EP3928339A1 - Hochspannungs-leistungsschaltersystem - Google Patents

Hochspannungs-leistungsschaltersystem

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EP3928339A1
EP3928339A1 EP20707002.0A EP20707002A EP3928339A1 EP 3928339 A1 EP3928339 A1 EP 3928339A1 EP 20707002 A EP20707002 A EP 20707002A EP 3928339 A1 EP3928339 A1 EP 3928339A1
Authority
EP
European Patent Office
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crankshaft
circuit breaker
voltage circuit
contact
drive
Prior art date
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Application number
EP20707002.0A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP3928339B1 (de
EP3928339C0 (de
Inventor
Paul Gregor Nikolic
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by Siemens Energy Global GmbH and Co KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Publication of EP3928339A1 publication Critical patent/EP3928339A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3928339B1 publication Critical patent/EP3928339B1/de
Publication of EP3928339C0 publication Critical patent/EP3928339C0/de
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    • H01H71/10—Operating or release mechanisms
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    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
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    • H01H3/22—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H3/30—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using spring motor
    • H01H2003/3094—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using spring motor allowing an opening - closing - opening [OCO] sequence

Definitions

  • the invention relates to a high-voltage circuit breaker system according to the preamble of claim 1.
  • So-called short-circuit breakers are defined for fault clearance in high and extra-high voltage networks, i.e. for voltages over 110 kilovolts in overhead lines. If a short circuit is caused, for example, by a falling tree, a falling branch or a large bird, the short circuit current is interrupted within a very short time by the switch. The circuit breaker switches off in a time of approx. 300 milliseconds and thus separates the area in which the short circuit occurs from the rest of the network. Since such short circuits often regenerate themselves, for example because the element generating the short circuit has burned out, the circuit breaker is closed again after a defined time, which is usually less than one second. If it is determined that the short circuit no longer occurs, the circuit breaker remains closed.
  • the switch must be opened again in a very short time, also in approx. 300 milliseconds, in order to prevent further damage to the network. This opening then remains stationary for the time being until the cause is eliminated manually.
  • Such a functionality which usually corresponds to the requirements of the network operator, is called open-close-open functionality, or O-C-O for short.
  • the object of the invention is to provide a power switch system for a high-voltage application len that has the open-close-open functionality, and since compared to the prior art, has a technically less complex drive system.
  • the high-voltage circuit breaker system according to the invention with a short-circuit breaker function, which results in an opening, closing and renewed opening movement of a contact system comprises precisely this contact system, which is mechanically connected to a drive system.
  • the drive system has a drive unit.
  • the drive system also includes a drive shaft which is designed in the form of a crankshaft. This crankshaft is connected to a moving contact of the contact system via a push rod.
  • the invention is characterized in that the cycle of the opening, closing and renewed opening movement of the contact system is followed by a unidirectional rotary movement of the crankshaft.
  • the advantage of the invention is that a drive unit can fully pull the required opening, closing and further opening process via the crankshaft in a unidirectional rotary movement with one revolution of a shaft.
  • This construction makes it possible to use simple drive units, for example electric motors or coil springs. This considerably reduces the technical effort involved in designing the drive unit. borrowed. Due to the reduced technical effort, the corresponding drive units can also be produced more cost-effectively.
  • a crankshaft is a shaft with one or more cures that describe an eccentric rotary movement with respect to an axis of rotation of the shaft. On the cranks a
  • a crank can be a conventional Längli cher lever, but a crank can also be designed in the form of an Ex tenderemia.
  • a short-circuit breaker function of a circuit breaker consists in opening the power line for a short time, in the order of magnitude of less than half a second, in the event of a short circuit, then short-circuiting it again for a similar period of time, whereupon a short circuit can be checked and again open again if there is still a short circuit. If the short circuit has been eliminated during the first interrupter interval, the circuit breaker remains in the closed position.
  • mechanically connected means that there is a mechanical connection to transmit a force, an impulse or an action between two systems, for example via movable connections such as bearings or joints, but also via fixed connections how material or force-locking connections or combinations of movable and fixed connections can be made.
  • the crankshaft is designed in such a way that, starting from a closed position of the contact system to an open position of the contact system, a unidirectional rotary movement is carried out which is between 150 ° and 210 ° with respect to its axis of rotation.
  • a rotary movement of 180 ° between the closed position and the open position is generally advantageous.
  • Geometric requirements or taking into account opening and closing times, the optimal rotary movement for the opening process can be in a range that deviates from 180 °, i.e. between 150 ° and 210 °.
  • the crankshaft is designed so that for the cycle of opening, closing and renewed opening movement of the contact system, a unidirectional rotary movement with respect to the axis of rotation of the crank shaft is performed, which is between 350 ° and 360 ° plus 10 °.
  • a unidirectional rotary movement with respect to the axis of rotation of the crank shaft is performed, which is between 350 ° and 360 ° plus 10 °.
