WO1997050106A1 - Drive for high-voltage vacuum switchgear - Google Patents

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Werner Hartmann
Jan Stroh
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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

Definitions

  • the invention relates to a drive for high-voltage vacuum switching devices in which a holding chamber with a fixed and a movable power supply bolt and a contact arrangement attached to it spring and holding means for moving the contact arrangement from the closed state into the open state and for the keeping open at a predetermined stroke are assigned, wherein there is a parallel connection of two springs, at least one of which is the drive spring for the switch-off process.
  • a switching mechanism is required to latch switching devices open.
  • Such a switching mechanism in which several springs are present, is described for example in DE 15 40 055 A and DE 15 40 127 A,.
  • Spring characteristic can be realized with two slopes and a kink or a curvature, the soft spring and then the hard spring taking effect when switched on. This requires the drive to latch.
  • a hydraulic drive with spring accumulator for actuating switches which has two coaxially arranged parallel springs of the contact arrangement and an associated latching mechanism.
  • a vacuum holder with a drive is known from DE-OS 15 40 063, in which a switch-off spring and a contact pressure spring are arranged concentrically to one another.
  • the two springs preferably act counter to one another.
  • the contact pressure spring is effective for generating the required closing force, as a result of which parts of the drive mechanism experience a pre-acceleration during the first 3 to 5 mm stroke before the switch contacts open.
  • the opening speeds range from 1 to 2.5 m / s.
  • the drive in the end position must provide the holding force by the correspondingly long drive spring.
  • a drive described above could be latched in the end position, in which case the latching requires additional mechanics and the drive would have to be unlatched with an additional device before the closing process.
  • the object of the invention is therefore to provide a drive specifically for use in high-voltage vacuum switches, which does not include oversizing and, in particular, does not require any additional mechanical means.
  • the drive spring itself consists of two parallel springs, the first spring being a short drive spring with a high spring constant and the second drive spring being a long spring with a low spring constant.
  • the acceleration which is especially necessary for high-voltage vacuum switches, until the desired speed is reached is provided by the short drive spring with a high spring constant.
  • the moving contact is then released and is not accelerated further with this spring, so that only the frictional force and the air pressure closing force of the switch are effective as braking force.
  • the second spring In parallel to the drive spring, which delivers the high initial acceleration, the second spring, on the other hand, is installed as a soft spring with a large stroke, which in its end position provides the hold-open force.
  • the mechanical latching in the open state that was previously necessary is unnecessary.
  • the second spring supports the main spring, which is adapted accordingly.
  • FIG. 1 shows a high-voltage vacuum switch with the part closed or open
  • FIG. 2 shows a spring drive for the high-voltage vacuum switch according to FIG. 1 with the switch closed according to FIG. 1
  • FIG 3 shows the spring drive according to FIG 2 with the switch open according to
  • FIG. 1 A first figure.
  • a vacuum switch essentially consists of a switching tube 1 with the actual switching chamber 2, in which one
  • Contact arrangement 10 comprising a fixed contact 13 and a moving contact 14 are arranged.
  • the fixed contact 13 is carried by a fixed power supply pin 3 and the moving contact 14 by a movable power supply pin 4.
  • Insulators 6 and 7 are connected to the switching chamber 2 in the axial direction of the switch, and are connected in a vacuum-tight manner by means of metal flanges (not specified).
  • the movable contact pin 4 is installed axially movable in the switching tube at the end via a bellows 9.
  • a mechanical drive is usually provided for the movement of the movable contact bolt 4 with the movable contact 14.
  • such a drive 20 consists of a first mechanical spring 21 and a second mechanical spring 22, which are fastened on a sleeve 25 with corresponding flanges 26, 27 and 28.
  • the first spring 21 is a short drive spring with a high spring constant, the length of which can be dimensioned such that it is shorter than the end stroke of the contact arrangement.
  • the second spring 22 is a long hold-open spring with a low spring constant. Both springs 21 and 22 are mechanically connected in parallel and form a common spring system which replaces the opening spring which is usually present in the drive in vacuum switching devices.
  • FIG. 2 shows the switch position of the vacuum switch in the closed state with the drive spring 21 tensioned.
  • the length of the drive spring 21 is compressed by a quarter, resulting in a corresponding pretension.
  • the hold-open spring 22 is also tensioned in this switch position.

