EP0241816A1 - Hydraulischer Antrieb für ein elektrisches Schaltgerät - Google Patents

Hydraulischer Antrieb für ein elektrisches Schaltgerät Download PDF

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EP0241816A1
EP0241816A1 EP87104891A EP87104891A EP0241816A1 EP 0241816 A1 EP0241816 A1 EP 0241816A1 EP 87104891 A EP87104891 A EP 87104891A EP 87104891 A EP87104891 A EP 87104891A EP 0241816 A1 EP0241816 A1 EP 0241816A1
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hydraulic
hydraulic drive
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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
    • H01H33/34—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using fluid actuator hydraulic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/60—Circuit components or control therefor
    • F15B2211/625—Accumulators

Definitions

  • the invention is based on a hydraulic drive device according to the first part of patent claim 1.
  • the invention relates to a state of the art of hydraulic drive devices, as described, for example, in German Patent No. 21 64 759 or in European Patent No. 0 061 786.
  • the known drive devices each have a hydraulic fluid reservoir, the energy of which is quickly stored and is usually stored with the aid of compression springs or highly compressed gas is used for rapid actuation of the contact arrangement of the switching device. Since the available hydraulic fluid reservoirs have a volume filled with hydraulic fluid and at least partially with gas, leaks at the boundary between these two volumes cannot be ruled out in such reservoirs, as a result of which the availability of the hydraulic drive and thus of the switching device may be considerably impaired.
  • the invention as characterized in the claims, is based on the task of a hydraulic To create drive device, which is characterized by simple and robust construction and at the same time ensures high availability of the electrical switching device driven thereby.
  • the hydraulic drive device according to the invention is characterized by a simple structure, great economy and low maintenance requirements. In addition, it is particularly advantageously adapted to the needs of electrical switching devices with regard to high availability and a comparatively small number of drive processes.
  • the single figure shows a basic circuit diagram of a hydraulic drive device according to the invention.
  • lines under high pressure are thick and temporarily or continuously thin under lines under low pressure.
  • a contact arrangement, designated 1 in the figure, of an electrical high-voltage switching device is actuated via a piston rod 2 of a hydraulic piston-cylinder arrangement 3.
  • the piston-cylinder arrangement 3 has a working cylinder 4 and a differential piston 5.
  • the smaller hydraulically effective area of the differential piston 5 delimits a working cylinder space 6, the larger hydraulically effective area, on the other hand, defines a working cylinder space 7 of the piston-cylinder arrangement 3.
  • 8 denotes a hydraulic fluid reservoir which is permanently connected to the working cylinder space 6.
  • This hydraulic fluid reservoir 8 has an almost constant storage volume filled with a comparatively well compressible hydraulic fluid.
  • Well compressible hydraulic fluids are, for example, mineral or silicone oil, the volumes of which are approx. 4.5 - 5.5% or 7-10% lower at 1000 bar than at 1 bar.
  • the storage volume is generally filled exclusively with the hydraulic fluid, however, with regard to an increase in the energy storage capacity of the hydraulic fluid storage 8, it may be advantageous to introduce a comparatively small proportion of a highly compressible mass into the storage volume.
  • a mass can be, for example, closed-pore silicone rubber.
  • the storage volume of the hydraulic fluid reservoir 8 is generally dimensioned such that the pressure loss in the hydraulic fluid reservoir 8 is at most 25% of the maximum permissible reservoir pressure due to the hydraulic fluid volume supplied to the first or second working cylinder chamber 6, 7 when the switching device is actuated. This means that when using a mineral oil with a volume reduction of 5% at 1000 bar, approx. 130 ml hydraulic fluid is available to carry out a switching operation in a 10 l tank with a permissible storage pressure of 1000 bar.
  • This low-pressure accumulator 13 has a gas cushion under slight positive pressure, the volume of which is dimensioned such that it is at a pressure equalization between the hydraulic fluid accumulator 8 and the low-pressure accumulator 13 at the maximum permissible temperature under a pressure of a few, for example 2-3, bar .
  • There is also an overpressure between the hydraulic fluid reservoir and the low-pressure reservoir Valve 14 is provided, which causes a pressure relief of the hydraulic fluid reservoir 8 above the maximum permissible pressure of the fluid provided in the hydraulic fluid reservoir 8.
  • a pump 15 discharging hydraulic fluid from the low-pressure reservoir 13 conveys compressed hydraulic fluid into the hydraulic fluid reservoir 8 if required.
  • the working valve 9 When the switching device is switched off, as shown in the figure, the working valve 9 is first activated via a hydraulically operated control element 16 in such a way that the outputs 11 and 12 are connected to one another and the working cylinder chamber 7 can now be relieved via the working valve 9 into the low-pressure accumulator 13. Since hydraulic fluid of high pressure is constantly present in the working cylinder chamber 6, the differential piston 5 is moved downward and the contact arrangement of the switching device via the piston rod 2 is thus opened. Accordingly, when switching on, which is not shown in the figure, the working valve 9 is controlled via the control member 16 in such a way that the input 10 is connected to the output 11 and hydraulic fluid is now conveyed from the hydraulic fluid reservoir 8 into the working cylinder space 7. Because of the differential effect of the pressures in the working cylinder chambers 7 and 6, the differential piston 5 is now moved upwards and the contact arrangement 1 of the switching device is closed via the piston rod 1.
  • a switching device Since a switching device is generally only required to master an off-on-off switching cycle that occurs within a short period of time, even when using a commercially available hydraulic mineral oil as hydraulic fluid, it is sufficient to drive the high-voltage circuit breaker hydraulic fluid reservoir 8 with a storage volume of a few liters.
  • silicone oil as the hydraulic fluid, possibly with the addition of highly compressible mass, the storage volumes or the maximum storage pressures of the hydraulic fluid reservoir 8 can be reduced.

