EP0229918A1 - Antrieb für Hochspannungs-Leistungsschalter - Google Patents

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EP0229918A1
EP0229918A1 EP86116001A EP86116001A EP0229918A1 EP 0229918 A1 EP0229918 A1 EP 0229918A1 EP 86116001 A EP86116001 A EP 86116001A EP 86116001 A EP86116001 A EP 86116001A EP 0229918 A1 EP0229918 A1 EP 0229918A1
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pressure
drive
compressed air
boiler
drive cylinder
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/28—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H33/30—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using fluid actuator

Definitions

  • the invention relates to a pneumatic or hydraulic drive for high-voltage circuit breakers with at least one drive cylinder for actuating one or more switching paths, a compressed air boiler or hydraulic accumulator being connected to the drive cylinder in a valve-controlled manner.
  • circuit breakers In order for a circuit breaker to achieve the required breaking capacity, a certain minimum pressure in the drive boiler is required to operate the drive, which pressure must not be fallen below. Circuit breakers are therefore electrically blocked when the pressure falls below this minimum. On the other hand, circuit breakers are required to be able to perform a sequence of opening and closing operations within a short time that is insufficient for refilling the fluid (e.g. compressed air or oil). In order to make this possible, the compressor or the hydraulic pump or the re-sluicing device for the compressed air boiler or the hydraulic accumulator is controlled in such a way that a substantially higher pressure than the aforementioned minimum pressure is maintained in the boiler for switching off.
  • the fluid e.g. compressed air or oil
  • This control pressure must be at least so high that the boiler pressure at the end of the required switching sequence does not meet the minimum pressure required for switching off falls below.
  • a certain amount of fluid is required for switching on and off. The removal of such an amount of fluid for a switch-on or switch-off causes a pressure drop in the boiler, which is greater the smaller the boiler volume is dimensioned. The difference between the boiler control pressure and the minimum pressure for switching off is therefore greater, the smaller the boiler is dimensioned.
  • the aim is to keep the boiler volume as low as possible.
  • this requires a correspondingly large difference between the control pressure of the boiler as the output pressure for the required switching sequence of the switch and the minimum pressure for switching off.
  • the known compressed air drive has the disadvantage that a corresponding spreading of the drive pressure scale occurs with the reduction in the boiler volume, so that the damping of the on and off movement cannot be optimized for a specific on or off speed. With increasing spreading of the drive pressure scale, the speed range in which the damping of the switching movement has to work increases.
  • the invention is based on the object, even with a small boiler volume, to apply a drive pressure to the drive cylinder which, in spite of short successive switching operations, does not have too great a difference.
  • the object is achieved in that one or more throttles controlled by the pressure of the compressed air boiler or hydraulic accumulator is arranged between the compressed air boiler or hydraulic accumulator and the drive cylinder such that the throttle cross section is fully open at minimum pressure in the compressed air boiler or hydraulic accumulator and that the Throttle cross section is reduced with increasing boiler pressure.
  • the invention has the advantage that the switching speeds remain approximately constant practically independent of the boiler pressure. As a result, the damping of the switching movements can be better optimized. In addition, a reduction in the boiler volume is possible despite the consequent widening of the boiler pressure scale. With the same performance, smaller and thus more economical systems can be built.
  • the optimal goal of pressure control is achieved if the pressure available for a drive unit remains constant as a difference between the boiler pressure and the pressure drop across the throttle, regardless of the boiler pressure.
  • the throttle cross section is fully opened at the minimum pressure in the compressed air boiler or hydraulic accumulator and it is reduced accordingly as the boiler pressure increases.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment in which a throttle 7 is arranged immediately after the compressed air boiler 5.
  • a drive cylinder 1 is actuated by opening a switch-off valve 2 or a switch-on valve 3, so that the corresponding side of a drive piston 4 is pressurized.
  • the respective other valve must actuate a vent 12 assigned to it, so that the pressure difference driving the drive piston 4 occurs.
  • the pressure in the compressed air boiler 5 is regulated by, depending on the pressure, a reflow valve 6 opening a supply line which is at higher pressure (P) or the pressure is supplemented by a compressor 9.
  • An adjustable throttle 7 is provided between the compressed air boiler 5 and the valves 2, 3. Via an actuator 8 controlled by the pressure in the compressed air boiler 5, the throttle cross section is adjusted such that the pressure with which the drive cylinder 4 is acted remains approximately constant above the minimum pressure of the compressed air boiler 5.
  • the controllable throttle 7 can, as shown in FIG. 2, be arranged between the shut-off valve 2 and the drive cylinder 1.
  • only the drive pressure is that of the switch-off serves, regulated;
  • the throttle 8 is arranged in a room without pressure under normal operating conditions.
  • the throttle 7 as a component only has to have a short-term tightness to the outside, since the stress is limited to a pressure pulse during the switch-off process.
  • Another embodiment not shown, provides two throttles controlled by the boiler pressure, which are arranged between the shut-off valve 2 and the drive cylinder 1 and between the turn-on valve 3 and the drive cylinder 1.
  • FIG 3 shows an embodiment in which the pneumatic drive works on the differential piston principle.
  • Switching on takes place by the 3/2-way valve 11 pressurizing the line 13.
  • the differential piston 10 moves because of the different sized areas in the position drawn with solid lines of the switch-on position.
  • the switch-off takes place by the 3/2-way valve 11 blocking the pressure line and connecting the line 13 to the vent 12. Due to the pressure difference, the differential piston 10 moves into the dashed position of the switch-off position.
  • the adjustable throttle 7 is located as in FIG. 1 between the compressed air boiler 5 and the branching of the line, which then leads to the upper and lower ends of the drive cylinder 1.

