EP2652764B1 - Speichermodul für einen hydraulischen federspeicherantrieb - Google Patents

Speichermodul für einen hydraulischen federspeicherantrieb Download PDF

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EP2652764B1
EP2652764B1 EP11782386.4A EP11782386A EP2652764B1 EP 2652764 B1 EP2652764 B1 EP 2652764B1 EP 11782386 A EP11782386 A EP 11782386A EP 2652764 B1 EP2652764 B1 EP 2652764B1
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EP
European Patent Office
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pressure
piston
storage
storage module
module according
Prior art date
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EP2652764A1 (de
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Matthias Schmidt
Thomas Brenneis
Jörg KNOSPE
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ABB Technology AG
Original Assignee
ABB Technology AG
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Publication date
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    • H01H3/22—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H3/24—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using pneumatic or hydraulic actuator
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    • 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
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    • H01H33/34—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using fluid actuator hydraulic
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    • H01H35/24—Switches operated by change of fluid pressure, by fluid pressure waves, or by change of fluid flow
    • H01H35/38—Switches operated by change of fluid pressure, by fluid pressure waves, or by change of fluid flow actuated by piston and cylinder

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic storage module for a hydraulic spring-loaded drive for actuating a high-voltage switch, in particular a high-voltage circuit breaker, with the features specified in claim 1.
  • Spring storage actuators for operating high-voltage circuit breakers are, for example, from DE 3408909 A1 known.
  • the there described as a hydraulic drive spring drive for actuating the electrical high-voltage circuit breaker is housed together with a hydraulic accumulator with mechanical pressure holding device in a common pressure housing, in which the conveying member for the hydraulic fluid, a high pressure pump, and a control unit are integrated together with the required hydraulic connections.
  • the hydraulic accumulator is provided to provide the hydraulic drive of the high voltage circuit breaker without a further supply of external energy pressure energy and to operate the drive as intended even in case of failure or interruption of the power supply.
  • a spring-loaded drive in which a storage spring pressurizes a fluid via a pressure body and at least two pressure pistons. By means of this fluid, a drive rod of the spring accumulator drive is moved, which is attached to a slidable in a working cylinder drive piston.
  • the DE 10 2007 062 291 A1 discloses a hydraulic spring accumulator drive in which a storage spring is arranged around a working cylinder housing [0018].
  • the spring drive has at least two container body, each with an axially extending to the central axis of the cylinder housing bore and therein located pressure piston with piston rod [0021], wherein the accumulator spring pressurizes a fluid located in the bores via a pressure body and the pressure pistons.
  • the fluid is pumped through a respective channel located in the container bodies in the bores by means of a pump.
  • the US 3,138,676 describes a hydraulic drive for a pressure-controlled disconnector, which contains coil springs as spring memory.
  • the hydraulic system of the spring-loaded drive is depressurized.
  • the memory spring is merely biased in this state and expands axially maximum.
  • the storage spring presses the pressure body against a stop on the cylinder housing, whereby the pressure body is clamped between the stop and the storage spring.
  • the hydraulic system is under pressure.
  • the memory spring is stretched in this state and their axial extent is reduced.
  • the storage spring presses the pressure body against the pressure piston, which thereby pressurize the fluid.
  • the pressure body is clamped between the pressure piston and the storage spring.
  • Circuit breaker drives which use disc springs in combination with a hydraulic piston as energy storage, are also from the DE 3408909 A1 known.
  • the disc springs used for energy storage are compressed by a hydraulic piston and from a force-stroke characteristic of the spring can be derived a pressure-stroke curve of the piston, the in Fig. 1b is shown. Due to the degressive course of the force-stroke characteristic of the plate spring, it follows that the pressure change over a large part of the stroke of the piston is only weakly pronounced.
  • these coil springs can have a linear force-stroke characteristic, as shown in the Fig. 1c is shown, in which case this characteristic can even go into a progressive characteristic in the worst case.
  • This characteristic would also again correspondingly translate into a pressure-stroke characteristic of the piston and have a strong pressure change over the stroke.
  • This behavior proves to be unfavorable for hydraulic drives of high-voltage circuit breakers, due to the strong change in pressure over the stroke, and leads to a strong pressure change over the storage stroke of the pressure piston of the energy storage in comparison to discrepancies occurring in disc springs.