Landscapes

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

Abstract

Die hydraulische Antriebsvorrichtung ist zur Betätigung der Kontaktanordnung (1) eines elektrischen Schaltgerätes vorgesehen. Sie weist einen Arbeitszylinder (4) auf, sowie einen im Arbeitszylinder (4) geführten und auf die Kontaktanordnung (1) wirkenden Differentialkolben (5) und einen Hydraulikflüssigkeitsspeicher (8) zur raschen Betätigung des Differentialkolbens (5) und damit der Kontaktanordnung (1) bei der Ausführung eines am Schaltgerät anstehenden Schaltbefehls. Diese hydraulische Antriebsvorrichtung soll sich durch einfache und robuste Bauweise auszeichnen und gleichzeitig eine hohe Verfügbarkeit des damit angetriebenen elektrischen Schaltgerätes gewährleisten. Dies wird dadurch erreicht, dass der Hydraulikflüssigkeitsspeicher (8) ein nahezu konstantes und mit einer vergleichsweise gut kompressiblen Hydraulikflüssigkeit gefülltes Speichervolumen aufweist.

Description

  • Bei der Erfindung wird ausgegangen von einer hydrauli­schen Antriebsvorrichtung nach dem ersten Teil von Patent­anspruch 1.
  • Hierbei nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik von hydraulischen Antriebsvorrichtungen Bezug, wie er etwa im deutschen Patent Nr. 21 64 759 oder im europäi­schen Patent Nr. 0 061 786 beschrieben ist. Die bekannten Antriebsvorrichtungen weisen jeweils einen Hydraulik­flüssigkeitsspeicher auf, dessen üblicherweise mit Hilfe von Druckfedern oder hochkomprimiertem Gas gespeicherte, rasch verfügbare Energie für eine schnelle Betätigung der Kontaktanordnung des Schaltgerätes ausgenützt wird. Da die verfügbaren Hydraulikflüssigkeitsspeicher ein mit Hydraulikflüssigkeit sowie ein zumindest teilweise mit Gas gefülltes Volumen aufweisen, sind bei solchen Speichern Undichtigkeiten an der Grenze zwischen diesen beiden Volumina nicht auszuschliessen, wodurch die Ver­fügbarkeit des hydraulischen Antriebs und damit auch des Schaltgerätes ggfs. erheblich beeinträchtigt wird.
  • Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische An­ triebsvorrichtung zu schaffen, welche sich durch einfache und robuste Bauweise auszeichnet und zugleich eine hohe Verfügbarkeit des damit angetriebenen elektrischen Schalt­gerätes gewährleistet.
  • Die erfindungsgemässe hydraulische Antriebsvorrichtung zeichnet sich durch einfachen Aufbau, grosse Wirtschaft­lichkeit und geringen Wartungsbedarf aus. Darüber hinaus ist sie besonders vorteilhaft an die Bedürfnisse elektri­scher Schaltgeräte hinsichtlich einer hohen Verfügbarkeit und einer vergleichsweise geringen Zahl an Antriebsvor­gängen angepasst.
  • Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung dargestellt:
  • Hierbei zeigt die einzige Figur einen prinzipiellen Schalt­plan einer hydraulischen Antriebsvorrichtung nach der Erfindung. In dieser Figur sind unter Hochdruck stehende Leitungen dick und zeitweise oder ständig unter Nieder­druck stehende Leitungen dünn ausgezogen.
  • Eine in der Figur mit 1 bezeichnete Kontaktanordnung eines elektrischen Hochspannungsschaltgerätes wird über eine Kolbenstange 2 einer hydraulischen Kolben-Zylinder-­Anordnung 3 betätigt. Die Kolben-Zylinder-Anordnung 3 weist einen Arbeitszylinder 4 und einen Differential­kolben 5 auf. Die kleinere hydraulisch wirksame Fläche des Differentialkolbens 5 begrenzt einen Arbeitszylin­derraum 6, die grössere hydraulisch wirksame Fläche hin­gegen einen Arbeitszylinderraum 7 der Kolben-Zylinder-­Anordnung 3. 8 bezeichnet einen Hydraulikflüssigkeits­speicher, welcher ständig mit dem Arbeitszylinderraum 6 verbunden ist. Dieser Hydraulikflüssigkeitsspeicher 8 weist ein nahezu konstantes und mit einer vergleichs­weise gut kompressiblen Hydraulikflüssigkeik gefülltes Speichervolumen auf. Gut kompressible Hydraulikflüssig­keiten sind beispielsweise Mineral- bzw. Silikonöl, deren Volumina bei 1000 bar ca. 4,5 - 5,5 % bzw. 7-10 % geringer sind als bei 1 bar. Das Speichervolumen ist im allgemeinen ausschliesslich mit der Hydraulikflüssigkeit gefüllt, jedoch ist es in Hinsicht auf eine Vergrösserung der Energiespeicherfähigkeit des Hydraulikflüssigkeitsspeichers 8 