  • the crankshaft rotates through 360 ° for the entire cycle.
  • over-turning or under-turning that is to say 10 ° less than 360 ° or 10 ° more than 360 °, for example an increased or decreased contact pressure between contacts of the contact system can be implemented.
  • crankshaft is preferably designed in such a way that a crank pin is arranged on a crank which is eccentric with respect to the axis of rotation and describes a circular movement about the axis of rotation of the crankshaft during the rotational movement of the crankshaft. It is also useful that this crank pin is aligned parallel to the axis of rotation.
  • the crank pin can be encompassed by a slide bearing of the push rod, thus ensuring the power transmission and the conversion of the rotary movement into a translational movement.
  • the crankshaft has at least two cranks, preferably three cranks, which has the advantage that several circuit breakers can be operated simultaneously by one drive shaft, that is, by the crankshaft and by one drive.
  • cranks depending on the design, it is understood that at least two or three pins are present, each of which is surrounded by a pair of cranks and rotates at an eccentric distance from the axis of rotation of the crankshaft.
  • crank and crank pair have an equivalent meaning, since when using more than one crank or crank pair and a rotary movement of almost or more than 360 °, crank pairs are inevitably required in order not to block the rotary movement of the push rod.
  • these three cranks or crank pairs have different rotational directions with respect to the axis of rotation of the crankshaft.
  • the first crank or the first pair of cranks points in one direction
  • the second pair of cranks in a second direction, which is offset in the order of 180 ° from the first crank.
  • the third crank again preferably points in the direction of the first crank.
  • three circuit breakers can be operated on the one hand by a common crankshaft and by a common drive, it is also possible to move the circuit breakers closer together due to the staggered design of the cranks, since they are arranged offset, which results in a triangular arrangement of the circuit breakers . In this way, a lot of space can be saved when accommodating the circuit breaker.
  • Figure 1 shows a high-voltage circuit breaker system with a contact system and a drive system, wherein to transmit the drive energy the contact system of a crankshaft is used.
  • Figure 1 shows the contact system in the closed state
  • FIG. 3 shows the high-voltage circuit breaker system according to FIG. 1 again in the closed state after rotating the crankshaft by approx. 180 °
  • Figure 4 shows the high-voltage circuit breaker system in the same position as in Figure 2 after a rotation of 360 ° of the crankshaft
  • Figure 5 a series of high-voltage power
  • FIG. 6 shows a high-voltage circuit breaker system with a crankshaft which has an eccentric disk as a crank
  • FIG. 7 shows a time axis to illustrate the opening and closing cycle
  • FIG. 8 shows a cross section through a crankshaft along a crank and a push rod attached to it
  • Figure 9 is a plan view of an array of three
  • FIG. 10 shows a high-voltage circuit breaker system with a drive mechanism according to the prior art.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a high-voltage circuit breaker system which has a contact system 4 which is arranged in a housing 42.
  • the housing 42 is basically designed to be gas-tight; an insulating gas can be present within the housing, which can be, for example, sulfur hexafluoride or a fluoroketone or a fluoronitrile. However, the insulating gas can also be synthetic, purified air.
  • the circuit breaker 2 can also include a vacuum tube.
  • the contact system 4 has a fixed contact 44 and a moving contact 14.
  • the moving contact 14 is connected to a contact pin 40, which in turn is mechanically connected to a crankshaft 10 via a push rod 12.
  • the push rod 12 can be designed for example in the form of a conventional connecting rod.
  • the push rod 12 in this configuration has a slide bearing 38 or 40 at its ends, the slide bearing 38 being attached to a pin 34 which is part of the crankshaft 10.
  • the pin 34 is framed by two cranks 32, which cause the eccentric Anord voltage of the pin 34 from an axis of rotation 30 of the crankshaft 10.
  • the crankshaft 10 in turn is part of a drive system 6, which includes a drive unit 8 in addition to the crankshaft 10.
  • various drive technologies can be used.
  • an electric motor can provide the drive, but spiral springs can also be used.
  • the crankshaft 10 is supported in bearings 48.
  • the drive unit 8 is designed in such a way that it moves in a direction of rotation 16 so that the crankshaft 10 also performs a unidirectional rotary movement along the arrow 16. If this rotary movement 16 takes place around the axis of rotation 30 of the crankshaft 10 once by 360 °, this leads, as shown in FIGS. 2, 3 and 4, to next to an opening movement along the arrow 20 according to FIG. 2, the maximum movement of the moving contact 4 being a 180 ° rotational movement of the crankshaft 10 along the direction of rotation 16 for the maximum opening width of the contact system 4. In this case according to FIG.
  • the contact system 4 is open to the maximum and there is a further rotational movement of the crankshaft 10, preferably without interruption, in the same direction, the contact system 4 closing again along the arrow 22, in this case the crankshaft le 10 completed a rotary movement of 360 °.
  • a triggering unit gives the signal for a further 180 ° movement of the crankshaft 10, which according to FIG. 4 along the arrow 24 means a further opening movement.