  • the object of the invention is to provide a memory module for a hydraulic spring-loaded drive for actuating a high-voltage switch, which is simple in construction and whose dynamic pressure-stroke curve is better adapted to the needs of a high-performance switch drive.
  • the dynamic characteristic which arises due to hydraulic losses in the hydraulic system of the spring accumulator drive during the removal of a volumetric flow, is adjusted as a function of accumulator stroke by means of the accumulator module according to the invention.
  • the memory module according to the invention for a hydraulic spring-loaded drive for actuating a high-voltage switch in particular a high-voltage circuit breaker comprises a spring element acting as energy storage and a fluid for transmitting the energy of the spring element by means of a movable accumulator piston on a piston rod for actuating the high-voltage switch, wherein the accumulator piston in a fluid filled pressure-tight housing protrudes and the housing forms a high pressure storage reservoir for the fluid.
  • the storage piston is guided in a first embodiment of the storage module according to the invention in a closure lid. In a second embodiment of the storage module according to the invention, the storage piston is guided in the pressure-tight housing.
  • the high-pressure storage reserve is connected via at least one projecting into the high-pressure storage reservoir sub-channel and a high-pressure channel connected thereto with a hydraulic system of the spring accumulator drive.
  • the accumulator piston closes a portion of the sub-channel from a certain piston stroke.
  • the spring element acting as energy storage is designed as a helical spring which cooperates with a storage cylinder arranged in a pressure housing, preferably designed as a plunger cylinder, in which a storage piston movable by fluid pressure is guided.
  • the plunger cylinder is designed as a hollow cylinder, in the opening of the accumulator piston is arranged to be movable.
  • the accumulator piston works at the same time as a control slide and closes with its attached to the piston top pressure from a certain piston a fluid-flow area of a high-pressure reservoir of the cylinder housing, wherein the piston stroke results from the fact that the storage module has stored more fluid in the high pressure reserve, as to carry out a CO circuit of the high voltage switch is necessary.
  • This throttling leads to a dynamic pressure change during the switching process on the downstream side of the throttle point as a function of the piston stroke.
  • the spring element of the storage module is thus tensioned when the pressure piston located on the accumulator piston is acted upon by hydraulic fluid, whereby the accumulator piston moves in the direction of the spring element.
  • the return movement of the accumulator piston takes place by the relaxation of the spring element at pressure drop. During the expansion of the spring element, the high-pressure accumulator volume located above the accumulator piston is reduced.
  • a piston head is placed on the accumulator piston, the piston head protruding into the high-pressure accumulator reserve located in the pressure-tight housing.
  • the accumulator piston or the piston head have openings which form a connection between the high-pressure accumulator reservoir and at least one partial passage through which the fluid can flow.
  • the execution of the memory module as a plunger cylinder is achieved that in comparison with existing memory modules for high voltage switch actuators no additional components, such as seals are required on the piston head to realize the memory-stroke-dependent throttling.
  • Fig. 1 are compared to an idealized force-stroke spring characteristic ( Fig. 1a ) the force-stroke characteristics of a disc spring ( Fig. 1 b) and a coil spring ( Fig. 1c ), which can be used in a storage module for mechanical energy storage for a hydraulic spring accumulator drive.
  • Fig. 2 shows by way of example the embodiment of the memory module according to the invention for a hydraulic spring-loaded drive for actuating a high-voltage circuit breaker, which is arranged in a container body, not shown.
  • the storage module comprises a spring element 51 which acts as an energy store and is designed as a helical spring, which is connected to a storage piston 30, which is arranged axially in a closure lid 20 and can be moved by fluid pressure.
  • the pressurized end of the accumulator piston 30 is designed as a cylindrical piston head 31.
  • the coil spring 51 is supported at one end on a support element 60 of the container body and at the other end on the protruding from the pressure housing 1 part of the accumulator piston 30 from.
  • the piston head 31 which is placed on the accumulator piston 30, has openings or bores 32, the oil volume in the working space 13, also referred to as high-pressure reservoir, the pressure housing 1 with oil volume on in the Fig. 2 connect shown right side of the piston head 31 and form a connection between the high-pressure reservoir 13 and at least one of the fluid flow-through sub-channel 11, 12.