ggfs. vorteilhaft, ins Speichervolumen einen vergleichs­weise geringen Anteil an einer hochkompressiblen Masse einzubringen. Solche Masse kann beispielsweise geschlossen­porig ausgebildeter Silikonkautschuk sein. Das Speichervo­men des Hydraulikflüssigkeitsspeichers 8 ist im allgemeinen derart bemessen, dass der Druckverlust im Hydraulikflüssig­keitsspeicher 8 durch das bei einer Betätigung des Schalt­gerätes dem ersten oder zweiten Arbeitszylinderraum 6, 7 aus dem Hydraulikflüssigkeitsspeicher 8 zugeführte Hydraulikflüssigkeitsvolumen höchstens 25 % des maximal zulässigen Speicherdruckes ausmacht. Dies bedeutet, dass bei Verwendung eines Mineralöls mit einer bei 1000 bar 5 % betragenden Volumenminderung in einem 10 l grossen Speicher mit einem zulässigen Speicherdruck von 1000 bar ca. 130 ml Hydraulikflüssigkeit für die Durchführung einer Schalt­handlung zur Verfügung stehen.
  • 9 ist ein Arbeitsventil mit einem mit dem Hydraulikflüs­sigkeitsspeicher 8 verbundenen Eingang 10 und mit Aus­gängen 11 und 12, von denen der Ausgang 11 mit dem Ar­beitszylinderraum 7 und der Ausgang 12 mit einem Nieder­druckspeicher 13 verbunden ist. Dieser Niederdruckspei­cher 13 weist ein unter leichtem Ueberdruck stehendes Gas­polster auf, dessen Volumen derart bemessen ist, dass es bei einem Druckausgleich zwischen dem Hydraulikflüssig­keitsspeicher 8 und dem Niederdruckspeicher 13 bei der ma­ximal zulässigen Temperatur unter einem Druck von einigen, beispielsweise 2-3, bar, steht. Zwischen Hydraulikflüssig­keits- und Niederdruckspeicher ist ferner ein Ueberdruck­ ventil 14 vorgesehen, welches oberhalb des maximal zuläs­sigen Druckes der im Hydraulikflüssigkeitsspeicher 8 vorgesehenen Flüssigkeit eine Druckentlastung des Hydrau­likflüssigkeitsspeichers 8 bewirkt. Eine Hydraulikflüssig­keit aus dem Niederdruckspeicher 13 abführende Pumpe 15 befördert bei Bedarf komprimierte Hydraulikflüssigkeit in den Hydraulikflüssigkeitsspeicher 8.
  • Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist nun wie folgt:
  • Bei einem in der Figur dargestellten Ausschaltvorgang des Schaltgerätes wird das Arbeitsventil 9 zunächst über ein hydraulisch betätigtes Steuerorgan 16 derart ange­steuert, dass die Ausgänge 11 und 12 miteinander ver­bunden sind und der Arbeitszylinderraum 7 nun über das Arbeitsventil 9 in den Niederdruckspeicher 13 entlastet werden kann. Da im Arbeitszylinderraum 6 ständig Hydrau­likflüssigkeit hohen Druckes ansteht, wird der Differen­tialkolben 5 nach unten bewegt und damit die Kontaktan­ordnung des Schaltgerätes über die Kolbenstange 2 ge­öffnet. Entsprechend wird beim in der Figur nicht dar­gestellten Einschalten das Arbeitsventil 9 über das Steu­erorgan 16 derart angesteuert, dass der Eingang 10 mit dem Ausgang 11 verbunden ist und nun Hydraulikflüssigkeit aus dem Hydraulikflüssigkeitsspeicher 8 in den Arbeits­zylinderraum 7 befördert wird. Wegen der Differential­wirkung der Drücke in den Arbeitszylinderräumen 7 und 6 wird der Differentialkolben 5 nun nach oben bewegt und damit die Kontaktanordnung 1 des Schaltgerätes über die Kolbenstange 1 geschlossen.
  • Da von einem Schaltgerät im allgemeinen höchstens die Beherrschung eines innerhalb einer kurzen Zeitspanne ablaufenden Aus-Ein-Aus-Schaltzyklus verlangt wird, reicht es selbst bei der Verwendung eines handelsüblichen Hy­draulik-Mineralöls als Hydraulikflüssigkeit aus, beim Antrieb des Hochspannungsleistungsschalters Hydraulik­flüssigkeitsspeicher 8 mit einem Speichervolumen von einigen Litern einzusetzen. Durch Verwendung von Silikon­öl als Hydraulikflüssigkeit, gegebenenfalls unter Zugabe hochkompressibler Masse, lassen sich die Speichervolumina bzw. die maximalen Speicherdrücke der Hydraulikflüssig­keitsspeicher 8 noch herabsetzen.
    • Bezeichnungsliste
    • 1 Kontaktanordnung
    • 2 Kolbenstange
    • 3 Kolben-Zylinder-Anordnung
    • 4 Arbeitszylinder
    • 5 Differentialkolben
    • 6, 7 Arbeitszylinderräume
    • 8 Hydraulikflüssigkeitsspeicher
    • 9 Arbeitsventil
    • 10 Eingang
    • 11, 12 Ausgänge
    • 13 Niederdruckspeicher
    • 14 Ueberdruckventil
    • 15 Pumpe
    • 16 Steuerorgan