  • the cycle which includes an opening, closing and renewed opening process, ends.
  • the high-voltage circuit breaker 2 initially remains open at this point.
  • This cycle is illustrated schematically in FIG. 7 along a time axis. At the time period before and at the time To there is no short circuit or any other confirmation of the network, so that the high-voltage circuit breaker 2 is closed in its basic position.
  • FIG. 5 shows a circuit breaker system 2 in which three circuit breakers 3 are arranged next to one another and are driven jointly by a drive system 6.
  • the crankshaft 10 according to FIG. 5 has three cranks 32, each of which is connected to a circuit breaker 3.
  • the three circuit breakers 3 are switches for the individual phases of a power network, through which the circuit breaker system 2 can be switched with a drive system 6 at the same time.
  • the sequences of the rotary movement along the arrow 16 correspond to what is described with respect to the Fi gures 1 to 4.
  • an analog circuit breaker system 2 is Darge, which basically performs the same movement sequences, as already described with respect to Figures 1 to 4 be.
  • the system 2 differs, however, in the shape of the crankshaft 10, the crank 32 of the crankshaft 10 being designed in the form of an eccentric disk and being arranged at one end of the crankshaft 10. In this case, only one crank 32 and no crank pair is required, the crank pin 34 is net angeord on the crank 32 in the form of an eccentric disc without a counter bearing in a second crank.
  • FIG. 8 a cross section through a crankshaft 10 in the area of the crank pin 34 between two cranks 32 is illustrated. It is shown how the slide bearing 38, which is connected to a push rod 12 in turn, around the Kurbelzap fen 34 is arranged around. It can also be seen in FIG. 8 how the crank pin 34 describes a rotary movement 36 eccentrically to the axis of rotation 30 and can rotate unidirectionally by 360 ° initially for opening and closing and then possibly by a further 180 °. The end of the push rod 12, which is connected to another slide bearing (see fig. gur 1 reference numeral 46) is provided, is in engagement with the contact pin 40, which is not shown here.
  • FIG. 10 shows an illustration of a drive mechanism of a high-voltage circuit breaker system according to the prior art.
  • a circuit breaker system also has a contact system 4 'which comprises a fixed contact 44' and a moving contact 14 ', which in turn is in operative connection with a contact bolt 40'.
  • the contact system 4 ' is surrounded by a housing 42'.
  • the opening-closing and reopening cycle which is illustrated by the arrows 20 ', 22', is designed by a complex spring mechanism, with two spring accumulators 50-1 and 50- 11 are connected via a rocker arm 52, which is shown very schematically here.
  • the Kipphe- at 52 has the effect that when the contact system 4 'is opened, a spring store 50-1 is relaxed and, in return, the spring store 50-11 is tensioned. This process is reversed with a further opening or closing movement.
  • This is an extremely complex mechanical arrangement that can be implemented alternatively due to the technically simpler design of the crankshaft 10 described.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hochspannungs-Leistungsschalter- system mit einer Kurzunterbrecherfunktion, die in einer Öff- nungs- (20), Schließ- (22) und erneuten Öffnungsbewegung (24) eines Kontaktsystems (4) resultiert, umfassend einen Leis- tungsschalter mit einem Kontaktsystem (4) und einem Antriebs- system (6), das mit dem Kontaktsystem (4) mechanisch in Ver- bindung steht, wobei das Antriebssystem (6) ein Antriebsag- gregat (8) umfasst. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Antriebssystem neben dem Antriebsaggregat (8) eine Antriebswelle aufweist, die als Kurbelwelle (10) ausgestaltet ist, die über eine Schubstange (12) mit einem Bewegkontakt (14) des Kontaktsystems (4) in Verbindung steht und dass der Zyklus Öffnungs- (20), Schließ- (22) und erneute Öffnungsbe- wegung (24) des Kontaktsystems (4) aus einer unidirektionalen Drehbewegung (16) der Kurbelwelle (10) resultiert.

Description

Beschreibung
Hochspannungs-LeistungsschalterSystem
Die Erfindung betrifft einen Hochspannungs-Leistungsschalter system nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Für die Fehlerklärung in Hoch- und Höchstspannungsnetzen, al so bei Spannungen über 110 Kilovolt in Freileitungen sind so genannte Kurzunterbrecher definiert. Sollte ein Kurzschluss beispielsweise durch einen umfallenden Baum, einen herabfal lenden Ast oder durch einen großen Vogel hervorgerufen wer den, kommt es innerhalb von kürzester Zeit durch den Schalter zu einer Unterbrechung des Kurzschlussstromes. Der Leistungs schalter schaltet dabei in einer Zeit von ca. 300 Millisekun den ab und trennt somit den Bereich, in dem der Kurzschluss auftritt, vom übrigen Netz. Da sich derartige Kurzschlüsse häufig selbst regenerieren, da beispielsweise das den Kurz schluss erzeugende Element abgebrannt ist, wird nach einer definierten Zeit, die in der Regel weniger als eine Sekunde beträgt, der Leistungsschalter wieder geschlossen. Wird dabei festgestellt, dass der Kurzschluss nicht mehr auftritt, bleibt der Leistungsschalter geschlossen. Sollte der Kurz schluss immer noch bestehen, muss in sehr kurzer Zeit, also ebenfalls in ca. 300 Millisekunden, der Schalter wieder ge öffnet werden, um weitere Schäden am Netz zu verhindern. Die se Öffnung bleibt dann vorerst stationär, bis die Ursache ma nuell behoben ist. Eine derartige Funktionalität, die in der Regel den Vorgaben des Netzbetreibers entspricht, nennt man Open-Close-Open-Funktionalität, abgekürzt O-C-O.