  • a storage piston 30 is provided without piston head 31, wherein the accumulator piston 30 at its projecting into the high-pressure storage reservoir side openings 32, which the connection between the high-pressure storage reservoir 13 and at least one fluid-flow through the sub-channel 11, 12 form.
  • the accumulator piston 30 operates as a spool valve and closes with its attached to the piston top pressure body 31 from a certain piston stroke s a portion of the fluid-flow area of located within the housing 1 high-pressure reservoir 13, also referred to as high-pressure volume or working space of the pressure housing.
  • These Throttling occurs as soon as the storage module has stored more fluid in the high-pressure storage reservoir 13 than is necessary to carry out a CO switching of the high-voltage circuit breaker.
  • a throttling of the dynamic pressure in the high-pressure passage 10 in dependence on the piston stroke is achieved in an advantageous manner.
  • the high-pressure passage 10 is adjoined by a sub-passage designated as the first area 11 and a further sub-passage designated as the second area 12. While the memory module is subjected to low pressure, that is, the amount of energy stored in the memory module is sufficient for a CO circuit, a first region 11 and a second region 12 are flowed through by the fluid. Thus, there is no dynamic pressure reduction in the high pressure passage 10 during a switching operation. If the storage module subjected to high pressure, that is, the stored amount of energy is greater than necessary for a CO circuit, the first region 11 is closed by means of the pressure body 31 and it can only be flowed through the second region 12 with fluid. This results in a dynamic pressure reduction in the high pressure passage 10 during a switching operation.
  • the flow through at least one of the sub-channels 11,12 is adjustable by means of a throttle element.
  • the in the Fig. 2 illustrated high-pressure seal 40 is provided for fluid sealing of the accumulator piston 30.
  • the Fig. 3 shows by way of example the course of a stroke-pressure curve K1 at a flow rate of 0 and compared the qualitative course of a stroke pressure curve K2 for the C-circuit and a dynamic stroke-pressure curve K3 for the O-circuit of the high voltage circuit breaker at a Volumetric flow greater than 0 if the volume flow in the O-circuit is greater than the volume flow in the C-circuit, wherein each of the stroke s of the accumulator piston 30 is shown above the pressure in the system.
  • the invention aims at adapting a dynamic pressure-stroke curve, which results from hydraulic losses in the memory module , The hydraulic losses are dependent on the volume flow of the high pressure fluid in the working space of the pressure housing and are not or only minimally influenced by the pressure within the high pressure storage volume.
  • the pressure change over the Speicherhub s of the memory module of the spring drive of the high-voltage switch is advantageously improved and the dynamic pressure-stroke characteristic, which arises due to hydraulic losses in the hydraulic system of the spring drive, depending on the stroke s of the accumulator piston 30th customized.

Landscapes

  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • Supply Devices, Intensifiers, Converters, And Telemotors (AREA)
  • Actuator (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Speichermodul für einen hydraulischen Federspeicherantrieb zur Betätigung eines Hochspannungsschalters, insbesondere eines Hochspannungsleistungsschalters, mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
  • Federspeicherantriebe zum Betätigen von Hochspannungsleistungsschaltern sind beispielsweise aus der DE 3408909 A1 bekannt. Der dort beschriebene als hydraulischer Antrieb ausgeführte Federspeicherantrieb zur Betätigung des elektrischen Hochspannungsleistungsschalters ist gemeinsam mit einem Hydraulikspeicher mit mechanischer Druckhaltevorrichtung in einem gemeinsamen Druckgehäuse untergebracht, in das auch das Förderorgan für das Hydraulikfluid, eine Hochdruckpumpe, sowie eine Steuereinheit mitsamt den erforderlichen Hydraulikverbindungen integriert sind. Der Hydraulikspeicher ist dafür vorgesehen, dem hydraulischen Antrieb des Hochspannungsleistungsschalters ohne eine weitere Zufuhr von Fremdenergie Druckenergie bereitzustellen und den Antrieb auch bei einer Störung oder Unterbrechung der Energiezufuhr bestimmungsgemäß zu betätigen.
  • In der EP 0829892 A1 ist ein Federspeicherantrieb beschrieben, bei dem eine Speicherfeder über einen Druckkörper und mindestens zwei Druckkolben ein Fluid unter Druck setzt. Mittels dieses Fluids wird eine Antriebsstange des Federspeicherantriebes bewegt, weiche an einem in einem Arbeitszylinder gleitend verschiebbaren Antriebskolben befestigt ist.