Claims (4)

1. Hydraulische Antriebsvorrichtung zur Betätigung der Kontaktanordnung (1) eines elektrischen Schaltgerätes mit einem Arbeitszylinder (4), einem im Arbeitszylin­der (4) geführten und auf die Kontaktanordnung (1) wirkenden Differentialkolben (5), welcher mit seiner kleineren wirksamen Fläche einen ersten Arbeitszylin­derraum (6) und mit seiner grösseren wirksamen Fläche einen zweiten Arbeitszylinderraum (7) begrenzt, und mit einem Hydraulikflüssigkeitsspeicher (8), welcher mit dem ersten Arbeitszylinderraum (6) ständig ver­bunden ist und mit dem zweiten Arbeitszylinderraum (7) über ein Arbeitsventil (9) verbindbar ist, da­durch gekennzeichnet, dass der Hydraulikflüssigkeits­speicher (8) ein nahezu konstantes und mit einer ver­gleichsweise gut kompressiblen Hydraulikflüssigkeit gefülltes Speichervolumen aufweist.
2. Hydraulischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, dass das Speichervolumen des Hydraulik­flüssigkeitsspeichers (8) derart bemessen ist, dass der Druckverlust im Hydraulikflüssigkeitsspeicher (8) durch das bei einer Betätigung des Schaltgerätes dem ersten oder zweiten Arbeitszylinderraum (6, 7) zugeführte Hydraulikflüssigkeitsvolumen höchstens 25 % des maximal zulässigen Speicherdruckes ausmacht.
3. Hydraulischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikflüssigkeit ein Mineral- oder ein Silikonöl ist.
4. Hydraulischer Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichervolumen neben der Hydraulikflüssigkeit einen vergleichsweise ge­ringen Anteil an einer hochkompressiblen Masse ent­hält.
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