Herkömmliche Leistungsschalter im Hochspannungsnetz haben für diese O-C-O-Funktionalität Federspeicherantriebe, durch die ein Ein- und wieder Ausschalten realisiert werden kann. Dabei wird bei der Schalthandlung jeweils ein Federspeicher ausge löst und der andere Federspeicher dabei gespannt, bei der nächsten Schalthandlung wird dieser Auslöse-Spannvorgang um gekehrt. Diese Bauart ist zwar weit etabliert, ihre Umsetzung bedarf jedoch jeweils eines relativ hohen mechanischen Auf wandes. Außerdem ist der Auslösemechanismus für jede Öff- nungs- bzw. Schließhandlung technisch komplex.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Leistungs schaltersystem für eine Hochspannungsanwendung bereitzustel len, der die Open-Close-Open-Funktionalität aufweist, und da bei gegenüber dem Stand der Technik ein technisch weniger aufwendiges Antriebssystem aufweist.
Die Lösung der Aufgabe besteht in einem Hochspannungs- Leistungsschaltersystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1.
Der erfindungsgemäße Hochspannungs-Leistungsschaltersystem mit einer Kurzunterbrecherfunktion, die in einer Öffnungs-, Schließ- und erneuten Öffnungsbewegung eines Kontaktsystems resultiert, umfasst eben dieses Kontaktsystem, das mit einem Antriebssystem mechanisch in Verbindung steht. Dabei weist das Antriebssystem ein Antriebsaggregat auf. Neben dem An triebsaggregat umfasst das Antriebssystem ferner eine An triebswelle, die in Form einer Kurbelwelle ausgestaltet ist. Diese Kurbelwelle ist über eine Schubstange mit einem Beweg kontakt des Kontaktsystems verbunden. Ferner zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass der Zyklus der Öffnungs-, Schließ- und erneuten Öffnungsbewegung des Kontaktsystems durch eine unidirektionale Drehbewegung der Kurbelwelle er folgt.
Im Gegenzug zu den herkömmlich verwendeten Federspeicheran trieben besteht der Vorteil der Erfindung darin, dass über die Kurbelwelle eine Antriebseinheit in einer unidirektiona- len Drehbewegung bei einer Umdrehung einer Welle den gefor derten Öffnungs-, Schließ- und weiteren Öffnungsvorgang voll ziehen kann. Durch diese Konstruktion ist es möglich, einfa che Antriebsaggregate in Anwendung zu bringen, beispielsweise Elektromotoren oder Spiralfedern. Dies reduziert den techni schen Aufwand bei der Konstruktion der Antriebseinheit erheb- lieh. Durch den reduzierten technischen Aufwand lassen sich die entsprechenden Antriebseinheiten auch kostengünstiger darstellen .
Eine Kurbelwelle ist eine Welle mit einer oder mehreren Kur beln, die bezüglich einer Drehachse der Welle eine exzentri sche Drehbewegung beschreiben. An den Kurbeln kann eine
Schubstange oder Pleuelstange befestigt sein, wodurch eine Drehbewegung der Kurbelwelle in eine translatorische Bewegung umgewandelt wird. Eine Kurbel kann ein herkömmlicher längli cher Hebel sein, eine Kurbel kann aber auch in Form einer Ex tenderscheibe ausgestaltet sein.
Eine Kurzunterbrecherfunktion eines Leistungsschalters be steht darin, bei einem Kurzschluss die Stromleitung für kurze Zeit, in der Größenordnung von weniger als einer halben Se kunde zu öffnen, sie für einen ähnlichen Zeitraum wieder kurzzuschließen, worauf eine Überprüfung eines noch vorlie genden Kurzschlusses möglich ist und erneut wieder zu öff nen, falls noch ein Kurzschluss anliegt. Sollte sich der Kurzschluss während des ersten Unterbrecherintervalls behoben haben, so bleibt der Leistungsschalter in der geschlossenen Position stehen.