  • Die DE 10 2007 062 291 A1 offenbart einen hydraulischen Federspeicherantrieb, bei dem um einen Arbeitszylindergehäuse herum eine Speicherfeder angeordnet ist [0018]. Der Federspeicherantrieb verfügt über mindestens zwei Behälterkörper mit je einer axial zur Mittelachse des Arbeitszylindergehäuses verlaufenden Bohrung sowie darin befindlichem Druckkolben mit Kolbenstange [0021], wobei die Speicherfeder über einen Druckkörper und die Druckkolben ein in den Bohrungen befindliches Fluid unter Druck setzt. Zum Spannen der Speicherfeder wird mittels einer Pumpe das Fluid durch jeweils einen in den Behälterkörpern befindlichen Kanal in die Bohrungen gepumpt.
  • Die US 3,138,676 beschreibt einen hydraulischen Antrieb für einen druckgesteuerten Trennschalter, welcher als Federspeicher Schraubenfedern enthält.
  • Bei der Montage des Federspeicherantriebs sowie während notwendiger Wartungsarbeiten ist das Hydrauliksystem des Federspeicherantriebes drucklos. Die Speicherfeder ist in diesem Zustand lediglich vorgespannt und dehnt sich axial maximal aus. Die Speicherfeder presst dabei den Druckkörper gegen einen Anschlag am Zylindergehäuse, wodurch der Druckkörper zwischen dem Anschlag und der Speicherfeder festgeklemmt ist.
  • Während des Betriebs des Federspeicherantriebs steht das Hydrauliksystem unter Druck. Die Speicherfeder ist in diesem Zustand weiter gespannt und ihre axiale Ausdehnung ist verringert. Die Speicherfeder presst dabei den Druckkörper gegen den Druckkolben, welche dadurch das Fluid unter Druck setzen. Der Druckkörper ist zwischen den Druckkolben und der Speicherfeder festgeklemmt.
  • Leistungsschalterantriebe, die Tellerfedern in Kombination mit einem hydraulischen Kolben als Energiespeicher benutzen, sind ebenfalls aus der DE 3408909 A1 bekannt. Die zur Energiespeicherung eingesetzten Tellerfedern werden durch einen hydraulischen Kolben komprimiert und aus einer Kraft-Hub-Kennlinie der Feder lässt sich eine Druck-Hub-Kennlinie des Kolbens ableiten, die in Fig. 1b gezeigt ist. Durch den degressiven Verlauf der Kraft-Hub-Kennlinie der Tellerfeder ergibt sich daher, dass die Druckänderung über einen großen Teil des Hubes des Kolbens nur schwach ausgeprägt ist.
  • Als Alternative zu der Verwendung der verhältnismäßig teueren Tellerfedern besteht generell die Möglichkeit, andere einfach aufgebaute und damit preisgünstigere Federtypen, wie beispielsweise Schraubenfedern, einzusetzen. Durch die große Verbreitung und einfache Fertigung sind Schraubenfedern wesentlich besser am Markt verfügbar als Tellerfedern.
  • Im günstigsten Fall können diese Schraubenfedern eine lineare Kraft-Hub-Kennlinie aufweisen, wie sie in der Fig. 1c dargestellt ist, wobei diese Kennlinie im ungünstigen Fall sogar in eine progressive Kennlinie übergehen kann. Auch diese Kennlinie würde sich wieder entsprechend in eine Druck-Hub-Kennlinie des Kolbens übersetzen lassen und eine starke Druckänderung über dem Hub aufweisen. Dieses Verhalten erweist sich für hydraulische Antriebe von Hochspannungs-Leistungsschaltern, bedingt durch die starke Druckänderung über dem Hub, als ungünstig und führt im Vergleich zur bei Tellerfedern auftretenden degressiven Kennlinie zu einer starken Druckänderung über dem Speicherhub des Druckkolbens des Energiespeichers.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Speichermodul für einen hydraulischen Federspeicherantrieb zur Betätigung eines Hochspannungsschalters anzugeben, das einfach aufgebaut ist und dessen dynamische Druck-Hub-Kennlinie an die Bedürfnisse eines Hochleistungsschalterantriebes besser angepasst ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Speichermodul zur mechanischen Energiespeicherung für einen hydraulischen Federspeicherantrieb zur Betätigung eines Hochspannungsschalters, insbesondere eines Hochspannungsleistungsschalters, mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Um die Druckänderung über dem Speicherhub des Speichermoduls des Federspeicherantriebs des Hochspannungsschalters zu verbessern, wird mittels des erfindungsgemäßen Speichermoduls die dynamische Kennlinie, die auf Grund von hydraulischen Verlusten im Hydrauliksystem des Federspeicherantriebes bei der Entnahme eines Volumenstroms entsteht, speicherhubabhängig angepasst.