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  • Fluid-Pressure Circuits (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)

Abstract

Bei Antrieben für Hochspannungs-Leistungsschalter mittels Druckluft oder Hydraulik ist für eine kurzzeitige Folge von Ein- und Ausschaltungen ein solcher Druck im Druckluft­kessel bzw. Hydrospeicher (5) erforderlich, daß am Ende einer solchen Schaltfolge der für eine Ausschaltung erfor­derliche Mindestdruck nicht unterschritten wird. Insbeson­dere bei - aus Gründen der Wirtschaftlichkeit angestrebten - kleinen Druckluftkesseln bzw. Hydrospeichern stehen da­durch unterschiedliche Drücke für die einzelnen Schaltungen einer solchen Schaltfolge bereit. Eine solche Spreizung der Antriebsdruckskala wird dadurch verhindert, daß zwi­schen dem Druckluftkessel bzw. Hydrospeicher (5) und der Antriebseinheit 10 eine Drossel 7 eingebaut wird, deren Querschnitt bei Mindestdruck im Druckluftkessel bzw. Hydro­speicher (5) voll geöffnet ist und sich mit zunehmendem Kesseldruck verringert.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen pneumatischen bzw. hydrauli­schen Antrieb für Hochspannungs-Leistungsschalter mit min­destens einem Antriebszylinder zur Betätigung von einer oder mehreren Schaltstrecken, wobei ein Druckluftkessel bzw. Hydrospeicher ventilgesteuert mit dem Antriebszylinder ver­bunden ist.
  • Damit ein Leistungsschalter die erforderliche Ausschalt­leistung erreicht, ist für die Betätigung des Antriebs ein bestimmter Mindestdruck im Antriebskessel erforderlich, der nicht unterschritten werden darf. Deshalb werden Leistungsschalter bei Unterschreitung dieses Mindestdruckes elektrisch gesperrt. Andererseits wird von Leistungs­schaltern verlangt, daß sie eine Folge von Aus- und Ein­schaltungen innerhalb einer kurzen Zeit, die für ein Nach­füllen des Fluids (z. B. Druckluft oder Öl) nicht ausreicht, ausführen können. Um dies zu ermöglichen, wird der Kompres­sor bzw. die Hydropumpe oder die Nachschleuseinrichtung für den Druckluftkessel bzw. den Hydrospeicher so gesteuert, daß ein wesentlich höherer Druck als der erwähnte Mindest­druck für eine Ausschaltung im Kessel aufrechterhalten wird. Dieser Regeldruck muß mindestens so hoch sein, daß der Kesseldruck am Ende der erforderlichen Schaltfolge den für eine Ausschaltung erforderlichen Mindestdruck nicht unterschreitet. Für eine Aus- bzw. Einschaltung wird eine bestimmte Menge Fluid benötigt. Die Entnahme einer solchen Fluidmenge für eine Ein- od. Ausschaltung bedingt einen Druckabfall im Kessel, der um so höher ist, je kleiner das Kesselvolumen bemessen ist. Der Unterschied zwischen dem Kesselregeldruck und dem Mindestdruck für eine Ausschaltung ist demzufolge um so größer, je kleiner der Kessel bemessen ist.
  • Aus wirtschaftlichen Gründen, wie auch aus Gründen der Schalterabmessungen wird angestrebt, das Kesselvolumen möglichst gering zu halten. Dies bedingt jedoch einen ent­sprechend großen Unterschied zwischen dem Regeldruck des Kessels als Ausgangsdruck für die erforderliche Schalt­folge des Schalters und dem Mindestdruck für eine Aus­schaltung.
  • Aus dem Firmen-Prospekt "Hochleistungsschalter AUTOPNEUMA­TIC" der Firma AEG Aktiengesellschaft, Seite 14, Bild 23, ist ein SF₆-Leistungsschalter bekannt, der durch einen Druckluftantrieb, wie oben beschrieben, betätigt wird.
  • Der bekannte Druckluftantrieb hat den Nachteil, daß mit der Verkleinerung des Kesselvolumens eine entsprechende Spreizung der Antriebsdruckskala auftritt, so daß die Dämpfung der Ein- und Ausschaltbewegung nicht für eine bestimmte Ein- bzw. Ausschaltgeschwindigkeit optimiert werden kann. Mit zunehmender Spreizung der Antriebsdruck­skala nimmt der Geschwindigkeitsbereich zu, in dem die Dämpfung der Schaltbewegung arbeiten muß.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auch bei kleinem Kesselvolumen den Antriebszylinder mit einem Antriebsdruck zu beaufschlagen, der trotz kurz aufeinanderfolgender Schaltvorgänge keine zu große Differenz aufweist.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwi­schen dem Druckluftkessel bzw. Hydrospeicher und dem An­triebszylinder eine oder mehrere von dem Druck des Druck­luftkessels bzw. Hydrospeichers derart gesteuerte Drossel angeordnet ist, daß bei Mindestdruck im Druckluftkessel bzw. Hydrospeicher der Drosselquerschnitt voll geöffnet ist und daß der Drosselquerschnitt mit zunehmendem Kessel­druck verringert wird.
  • Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, daß praktisch unabhängig vom Kesseldruck die Schaltgeschwindigkeiten näherungsweise konstant bleiben. Dadurch kann die Dämpfung der Schaltbewegungen besser optimiert werden. Außerdem ist eine Verkleinerung des Kesselvolumens trotz der daraus folgenden größeren Spreizung der Kesseldruckskala möglich. Bei gleicher Leistung können kleinere und damit wirt­schaftlichere Anlagen gebaut werden.
  • Weiterbildungen der Erfindung, die den Unteransprüchen zu entnehmen sind, ergeben günstige konstruktive Ausgestal­tungen des Antriebs.
  • Das optimale Ziel der Druckregelung wird erreicht, wenn der für eine Antriebseinheit verfügbare Druck als Diffe­renz von Kesseldruck und Druckabfall an der Drossel unab­hängig vom Kesseldruck konstant bleibt.
  • Dazu wird bei Mindestdruck im Druckluftkessel bzw. Hydro­speicher der Drosselquerschnitt voll geöffnet und mit zu­nehmendem Kesseldruck wird er entsprechend verringert.
  • Aus Gründen wirtschaftlicher Ausgestaltung kann jedoch auch eine begrenzte Spreizung der Antriebsdruckskala zuge­lassen werden.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs­beispielen für einen pneumatischen Antrieb erläutert, die zum Teil in den Zeichnungen dargestellt sind, wobei auf weitere Vorteile verwiesen wird. Es zeigen
    • Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel,
    • Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit anderer Anordnung der Drossel und
    • Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel mit Differentialkolben.
  • Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispeil, bei dem eine Drossel 7 unmittelbar nach dem Druckluftkessel 5 angeord­net ist.
  • Ein Antriebszylinder 1 wird betätigt, indem ein Ausschalt­ventil 2 bzw. ein Einschaltventil 3 geöffnet werden, so daß die entsprechende Seite eines Antriebskolbens 4 mit Druck beaufschlagt wird. Gleichzeitig muß das jeweils andere Ventil eine ihm zugeordnete Entlüftung 12 betäti­gen, damit die den Antriebskolben 4 antreibende Druck­differenz zustande kommt.
  • Der Druck im Druckluftkessel 5 wird geregelt, indem wahl­weise druckabhängig ein Nachschleusventil 6 eine unter höherem Druck (P) stehende Zufuhrleitung öffnet oder der Druck durch einen Kompressor 9 ergänzt wird. Zwischen dem Druckluftkessel 5 und den Ventilen 2, 3 ist eine regelbare Drossel 7 vorgesehen. Über ein vom Druck im Druckluft­kessel 5 gesteuertes Stellglied 8 wird der Drosselquer­schnitt so verstellt, daß der Druck, mit dem der Antriebs­zylinder 4 beaufschlagt wird, oberhalb des Mindestdrucks des Druckluftkessels 5 näherungsweise konstant bleibt.
  • Die regelbare Drossel 7 kann auch, wie in Fig. 2 darge­stellt, zwischen dem Ausschaltventil 2 und dem Antriebs­zylinder 1 angeordnet werden. Bei dieser Ausgestaltung wird zwar nur der Antriebsdruck, der der Ausschaltung dient, geregelt; dafür wird die Drossel 8 in einem unter normalen Betriebsbedingungen drucklosen Raum angeordnet. Die Drossel 7 als Bauelement muß lediglich eine kurzzeiti­ge Dichtigkeit nach außen aufweisen, da sich die Be­anspruching auf einen Druckimpuls während des Ausschalt­vorganges beschränkt.
  • Eine weitere, nicht dargestellte Ausführung sieht zwei durch den Kesseldruck gesteuerte Drosseln vor, die zwischen dem Ausschaltventil 2 und dem Antriebszylinder 1 und zwischen dem Einschaltventil 3 und dem Antriebs­zylinder 1 angeordnet sind.
  • Figur 3 zeigt eine Ausführung, bei der der pneumatische Antrieb nach dem Differentialkolbenprinzip arbeitet. Die Einschaltung erfolgt, indem das 3/2-Wege-Ventil 11 die Leitung 13 mit Druck beaufschlagt. Der Differential­kolben 10 bewegt sich wegen der verschieden großen Flächen in die mit durchgezogenen Linien gezeichnete Position der Einschaltstellung.
    Die Ausschaltung erfolgt, indem das 3/2-Wegel-Ventil 11 die Druckleitung sperrt und die Leitung 13 mit der Ent­lüftung 12 verbindet. Durch die Druckdifferenz bewegt sich der Differentialkolben 10 in die gestrichelt gezeich­nete Position der Ausschaltstellung.
  • Bei dieser Ausführung befindet sich die regelbare Drossel 7 wie bei Fig. 1 zwischen dem Druckluftkessel 5 und der Verzweigung der Leitung, die dann an das obere und das untere Ende des Antriebszylinders 1 führt.
  • Der Vorteil dieser Ausführung besteht darin, daß nur ein Ventil erforderlich ist.

