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Ventilbetätigungseinrichtung für Kurzzeitenschaltungen von elektrischen
Hochspannungsschaltern mit einem strömenden Druckmittel zum Antrieb und zur Beblasung
der Kontakte Die Erfindung betrifft eine Ventilbetätigungseinrichtung für elektrische
Hochspannungsschalter, insbesondereDruckgasschalter, welche die Zufuhr des strömenden
Druckmittels zum Antrieb und zur Beblasung der Kontakte während einer genau vorbestimmten
Zeitdauer freigibt.
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Bei elektrischen Hochspannungsschaltern, deren Unterbrechungskontakte
durch ein strömendes Druckmittel, insbesondere Druckluft betätigt und beblasen werden,
wird die Zufuhr der Druckluft zur Antriebsvorrichtung und Unterbrechungsstelle durch
ein Ventil geregelt, das von Hand oder durch Fernsteuerung mittels elektrischer
Impulse geöffnet w rd. Bei vorübergehenden Kurzschlüssen und Überströmen können
die Schaltvorgänge innerhalb Bruchteilen von Sekunden sehr rasch aufeinanderfolgen.
Es hat sich dabei als nachteilig erwiesen, die Schaltkontakte jedesmal in eine zur
sicheren Spannungstrennung hinreichende Entfernung zu bringen, da die Antriebsvorrichtungen
der Schalter infolge der dadurch erforderlichen großen Beschleunigungsarbeit hoch
belastet werden und die Lebensdauer der Schalter somit beeinträchtigt wird. Zugleich
entsteht durch mehrmalige Wiederholung solcher Vollschaltungen ein hoher Druckgasverbrauch.
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Man ist deshalb für derartige kurzzeitige Unterbrechungen zur Herabsetzung
des Druckgasverbrauchs und zur Schonung der Antriebsteile des Schalters :dazu übergegangen,
die Unterbrechungskontakte nicht mehr
auf die volle Trennentfernung
auseinand,@rzu7i.ehen. Die Kontakte «erden mir in eine solche Stellung gebracht,
-die zur sicheren Löschung des entstandenen Lichtbogens ausreicht. -Mit der Beseitigung
des Ktirzsclilussc#.s bzw. mit dem Abklingen der Merstromwelle können die Kontakte
dann unter Zurücklegung eines kurzen Schaltweges wieder in die Schließstellung gelangen.
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Zur Erzielung derartig kurzzeitiger Schaltungen ist es bekannt, zugleich
mit dem Öffnen des Ventils einen Luftspeicher aufzufüllen, nach dessen Auftadung
über geeignete Zwischenglieder, wie mechanische oder pneumatische Steuerungen, das
Betätigungsventil für den Antrieb und .die Beblasunä wieder geschlossen wird.Durch
geeignete Bemessung des Volumens des Luftspeichers hat man es in der Hand, die Öffnungszeit
des Betätigungsventils auf .eine bestimmte Dauer zu beschränken. Diese bekannte
Einrichtung ist wie jede pneumatische Verzögerungseinrichtung in gewissem Sinn temperaturabhängig,
da sich die Strömungsgeschwindigkeit des Druckmittels infolge der Schwankungen des
spezifischen Gewichts mit der Temperatur ändert.
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-Die Ventilbetätigungseinrichtung nach der Erfindung, die vorzugsweise
für die angeführten kurzen Unterbrechungsvorgänge gedacht ist, vermeidet deshalb
unter den zur Verzögerung dienenden Mitteln von vornherein solche physikalischen
Größen, die von der Temperatur oder den Druckschwankungen des strömenden Mittels
abhängig sind. Voraussetzung ist dabei nur, daß das Ventil durch den Betätigungsimpuls,
der elektrisch durch ein Überstromrelais oder pneumatisch gegeben werden kann, sicher
geöffnet wird. Die weitere von äußeren Bedingungen unabhängige Verzögerung des Schließvorganges
wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß ein aus einer Feder und einer Masse
bestehender Kraftspeicher, dessen Aufladung mit ,dem öffnungsvorgang erfolgt, in
Bewegung gesetzt wird und nach Zurücklegung eines vorbestimmten Weges und -damit
innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer das Ventil über geeignete Zwischenglieder
wieder zum Schließen bringt. Da das Zusammenwirken der drei Größen: Federspannung,
Weg und Masse, die veränderlich sind und im einzelnen genau festgelegt werden können,
die Schwingungszeit des Systems bedingt, läßt sich die Öffnungszeit des Ventils
und damit die Unterbrechungszeit des Schalters sehr genau ei.nregeln.