  • Das erfindungsgemäße Speichermodul für einen hydraulischen Federspeicherantrieb zur Betätigung eines Hochspannungsschalters, insbesondere eines Hochspannungsleistungsschalters, umfasst ein als Energiespeicher wirkendes Federelement und ein Fluid zur Übertragung der Energie des Federelementes mittels eines bewegbaren Speicherkolbens auf eine Kolbenstange zur Betätigung des Hochspannungsschalters, wobei der Speicherkolben in ein mit Fluid gefülltes druckdichtes Gehäuse hineinragt und das Gehäuse ein Hochdruckspeicherreservat für das Fluid bildet.
  • Der Speicherkolben ist in einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Speichermoduls in einem Verschlussdeckel geführt. In einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Speichermoduls ist der Speicherkolben im druckdichten Gehäuse geführt.
  • Das Hochdruckspeicherreservat ist über wenigstens einen in das Hochdruckspeicherreservat hineinragenden Teilkanal und einen daran angeschlossenen Hochdruckkanal mit einem Hydrauliksystem des Federspeicherantriebs verbunden. Der Speicherkolben verschließt ab einem bestimmten Kolbenhub einen Teilbereich des Teilkanals.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist das als Energiespeicher wirkende Federelement als Schraubenfeder ausgeführt, welches mit einem in einem Druckgehäuse angeordneten, vorzugsweise als Plungerzylinder ausgeführten, Speicherzylinder, in dem ein durch Fluiddruck bewegbarer Speicherkolben geführt ist, zusammenwirkt. Der Plungerzylinder ist als Hohlzylinder ausgeführt, in dessen Öffnung der Speicherkolben bewegbar angeordnet ist.
  • Der Speicherkolben arbeitet dabei gleichzeitig als Steuerschieber und verschließt mit seinem am Kolbenanfang angebrachten Druckkörper ab einem gewissen Kolbenhub einen vom Fluid durchströmbaren Bereich eines Hochdruckspeicherreservats des Zylindergehäuses, wobei sich der Kolbenhub daraus ergibt, dass das Speichermodul mehr Fluid im Hochdruckreservat gespeichert hat, als zur Durchführung einer CO-Schaltung des Hochspannungsschalters notwendig ist. Diese Drosselung führt zu einer dynamischen Druckänderung während des Schaltvorgangs auf der abströmenden Seite der Drosselstelle in Abhängigkeit vom Kolbenhub.
  • Das Federelement des Speichermodul wird also gespannt, wenn der am Speicherkolben befindliche Druckkörper mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt wird, wodurch sich der Speicherkolben in Richtung des Federelements bewegt.
  • Die Rückbewegung des Speicherkolbens erfolgt durch die Entspannung des Federelements bei Druckabfall. Dabei verringert sich bei der Entspannung des Federelements das über dem Speicherkolben befindliches Hochdruckspeichervolumen.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Speichermoduls ist auf dem Speicherkolben ein Kolbenkopf aufgesetzt, wobei der Kolbenkopf in das im druckdichten Gehäuse befindliche Hochdruckspeicherreservat hineinragt.
  • Erfindungsgemäß weisen der Speicherkolben oder der Kolbenkopf Öffnungen auf, die eine Verbindung zwischen dem Hochdruckspeicherreservat und wenigstens einem vom Fluid durchströmbaren Teilkanal bilden.
  • Durch die Ausführung des Speichermoduls als Plungerzylinder wird erreicht, dass im Vergleich mit bestehenden Speichermodulen für Hochspannungsschalterantriebe keine zusätzlichen Komponenten, wie beispielsweise Dichtungen am Kolbenkopf benötigt werden, um die die speicherhubabhängige Drosselung zu realisieren.