Claims (5)

1. Pneumatischer oder hydraulischer Antrieb für Hoch­spannungs-Leistungsschalter mit mindestens einem An­triebszylinder zur Betätigung von einer oder mehreren Schaltstrecken, wobei ein Druckluftkessel bzw. Hydro­speicher ventilgesteuert mit dem Antriebszylinder ver­bunden ist.
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Druckluftkessel bzw. Hydrospeicher (5) und dem Antriebszylinder (1) eine oder mehrere von dem Druck des Druckluftkessels bzw. Hydrospeichers (5) derart gesteuerte Drossel (7) angeordnet ist, daß bei Mindestdruck im Druckluftkessel bzw. Hydrospeicher (5) der Drosselquerschnitt voll geöffnet ist und daß der Drosselquerschnitt mit zunehmendem Kesseldruck ver­ringert wird.
2. Antrieb nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch ein Stellglied (8), das die Drossel (7) in Abhängigkeit zu dem Kesseldruck steuert.
3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Betätigung eines Antriebszylinders (1) ein Einschaltventil (3) und ein Ausschaltventil (2) vorgesehen sind.
4. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Antriebszylinder (1) nach dem Differential­kolbenprinzip arbeitet und durch ein 3/2-Wege-Ventil (11) gesteuert wird.
5. Antrieb nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Drossel (7) zwischen dem Ausschaltventil (2) und dem Antriebszylinder (1) angeordnet ist.
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