Unter dem Begriff mechanisch in Verbindung stehen wird ver standen, dass zur Übertragung einer Kraft, eines Impulses o- der einer Aktion zwischen zwei Systemen eine mechanische Ver bindung besteht, die beispielsweise über bewegliche Verbin dungen wie Lager oder Gelenke, aber auch über feste Verbin dungen wie stoffschlüssige oder Kraftschlüssige Verbindungen oder aus Kombinationen aus beweglichen und festen Verbindun gen erfolgen kann.
In einer Ausgestaltungsform der Erfindung ist die Kurbelwelle in der Art ausgebildet, dass ausgehend von einer Schließposi tion des Kontaktsystems zu einer Öffnungsposition des Kon taktsystems eine unidirektionale Drehbewegung vollzogen wird, die bezüglich ihrer Drehachse zwischen 150° und 210° liegt. Grundsätzlich ist bei der Anwendung einer Kurbelwelle eine Drehbewegung von 180° zwischen der Schließposition und der Öffnungsposition vorteilhaft. Durch geometrische Anforderun gen bzw. unter Berücksichtigung von Öffnungs- bzw. Schließ zeiten kann die optimale Drehbewegung für den Öffnungsvorgang in einem Bereich liegen, der von 180° abweicht, also zwischen 150° und 210° liegt.
In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung ist die Kurbelwelle so ausgestaltet, dass für den Zyklus Öffnungs-, Schließ- und erneute Öffnungsbewegung des Kontaktsystems eine unidirektionale Drehbewegung bezüglich der Drehachse der Kur belwelle vollzogen wird, die zwischen 350° und 360° plus 10° liegt. Auch hier ist es wieder zweckmäßig, dass für den ge samten Zyklus grundsätzlich eine Drehbewegung der Kurbelwelle von 360° stattfindet. Grundsätzlich kann aber durch eine Überdrehung bzw. Unterdrehung, das heißt also 10° weniger als 360° oder 10° mehr als 360° beispielsweise ein erhöhter oder erniedrigter Anpressdruck zwischen Kontakten des Kontaktsys tems vollzogen werden.
Die Kurbelwelle ist bevorzugt in der Art ausgestaltet, dass an einer Kurbel ein bezüglich der Drehachse exzentrischer Kurbelzapfen angeordnet ist, der bei der Drehbewegung der Kurbelwelle eine kreisförmige Bewegung um die Drehachse der Kurbelwelle beschreibt. Dabei ist es auch zweckmäßig, dass dieser Kurbelzapfen parallel zur Drehachse ausgerichtet ist. Im Weiteren kann der Kurbelzapfen von einem Gleitlager der Schubstange umfasst sein, somit ist die Kraftübertragung und die Umwandlung der Drehbewegung in einer translatorischen Be wegung gewährleistet.
In einer weiteren Ausgestaltungsform weist die Kurbelwelle mindestens zwei Kurbeln, bevorzugt drei Kurbeln, auf, was den Vorteil hat, dass durch eine Antriebswelle, also durch die Kurbelwelle und durch einen Antrieb mehrere Leistungsschalter gleichzeitig betrieben werden können. Bei dem Begriff zwei bzw. drei Kurbeln wird bauartbedingt darunter verstanden, dass mindestens zwei oder drei Zapfen vorhanden sind, die je weils von einem Paar von Kurbeln eingefasst sind und in einem exzentrischen Abstand zur Drehachse der Kurbelwelle rotieren. Die Begriffe Kurbel und Kurbelpaar haben dabei äquivalente Bedeutung, da bei Anwendung von mehr als einer Kurbel bzw. Kurbelpaar und einer Drehbewegung von nahezu oder mehr als 360° zwangsläufig Kurbelpaare erforderlich sind um die Dreh bewegung der Schubstange nicht zu blockieren.
In einer weiteren Ausgestaltungsform weisen diese drei Kur beln bzw. Kurbelpaare unterschiedliche rotatorische Richtun gen bezüglich der Rotationsachse der Kurbelwelle auf. Bevor zugt zeigt die erste Kurbel bzw. das erste Kurbelpaar in eine Richtung, das zweite Kurbelpaar in eine zweite Richtung, die in der Größenordnung von 180° zur ersten Kurbel versetzt ist. Die dritte Kurbel weist dabei wieder bevorzugt in die Rich tung der ersten Kurbel. Auf diese Weise können drei Leis tungsschalter einerseits durch eine gemeinsame Kurbelwelle und durch einen gemeinsamen Antrieb betrieben werden, es ist zudem möglich, durch die versetzte Bauart der Kurbeln die Leistungsschalter näher aneinanderzurücken, da sie versetzt angeordnet sind, was in etwa einer Dreiecksanordnung der Leistungsschalter resultiert. Auf diese Weise kann sehr viel Bauraum bei der Unterbringung der Leistungsschalter einge spart werden.
Weitere Ausgestaltungsformen der Erfindung und weitere Merk male werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Da bei handelt es sich um rein exemplarische, sehr schematische Darstellung, die das Grundprinzip der Ausgestaltung näher er läutern sollen. Dies sind schematische Darstellungen, die keine Einschränkung des Schutzbereichs darstellen.