  • Anhand der nachfolgenden Figuren werden die Erfindung, vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung, sowie weitere Vorteile näher erläutert und beschrieben.
  • Es zeigt:
    • Fig. 1
    zeigt einen Vergleich sogenannter Kraft-Hub-Kennlinien von verschiedenen Federn mit einer idealisierten Kraft-Hub-Kennlinie,
    Fig. 2
    zeigt beispielhaft die Ausführung des erfindungsgemäßen Speichermoduls für einen hydraulischen Federspeicherantrieb zur Betätigung eines Hochspannungsleistungsschalters, und
    Fig. 3
    zeigt beispielhaft den Verlauf von dynamischen Druck-Hub-Kennlinien des erfindungsgemäßen Speichermoduls.
  • In Fig. 1 sind im Vergleich zu einer idealisierten Kraft-Hub-Federkennlinie (Fig. 1a) die Kraft-Hub-Kennlinien einer Tellerfeder ( Fig. 1 b) und einer Schraubenfeder (Fig. 1c) gezeigt, die in einem Speichermodul zur mechanischen Energiespeicherung für einen hydraulischen Federspeicherantrieb einsetzbar sind.
  • Fig. 2 zeigt beispielhaft die Ausführung des erfindungsgemäßen Speichermoduls für einen hydraulischen Federspeicherantrieb zur Betätigung eines Hochspannungsleistungsschalters, welches in einem nicht dargestellten Behälterkörper angeordnet ist.
  • Das Speichermodul umfasst ein als Energiespeicher wirkendes, als Schraubenfeder ausgeführtes Federelement 51, dass mit einem in einem Druckgehäuse 1 angeordneten und durch Fluiddruck bewegbaren Speicherkolben 30, der axial in einem Verschlussdeckel 20 geführt ist, verbunden ist. Das druckbeaufschlagte Ende des Speicherkolbens 30 ist als zylindrischer Kolbenkopf 31 ausgeführt.
  • Die Schraubenfeder 51 stützt sich mit einem Ende an einem Abstützelement 60 des Behälterkörpers und mit dem anderen Ende am aus dem Druckgehäuse 1 herausragenden Teil des Speicherkolbens 30 ab.
  • Der Kolbenkopf 31, der auf den Speicherkolben 30 aufgesetzt ist, weist Öffnungen bzw. Bohrungen 32 auf, die das Ölvolumen im Arbeitsraum 13, auch als Hochdruckspeicherreservat bezeichnet, des Druckgehäuses 1 mit Ölvolumen auf der in der Fig. 2 gezeigten rechten Seite des Kolbenkopfes 31 verbinden und eine Verbindung zwischen dem Hochdruckspeicherreservat 13 und wenigstens einem vom Fluid durchströmbaren Teilkanal 11, 12 bilden.
  • In einer alternativen hier nicht dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Speichermoduls ist ein Speicherkolben 30 ohne Kolbenkopf 31 vorgesehen, wobei der Speicherkolben 30 an seiner in das Hochdruckspeicherreservat hineinragenden Seite Öffnungen 32 aufweist, welche die Verbindung zwischen dem Hochdruckspeicherreservat 13 und wenigstens einem vom Fluid durchströmbaren Teilkanal 11, 12 bilden.
  • Der Speicherkolben 30 arbeitet als Steuerschieber und verschließt mit seinem am Kolbenanfang angebrachten Druckkörper 31 ab einem bestimmten Kolbenhub s einen Teilbereich des vom Fluid durchströmbaren Bereich eines innerhalb des Gehäuses 1 befindlichen Hochdruckspeicherreservats 13, auch als Hochdruckvolumen oder Arbeitsraum des Druckgehäuses bezeichnet. Diese Drosselung tritt ein, sobald das Speichermodul mehr Fluid im Hochdruckspeicherreservat 13 gespeichert hat, als zur Durchführung einer CO-Schaltung des Hochspannungsleistungsschalters notwendig ist. Dadurch wird in vorteilhafter Weise eine Drosselung des dynamischen Drucks im Hochdruckkanal 10 in Abhängigkeit vom Kolbenhub s erreicht.