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Eine derartig genaue Öffnungszeit bringt nicht nur den Vorteil völliger
Unabbängigkeit von der Impulsdauer. Man kann jetzt auch bei jedem Schaltvorgang
dem Schalter eine genau vorbestimmte Druckinittelmenge zuführen, die zur sicheren
Ausführung des kurzen Schalthubs und zur Lichtbogenlöschung ausreicht. Besonders
zweckmäßig erweist sich das rasche Arbeiten des Ventils bei mehreren kurz aufeinanderfolgenden
Schaltvorgängen, z. B. beim wiederholten Einschalten auf Kurzschluß.
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Besondere Bedeutung erhält die Ventilbetätigungseinrichtung nach der
Erfindung für Freistrahldruckgasschalter, deren Kontakte nachdem Schalten eine freie
Lufttrennstrecke bilden. Die Kontakte dieser Schalter sind beweglich in sog. Schaltköpfen
untergebracht, die von den Schaltarmen getragen werden. Für kurzzeitige Schaltungen
brauchen bei dieser Schaltergattung nur die Kontakte mit Hilfe der Ventilbetätigungsvorrichtung
in die Löschköpfe zurückgezogen werden. während die großen Massen der Löschköpfe
und Schaltarme in Ruhe bleiben.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsheispiel der Erfindung dargestellt.
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'Mit i ist dabei der Druckluftbehälter hezeichnet, der durch den Ventilteller
:2 gegen die Zufuhrleitung 3 .zur Löschstelle abgeschlossen ist. Der Ventilteller
2, der in bekannter Vereise für eine _ sichere Abdichtung ausgebildet ist, wird
von einem Ventilstößel 5 getragen, der in einer geeigneten Führung gleitet. Das
Öffnen des Ventiltellers 2 erfolgt mittels eines geeigneten Winkelhebels 6, der
im Punkt 7 drehbar gelagert ist. Der Winkelhebel 6 wird zweckmäßig durch einen Elektromagneten
8 betätigt, der ferngesteuert ist und dessen Kern g nach dein Ansprechen durch eine
Feder wieder in die Ausgangsstellung gezogen wird.
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Zwischen dem fest im Raum angeordneten Punkt d. und dem vom Ventilstößel
5 getragenen Zapfen io ist ein aus den Teilen i i und 12 bestehendes Kniegelenk
eingehängt, das von der Feder 13 in die Strecklage gezogen wird. Der Teil 12 des
Kniegelenke: umgreift die senkrecht geführte Stange L4 und stellt so die Verbindung
mit dem Kraftspeicher her.
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Der Kraftspeicher besteht aus einer Feder 15, die in einem Gehäuse
16 gelagert ist. Das Gehäuse 16 ist seinerseits ebenfalls verschiebbar angeordnet
und gleitet hierzu in seitlichen Führungen 17. Innerhalb des Federgehäuse 16 gleitet
die Stange rd., die außerhalb des Gehäuses mit Gleitsitz .durch die Masse 18 geführt
ist und innerhalb des Gehäuses finit einem tellerartigen Ansatz i9 versehen ist,
der die Ausdehnung der Feder 15 begrenzt. Am unteren Ende der Stange 14 ist
ein Zapfen 20 eingesetzt, der von einem an seineirr einen Ende gabelförmig ausgebildeten
Hebel 21 umgriffen wird. Dieser Hebel 21 ist im
festen Punkt 22
drehbar gelagert und wird vom Ventilstößel 5 betätigt.
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Die Auslösung des Kraftspeichers erfolgt über die am Gehäuse 16 angebrachte
Nase 23. In diese Nase 23 greift ein abgefederter Hebel 24 mittels einer geeigneten
Verzahnung ein, der über eine an' dem Winkelhebel 6 angelenkte_ Stange 25, die am
Gelenk mit dem Hebel 24 ein Langloch 26 hat, ausgelöst wird.
