann für einen Schaltertyp festgelegt werden, welche elektri­ sche Leistung notwendig ist, um einen bestimmten Schalthub in einer vorbestimmten Zeit zu absolvieren. Es kann auch sinnvoll sein, den Schaltweg durch einen Wegsensor am Schalter zu messen und dem Mikroprozessor einzuspeisen. Dieser kann die Signale für eine Leistungs­ steuerung mitverwenden (Regelkreis) oder aber sie dienen nur der Meldung "Schalterendstellung erreicht" bzw. "Störstellung".

Mechanische Stellglieder sind nunmehr entbehrlich; der benötigte Mikroprozessor ist auf kleinstem Raum unter­ bringbar und relativ preiswert.

Bei dem vorgenannten Beispiel ist davon ausgegangen wor­ den, daß der Magnetantrieb die Schalterwelle direkt an­ treibt. Meist wird jedoch gewünscht, daß zumindest die Ausschaltenergie in einem Kraftspeicher (z. B. Federspei­ cher) vorgehalten wird. Hierbei wirkt der Antriebsmagnet erfindungsgemäß als Bremse und variert die vom Kraft­ speicher abgegebene Energie entsprechend der Weg-Zeit- Kennlinie des Schalters. Die Steuerung erledigt wiederum der Mikroprozessor, der den Umrichter zuvor umgepolt hat. Der Antriebsmagnet arbeitet daher sowohl als gesteu­ erter Antrieb als auch als gesteuerte Bremse. Bei der Einschaltung wird der als Antrieb wirkende Magnet den Kraftspeicher dann mit aufladen. Die Verklinkung des Speichers erfolgt in üblicher Manier.

Magnetantriebe sind in vielfältiger Ausführung denkbar, insbesondere eignen sich Dreh- bzw. Linearmagnete, wobei letztere insbesondere bei Vakuumschaltern Anwendung fin­ den.

Das nachstehende Prinzipschaltbild möge die Erfindung beispielhaft erläutern.

Der dreipolige Hoch- oder Mittelspannungsschalter 1 be­ sitzt einen Verklinkungs- bzw. Auslösemechanismus 2, der die kraftschlüssige Verbindung zu einem Kraftspeicher 3, z. B. einen Federspeicher, herstellt. Andererseits ist die Schalterwelle 5 des Schalters 1 mit dem Antriebsma­ gnet 6 kraftschlüssig verbunden. Letzterer wird von dem Umrichter (Gleich- oder Wechselrichter) 7 mit elektri­ scher Energie versorgt. Das Maß der Versorgung steuert ein Mikroprozessor 8. Ein Wegsensor 9 überwacht den Schaltweg des Schalters 1 und speist die Signale über eine Steuerleitung in den Mikroprozessor 8 mit ein. Bei Serienschaltgeräten kann der Wegsensor 9 entfallen, da die zu beschleunigenden Massen stets gleich sind. Eine weitere Steuerleitung verbindet den Verklinkungsmechanis­ mus 2 mit dem Mikroprozessor 8.

Zum Einschalten gibt der Umrichter 7 - vom Mikroprozessor 8 gesteuert - so viel elektrische Energie an den Magneten 6 ab, daß dieser, entsprechend der vorgegebenen Weg-Zeit- Kurve, den Schalter 1 einschaltet und gleichzeitig den Energiespeicher 3 für mindestens eine Ausschaltung auf­ lädt. Beim Ausschalten wird die gespeicherte Energie des Speichers 3 auf die Schalterwelle 5 abgegeben und der Um­ richter 7 vom Mikroprozessor 8 umgepolt. Nunmehr greift der Magnet 6 nur als Bremsmagnet entsprechend der Weg- Zeit-Kurve des Schalters für die Ausschaltung ein.

Natürlich kann es, insbesondere bei Hochspannungstrenn­ schaltern, so sein, daß der Magnet 6 aktiv die Ein- bzw. Ausschaltung vornimmt, und der Energiespeicher überflüs­ sig ist.

Bei Leistungsschaltern, die einen Kurzunterbrechungs­ zyklus schalten sollen, kann es wiederum so sein, daß der Magnet 6 den Speicher zunächst für mehrere Schalthandlun­ gen auflädt, um beim Entladen für die Ein- bzw. Aus­ schalthandlungen nur bremsend entsprechend der Weg-Zeit- Kennlinie eingreift. Für den letzteren Fall wäre aller­ dings noch eine Schaltabkopplung beim Aufladen des Spei­ chers 3 notwendig, die nicht dargestellt ist.

Claims (6)

1. Antriebsanordnung für elektrische Schalter, ins­ besondere Last- bzw. Leistungsschalter für Mittel- bzw. Hochspannung, die dem Kraftbedarf des Schalters nach Zeit und/oder Weg angepaßt ist, gekennzeichnet durch die Ver­ wendung eines Antriebsmagneten (6), dessen die Energie­ versorgung bewerkstelligender Umrichter (7) von einem Mi­ kroprozessor (8) gesteuert wird, in dem der schalterspe­ zifische Kraftbedarf nach Weg und/oder Zeit gespeichert ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß bei Entnahme der Antriebsenergie aus einem Kraftspeicher (3) der Antriebsmagnet (6) durch Umpolung (Strom- bzw. Spannungsumkehr) des Umrichters (7) als Bremsmagnet gesteuert wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Antriebsmagnet (6) ein Hubmagnet ver­ wendet wird.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Antriebsmagnet (6) ein Drehmagnet ver­ wendet wird.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor (8) die Strom- oder die Spannungsabgabe des Umrichters (7) steu­ ert.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der Schaltweg des Schalters (1) vom Mikroprozessor (8) überwacht wird, der mit einem Wegsensor (9) des Schalters (1) in Verbindung steht.