  • An den Hochdruckkanal 10 schließen sich ein als erster Bereich 11 bezeichneter Teilkanal und ein als zweiter Bereich 12 bezeichneter weiterer Teilkanal an. Während das Speichermodul mit geringem Druck beaufschlagt wird, das heißt die im Speichermodul gespeicherte Energiemenge ist ausreichend für eine CO-Schaltung, werden ein erster Bereich 11 und ein zweiter Bereich 12 vom Fluid durchströmt. Damit erfolgt keine dynamische Druckminderung im Hochdruckkanal 10 während eines Schaltvorgangs. Ist das Speichermodul mit hohem Druck beaufschlagt, das heißt die gespeicherte Energiemenge ist größer als für eine CO-Schaltung notwendig, wird der erste Bereich 11 mittels des Druckkörpers 31 verschlossen und es kann nur noch der zweite Bereich 12 mit Fluid durchströmt werden. Damit erfolgt eine dynamische Druckminderung im Hochdruckkanal 10 während eines Schaltvorgangs.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Speichermoduls ist der Durchfluss durch wenigstens einen der Teilkanäle 11,12 mittels eines Drosselelements einstellbar.
  • Die in der Fig. 2 dargestellte Hochdruckdichtung 40 ist zur Fluidabdichtung des Speicherkolbens 30 vorgesehen.
  • Die Fig. 3 zeigt beispielhaft den Verlauf einer Hub-Druck-Kennlinie K1 bei einem Volumenstrom von 0 und dem gegenübergestellt den qualitativen Verlauf einer HubDruck-Kennlinie K2 für die C-Schaltung und einer dynamischen Hub-Druck-Kennlinie K3 für die O-Schaltung des Hochspannungsleistungsschalters bei einem Volumenstrom größer 0 wenn der Volumenstrom bei der O-Schaltung größer ist als der Volumemstrom bei der C-Schaltung, wobei jeweils der Hub s des Speicherkolbens 30 über dem Druck im System aufgezeigt ist.
  • Da die in der Fig. 1c dargestellte statische Kraft-Hub-Kennlinie der im Speichermodul eingesetzten Schraubenfeder nur schwer beeinflusst und so an die Bedürfnisse des Hochleistungsschalterantriebes angepasst werden kann, zielt die Erfindung auf eine Anpassung einer dynamischen Druck-Hub-Kennlinie ab, die sich aufgrund von hydraulischen Verlusten im Speichermodul ergibt. Die hydraulischen Verluste sind vom Volumenstrom des Hochdruckfluids im Arbeitsraum des Druckgehäuses abhängig und werden nicht oder nur minimal vom Druck innerhalb des Hochdruckspeichervolumens beeinflusst.
  • Wird nun dem Speichermodul Energie in einer bestimmten Geschwindigkeit entnommen, fließt also ein definierter Volumenstrom Q, so entsteht ein Druckverlust DV1, DV2 direkt im Arbeitsraum des Speichermoduls (siehe Kurve K3). An der Betätigungsvorrichtung des Leistungsschalters steht daher ein geringerer Druck an als im statischen Fall, bei dem kein Volumenstrom Q fließt (siehe Kurve K1). Der Druckverlust ist höher, je größer der Volumenstrom ist und ausschließlich von ihm abhängig (siehe Kurve K3).
  • Mit dem erfindungsgemäßen Speichermodul wird in vorteilhafter Weise die Druckänderung über dem Speicherhub s des Speichermoduls des Federspeicherantriebs des Hochspannungsschalters verbessert und die dynamische Druck-Hub-Kennlinie, die auf Grund von hydraulischen Verlusten im Hydrauliksystem des Federspeicherantriebes entsteht, in Abhängigkeit vom Hub s des Speicherkolbens 30 angepasst.
  • Steigt also der statische Druck im Speichermodul an, so erhöhen sich die Systemverluste, so dass im dynamischen Fall, also einem Volumenstrom Q ungleich 0, die zur Verfügung gestellte Energie des Speichermoduls reduziert wird. Für den Einsatz auf hydraulischen Antrieben für Hochspannungs-Leistungsschalter empfiehlt es sich zudem, genau einen Schaltpunkt SP zu integrieren, an dem der Verlust geändert wird. Dieser Schaltpunkt SP bedingt einen stufenförmigen Verlauf der dynamischen Kennlinien K2 und K3. Der Volumenstrom Q unterscheidet sich in der Regel zwischen einer O-Schaltung und einer C-Schaltung. Dies ist in Fig. 3 beispielhaft als qualitativer Verlauf der Kennlinie K2 für die C-Schaltung und der dynamischen Kennlinie K3 für die O-Schaltung gezeigt, wobei jeweils der Hub s des Speicherkolbens 30 über dem Druck im System dargestellt ist.