Dabei zeigen:
Figur 1 ein Hochspannungs-Leistungsschaltersystem mit einem Kontaktsystem und einem Antriebssystem, wobei zur Übertragung der Antriebsenergie auf das Kontaktsystem eine Kurbelwelle Anwendung findet. Figur 1 zeigt das Kontaktsystem im ge schlossenen Zustand,
Figur 2 Hochspannungs-Leistungsschaltersystem aus Fi gur 1 mit gedrehter Kurbelwelle und geöffnetem Zustand des Kontaktsystems ,
Figur 3 das Hochspannungs-Leistungsschaltersystem ge mäß Figur 1 wieder im geschlossenen Zustand nach einer Drehung der Kurbelwelle von ca. 180°,
Figur 4 das Hochspannungs-Leistungsschaltersystem in der gleichen Position wie in Figur 2 nach ei ner Drehung von 360° der Kurbelwelle,
Figur 5 eine Reihe von Hochspannungs-Leistungs
schaltersystemen für drei Phasen, die durch ein Antriebssystem mit einem Antrieb und einer Kurbelwelle angetrieben werden,
Figur 6 ein Hochspannungs-Leistungsschaltersystem mit einer Kurbelwelle, die eine Exzenterscheibe als Kurbel aufweist,
Figur 7 eine Zeitachse zur Veranschaulichung des Öff- nungs- und Schließzyklus,
Figur 8 einen Querschnitt durch eine Kurbelwelle ent lang einer Kurbel und eine daran angebrachte Schubstange,
Figur 9 eine Draufsicht auf eine Anordnung von drei
Hochspannungs-LeistungsschalterSystem, analog zu Figur 5 mit jedoch bezüglich der Drehachse rotatorisch versetzt angeordneten Kurbeln, Figur 10 einen Hochspannungs-Leistungsschaltersystem mit einer Antriebsmechanik nach dem Stand der Technik .
In Figur 1 ist eine schematische Darstellung eines Hochspan nungs-Leistungsschaltersystems gegeben, der ein Kontaktsystem 4 aufweist, das in einem Gehäuse 42 angeordnet ist. Das Ge häuse 42 ist dabei grundsätzlich gasdicht ausgestaltet, es kann innerhalb des Gehäuses ein Isoliergas vorliegen, das beispielsweise Schwefelhexafluorid oder ein Fluorketon bzw. ein Fluornitril sein kann. Das Isoliergas kann jedoch auch synthetische, gereinigte Luft sein. Der Leistungsschalter 2 kann dabei auch eine Vakuumröhre umfassen. Das Kontaktsystem 4 weist dabei einen Festkontakt 44 und einen Bewegkontakt 14 auf. Der Bewegkontakt 14 ist mit einem Kontaktbolzen 40 ver bunden, der wiederum mechanisch über eine Schubstange 12 mit einer Kurbelwelle 10 in Verbindung steht. Die Schubstange 12 kann beispielsweise in Form eines herkömmlichen Pleuel ausge staltet sein. Dabei weist die Schubstange 12 in dieser Ausge staltung an ihren Enden jeweils ein Gleitlager 38 bzw. 40 auf, wobei das Gleitlager 38 an einem Zapfen 34 befestigt ist, der Teil der Kurbelwelle 10 ist. Der Zapfen 34 wird durch zwei Kurbeln 32 eingerahmt, die die exzentrische Anord nung des Zapfens 34 von einer Drehachse 30 der Kurbelwelle 10 bewirken. Die Kurbelwelle 10 wiederum ist Teil eines An triebssystems 6, das neben der Kurbelwelle 10 eine Antriebs einheit 8 umfasst. Bei der Antriebseinheit 8 können verschie dene Antriebstechniken zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann ein Elektromotor den Antrieb gewährleisten, es können jedoch auch Spiralfedern eingesetzt werden. Die Kurbelwelle 10 ist dabei in Lagern 48 gelagert.
Das Antriebsaggregat 8 ist dabei so ausgestaltet, dass es sich in eine Drehrichtung 16 bewegt, sodass ebenfalls die Kurbelwelle 10 eine unidirektionale Drehbewegung entlang des Pfeiles 16 vollzieht. Wenn sich diese Drehbewegung 16 um die Drehachse 30 der Kurbelwelle 10 einmal um 360° vollzieht, führt das, wie in den Figuren 2, 3 und 4 dargestellt ist, zu- nächst zu einer Öffnungsbewegung entlang des Pfeiles 20 gemäß Figur 2, wobei für die maximale Öffnungsweite des Kontaktsys tems 4 also die maximale Bewegung des Bewegkontaktes 4 eine 180°-Drehbewegung der Kurbelwelle 10 entlang der Drehrichtung 16 erfolgt. In diesem Fall gemäß Figur 2 ist das Kontaktsys tem 4 maximal geöffnet und es erfolgt eine weitere Drehbewe gung der Kurbelwelle 10, bevorzugt ohne Unterbrechung, in dieselbe Richtung, wobei sich das Kontaktsystem 4 entlang des Pfeiles 22 wieder schließt, in diesem Fall hat die Kurbelwel le 10 eine Drehbewegung von 360° vollzogen.