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Die Arbeitsweise der Betätigungseinrichtung ist folgende: Sofort mit
dem Betätigungsimpuls wird der Magnetkern 9 nach abwärts gezogen. Dabei wird über
.den Winkelhebel 6 der Ventilteller a von seinem Sitz abgehoben, und der Zustrom
des Druckmittels zum Schalter setzt ein. Zugleich mit der Bewegung des Ventilstößels
5 wird das Kniegelenk 1i, i?- unter Mitwirkung der Feder 13 in die Strecklage gezogen.
Dabei gleitet die Gabel von Teil TZ an der Stange 14 entlang und nimmt schließlich
die gestrichelte Stellung ein. Mit dem gleichen Beweggnügsablauf wird auch die Stange
14 vom Hebel 21 gehoben. Hierbei wird,die Feder 15, die sich gegen den oberen Deckel
am Gehäuse 16 und dem tellerartigen Ansatz T9 abstützt, gespannt und hierdurch der
Kraftspeicher in die Arbeitsstellung gebracht.
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Inzwischen. hat sich das Langloch 26 an der Stange 25, die vom Winkelhebel
6 mit der Ventilöffnungsbewegung verschoben wird, gegen den Führungszapfen am Hebel
24 gelegt und durch eine Schwenkung des Hebels 24 die Nase 23 freigegeben. Hierauf
bewegt sich das Gehäuse 16 unter der Spannung der Feder 15 mit der Masse 18 nach
oben und drückt schließlich nach Zurücklegung des Weges s den Kniehebel 12, in ,die
Ausgangslage. Die Sperrlage :des Kniegelenks 1i, 1z ist jetzt beseitigt, und der
Ventilstößel 5 kehrt unter dem Zug der Feder 13 wieder in die Ausgangslage zurück.
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Mit dem gleichen Bewegungsablauf zieht der Hebel 21 die Stange 14
wieder in die Ausgangsstellung. Das Federgehäuse 15 folgt dieser Bewegung unter
dem Druck der Masse 18, so ;daß schließlich die Verzahnung 24 unter Wirkung einer
Abstützfeder wieder mit der Nase 23 in Eingriff kommt und das Gehäuse 16 in dieser
Stellung festhält, bis durch einen erneuten Betätigungsiimpuls. der Winkelhebel
6 das System wieder freigibt.
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Ordnet man den tellerartigen Ansatz T9 an der Stange 14 z. B. mittels
eines Gewindes axial verschiebbar an, so läßt sich hierdurch die Spannung der Feder
und damit die Schwingungszeit des Systems, ohne an den übrigen Größen eine Veränderung
vornehmen zu müssen, sehr leicht verändern. Sollen größere Abweichungen von der
Einstellzeit vorgenommen werden, so empfiehlt es sich, die Masse 18 bzw. den Wegs
zu verändern. Dies kann durch eine entsprechende Wahl des Gewichts bzw. der Bauhöhe
der Masse oder durch regelbare Anschlagstifte am Teil 12 des Kniegelenkes ,geschehen.
Die Einrichtung kann schließlich auch so- getroffen werden, daß der Weg s von der
Masse 18 zweimal durchlaufen werden muß, bevor das Kniegelenk durchgedrückt wird.
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Die Anwendung -der Erfindung ist nicht einzig auf .die erwähnten Kurzzeitenschaltungen
bei Kurzschluß oder Überstrom beschränkt. Ebenso läßt sich die Vorrichtung für willkürliche
und periodische Schaltvorgänge von Schalbern mit Lnchtbogenlöschung durch ein strömendes
Löschmittel verwenden, wie sie z. B. zur Fernsteuerung von Kraftwerkseinrichtungen
mittels elektrischer Impulse über die Phasen .des Starkstromnetzes vorgenommen werden.
Die Schwingungszeit des Verzögerungssystems und damit die Unterbrechungszeit des
Schalters läßt sich auf so kleine Größen einstellen, daß der Betrieb des Starkstromnetzes
durch die kurzzeitigen Unterbrechungen nicht gestört wird.