    • Bezugszeicheniiste
    • 1
    druckdichtes Gehäuse, Druckgehäuse
    10
    Hochdruckkanal (gefüllt mit unter Hochdruck stehendem Fluid)
    11
    erster Bereich, Teilkanal
    12
    zweiter Bereich, weiterer Teilkanal
    13
    Hochdruckspeicherreservat, Hochdruckvolumen, Arbeitsraum im Druckgehäuse
    20
    Verschlussdeckel
    30
    Speicherkolben
    31
    Druckkörper, Kolbenkopf
    32
    Öffnungen, Bohrungen im Kolbenkopf
    40
    Hochdruckdichtung
    51
    Federelement, Schraubenfeder
    60
    Abstützelement
    s
    Hub des Speicherkolbens
    DV1
    Druckverlust im Hydrauliksystem des Federspeicherantriebes auf Grund von niedrigen Verlusten im Hydrauliksystem
    DV2
    Druckverlust im Hydrauliksystem des Federspeicherantriebes auf Grund von hohen Verlusten im Hydrauliksystem
    SP
    Schaltpunkt
    Q
    Volumenstrom
    K1
    Hub-Druck-Kennlinie
    K2
    Hub-Druck-Kennlinie für eine C-Schaltung
    K3
    Hub-Druck-Kennlinie für eine O-Schaltung

Claims (10)

  1. Speichermodul für einen Federspeicherantrieb zur Betätigung eines Hochspannungsschalters, insbesondere eines Hochspannungsleistungsschalters, mit einem als Energiespeicher wirkenden Federelement (51) und mit einem Fluid zur Übertragung der Energie des Federelementes (51) mittels eines bewegbaren Speicherkolbens (30) auf eine Kolbenstange zur Betätigung des Hochspannungsschalters, wobei der Speicherkolben (30) in ein mit Fluid gefülltes druckdichtes Gehäuse (1) hineinragt und das Gehäuse ein Hochdruckspeicherreservat (13) für das Fluid bildet, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochdruckspeicherreservat (13) über zwei in das Hochdruckspeicherreservat (13) hineinragende Teilkanäle (11), (12) und einen daran angeschlossenen Hochdruckkanal (10) mit einem Hydrauliksystem des Federspeicherantriebs verbunden ist, und der Speicherkolben (30) ab einem bestimmten Kolbenhub (s) einen der Teilkanäle (11), (12) verschließt.
  2. Speichermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (51) als Schraubenfeder ausgeführt ist.
  3. Speichermodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherkolben (30) in einem Verschlussdeckel (20) oder im druckdichtem Gehäuse (1) geführt ist.
  4. Speichermodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Speicherkolben (30) ein Kolbenkopf (31) aufgesetzt ist und der Kolbenkopf (31) in das im druckdichten Gehäuse (1) befindliche Hochdruckspeicherreservat (13) hineinragt.
  5. Speichermodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherkolben (30) oder der Kolbenkopf (31) Öffnungen (32) aufweist, die eine Verbindung zwischen dem Hochdruckspeicherreservat (13) und wenigstens einem der vom Fluid durchströmbaren Teilkanäle (11), (12) bilden.
  6. Speichermodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchfluss durch wenigstens einen der Teilkanäle (11), (12) mittels eines Drosselelements einstellbar ist.
  7. Speichermodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Teilkanäle (11), (12) mittels des Kolbenkopfes (31) verschlossen ist, wenn das Speichermodul mit hohem Druck beaufschlagt ist, wodurch sich eine dynamische Druckminderung im Hochdruckkanal (10) während eines Schaltvorgangs des Schalters einstellt.
  8. Speichermodul nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kolbenhub (s) daraus ergibt, dass das Speichermodul mehr Fluid im Hochdruckreservat (13) gespeichert hat, als zur Durchführung einer CO-Schaltung des Hochspannungsschalters notwendig ist.
  9. Speichermodul nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermodul als Plungerzylinder ausgeführt ist.
  10. Hochspannungsleistungsschalterantrieb, der mit einem Speichermodul nach einem der vorstehenden Ansprüche versehen ist.
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