Sollte sich hierbei herausgestellt haben, dass die Ursache für den Kurzschluss weiterhin besteht, so gibt eine hier nicht dargestellte Auslöseeinheit das Signal für eine weitere 180°-Bewegung der Kurbelwelle 10, was gemäß Figur 4 entlang des Pfeiles 24 eine weitere Öffnungsbewegung bedeutet. An dieser Stelle gemäß Figur 4 ist der Zyklus, der einen Öff- nungs-, Schließ- und erneuten Öffnungsvorgang beinhaltet, be endet. Der Hochspannungs-Leistungsschalter 2 bleibt an dieser Stelle zunächst geöffnet.
In Figur 7 ist dieser Zyklus entlang einer Zeitachse schema tisch veranschaulicht. Zum Zeitraum vor und zum Zeitpunkt To liegt kein Kurzschluss bzw. eine anderweitige Bestätigung des Netzes vor, sodass der Hochspannungs-Leistungsschalter 2 in seiner Grundstellung geschlossen vorliegt.
Zum Zeitpunkt To kommt es zu einem Auslöseereignis , das durch eine Auslöseeinheit hervorgerufen wird, und der Leistungs schalter 2 wird entsprechend der Figur 2 bis zum Zeitpunkt Ti in eine offene Position, die mit 0 gekennzeichnet ist, ge führt. Dieser Zeitabschnitt dauert in etwa 300 Millisekunden. Für einen weiteren Zeitraum, der zwischen 100 Millisekunden und einer Sekunde liegen kann, wird der Schalter wieder gemäß Figur 3 geschlossen, dies liegt zum Zeitpunkt T2 vor. Sollte das kurzschlussverursachende Ereignis weiter vorliegen, kommt es zu einer weiteren Öffnungsbewegung bis zum Zeitpunkt T3, gemäß Figur 4. In Figur 5 ist eine Leistungsschaltersystem 2 dargestellt, in der drei Leistungsschalter 3 nebeneinander angeordnet sind und durch eine Antriebssystem 6 gemeinsam angetrieben werden. Die Kurbelwelle 10 gemäß Figur 5 weist dabei drei Kurbeln 32 auf, die jeweils mit einem Leistungsschalter 3 in Verbindung stehen .
Bei den drei Leistungsschaltern 3 handelt es sich um Schalter für die einzelnen Phasen eines Stromnetzes, durch die in dem Leistungsschaltersystem 2 mit einem Antriebssystem 6 gleich zeitig geschaltet werden können. Die Abläufe der Drehbewegung entlang des Pfeiles 16 entsprechen dem, was bezüglich der Fi guren 1 bis 4 beschrieben ist.
In Figur 6 ist ein analoges Leistungsschaltersystem 2 darge stellt, das grundsätzlich die gleichen Bewegungsabläufe voll zieht, wie dies bereits bezüglich der Figuren 1 bis 4 be schrieben ist. Das System 2 unterscheidet sich jedoch in der Form der Kurbelwelle 10, wobei die Kurbel 32 der Kurbelwelle 10 in Form einer Exzenterscheibe ausgestaltet ist und an ei nem Ende der Kurbelwelle 10 angeordnet ist. In diesem Fall wird nur eine Kurbel 32 und kein Kurbelpaar benötigt, der Kurbelzapfen 34 ist an der Kurbel 32 in Form einer Exzenter scheibe ohne Gegenlagerung in einer zweiten Kurbel angeord net .
In Figur 8 ist ein Querschnitt durch eine Kurbelwelle 10 im Bereich des Kurbelzapfen 34 zwischen zwei Kurbeln 32 darge stellt. Dabei ist gezeigt, wie das Gleitlager 38, das wiede rum mit einer Schubstange 12 verbunden ist, um den Kurbelzap fen 34 herum angeordnet ist. Es ist in Figur 8 auch ersicht lich, wie der Kurbelzapfen 34 exzentrisch zur Drehachse 30 eine Drehbewegung 36 beschreibt und dabei unidirektional eine Drehung um zunächst 360° zum Öffnen und Schließen und an schließend ggf. um weitere 180° vollziehen kann. Das Ende der Schubstange 12, das mit einem weiteren Gleitlager (siehe Fi- gur 1 Bezugszeichen 46) versehen ist, liegt im Eingriff mit dem Kontaktbolzen 40, was hier nicht näher dargestellt ist.
In Figur 10 ist schließlich eine Darstellung eines Antriebs- mechanismus eines Hochspannungs-Leistungsschaltersystems ge mäß des Standes der Technik gegeben. Die Merkmale, die die selbe Benennungen wie in den vorausgehenden Figuren aufwei sen, werden mit demselben Bezugszeichen und einem dahinter folgenden Strich versehen. Auch ein derartiges Leistungs- schaltersystem weist ein Kontaktsystem 4 ' auf, das einen Festkontakt 44 ' sowie einen Bewegkontakt 14 ' umfasst, der wiederum mit einem Kontaktbolzen 40' in Wirkverbindung steht. Das Kontaktsystem 4' ist von einem Gehäuse 42' umgeben. Der Unterschied zu der vorangegangenen Beschreibung besteht da- rin, dass der Zyklus Öffnen-Schließen und erneutes Öffnen, der durch die Pfeile 20', 22' veranschaulicht ist, durch ei nen komplexen Federmechanismus ausgestaltet ist, wobei zwei Federspeicher 50-1 und 50-11 über eine Kipphebel 52 verbunden sind, was hier sehr schematisch dargestellt ist. Der Kipphe- bei 52 bewirkt, dass beim Öffnen des Kontaktsystems 4 ' ein Federspeicher 50-1 entspannt wird und dabei im Gegenzug der Federspeicher 50-11 gespannt wird. Dieser Vorgang kehrt sich bei einer weiteren Öffnungs- bzw. Schließbewegung um. Hierbei handelt es sich um eine ausgesprochen komplexe mechanische Anordnung, die durch die technisch einfachere Ausgestaltungs form der beschriebenen Kurbelwelle 10 alternativ umgesetzt werden kann.
Bezugszeichenliste
2 Hochspannungs-LeistungsschalterSystem
3 Leistungsschalter
4 Kontaktsystem
6 Antriebssystem
8 Antriebsaggregat
10 Kurbelwelle
12 Schubstange
14 Bewegkontakt
16 unidirektionale Drehbewegung
20 Öffnen
22 Schließen
24 Erneutes Öffnen
26 Schließposition
28 Öffnungsposition
30 Drehachse
32 Kurbel
34 Befestigungszapfen
36 kreisförmige Drehbewegung
38 Gleitlager
40 Kontaktbolzen
42 Gehäuse
44 Festkontakt
46 zweites Gleitlager
48 Kurbelwellenlager
50 Federspeicher
52 Kipphebel

Claims

Patentansprüche
1. Hochspannungs-Leistungsschaltersystem mit einer Kurzun terbrecherfunktion, die in einer Öffnungs- (20), Schließ- (22) und erneuten Öffnungsbewegung (24) eines Kontaktsys tems (4) resultiert, umfassend einen Leistungsschalter mit einem Kontaktsystem (4) und einem Antriebssystem (6), das mit dem Kontaktsystem (4) mechanisch in Verbindung steht, wobei das Antriebssystem (6) ein Antriebsaggregat (8) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebs system neben dem Antriebsaggregat (8) eine Antriebswelle aufweist, die als Kurbelwelle (10) ausgestaltet ist, die über eine Schubstange (12) mit einem Bewegkontakt (14) des Kontaktsystems (4) in Verbindung steht und dass der Zyklus Öffnungs- (20), Schließ- (22) und erneute Öff nungsbewegung (24) des Kontaktsystems (4) aus einer un- idirektionalen Drehbewegung (16) der Kurbelwelle (10) re sultiert .
2. Hochspannungs-Leistungsschaltersystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (10) ausge hend von einer Schließposition (26) des Kontaktsystems (14) zu einer Öffnungsposition (28) des Kontaktsystems eine unidirektionale Drehbewegung (16) bezüglich ihrer Drehachse (30) vollzieht, die zwischen 150° und 210° liegt .
3. Hochspannungs-Leistungsschaltersystem nach Anspruch 1 o- der 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (10) für eine Öffnungs- (20) und Schließbewegung (22) des Kon taktsystems (4) eine unidirektionale Drehbewegung (16) bezüglich ihrer Drehachse (30) vollzieht, die zwischen 350° und 360° + 10° liegt.
4. Hochspannungs-Leistungsschaltersystem nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (10) an einer Kurbel (32) einen bezüglich der Drehachse (30) exzentrischen Kurbelzapfen (32) aufweist, der bei der Drehbewegung (16) der Kurbelwelle eine kreis förmige Bewegung um die Drehachse beschreibt.
5. Hochspannungs-Leistungsschaltersystem nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbelzapfen (34) paral lel zur Drehachse (30) ausgerichtet ist.
6. Hochspannungs-Leistungsschaltersystem nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbelzapfen (34) von einem Gleitlager (38) der Schubstange (38) umfasst ist.
7. Hochspannungs-Leistungsschaltersystem nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (10) mindestens zwei Kurbeln (32), bevorzugt drei Kurbeln aufweist.
8. Hochspannungs-Leistungsschaltersystem nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (10) mindes tens drei Kurbeln aufweist, wobei eine zweite Kurbel ro tatorisch in eine andere Richtung ausgelenkt ist, als ei ne erste Kurbel.
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