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  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)
  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)

Abstract

In high-voltage vacuum switchgear which have a switching chamber with a fixed and a moving current supply pin and a contact arrangement mounted thereon, spring and retaining means are provided to move the contact arrangement from the closed to the open state and for keeping it open after a predetermined stroke. By mounting two springs (21, 22) in parallel, the required acceleration of the moving contact is achieved and a retaining force in the open state of the contact arrangement (10) is ensured without requiring snap-locking means.

Description

Beschreibungdescription
Antrieb für HochspannungsvakuumschaltgeräteDrive for high voltage vacuum switching devices
Die Erfindung bezieht sich auf einen Antrieb für Hochspan- nungsvakuumschaltgeräte, bei denen einer Sehaltkämmer mit einem festen und einem beweglichen Stromzuführungsbolzen und einer daran angebrachten Kontaktanordnung Feder- und Halte¬ mittel für die Bewegung der Kontaktanordnung vom geschlosse- nen Zustand in den offenen Zustand und für das Offenhalten bei einem vorgegebenen Hub zugeordnet sind, wobei eine Pa¬ rallelschaltung zweier Federn vorliegt, von denen wenigstens eine die Antriebsfeder für den Ausschaltvorgang ist.The invention relates to a drive for high-voltage vacuum switching devices in which a holding chamber with a fixed and a movable power supply bolt and a contact arrangement attached to it spring and holding means for moving the contact arrangement from the closed state into the open state and for the keeping open at a predetermined stroke are assigned, wherein there is a parallel connection of two springs, at least one of which is the drive spring for the switch-off process.
Zum Verklinken von Schaltgeräten im offenen Zustand ist ein Schaltmechanismus notwendig. Ein solcher Schaltmechanismus, bei dem mehrere Federn vorhanden sind, wird beispielsweise in der DE 15 40 055 A und DE 15 40 127 A beschrieben, . Durch Verwendung von zwei hintereinandergeschalteten Federn mit unterschiedlichen Federkonstanten soll dabei insgesamt eineA switching mechanism is required to latch switching devices open. Such a switching mechanism, in which several springs are present, is described for example in DE 15 40 055 A and DE 15 40 127 A,. By using two series-connected springs with different spring constants, a total of one
Federkennlinie mit zwei Steigungen und einem Knick bzw. einer Krümmung realisiert werden, wobei beim Einschalten erst die weiche und dann die harte Feder zur Wirkung kommen. Dies bedingt eine Verklinkung des Antriebes.Spring characteristic can be realized with two slopes and a kink or a curvature, the soft spring and then the hard spring taking effect when switched on. This requires the drive to latch.
Weiterhin ist aus der FR 13 55 898 A ein hydraulicher Antrieb mit Federspeicher zur Betätigung von Schaltern bekannt, der zwei koaxial angeordnete parallele Federn der Kontaktanord¬ nung und einen zugehörigen Verklinkungsmechanismus aufweist. Aus der DE-OS 15 40 063 ist ein Vakuumsehalter mit einem An¬ trieb bekannt, bei dem eine Ausschaltfeder und eine Kontakt¬ andruckfeder konzentrisch zueinander angeordnet. Eine ähnli¬ che Anordnung ergibt sich aus der US-PS 4 225 763. Die beiden Federn wirken je nach dem Schaltzustand des Schaltgerätes bevorzugt einander entgegengesetzt. Speziell für einen Federantrieb für Vakuumschaltgeräte wird die Forderung gestellt, die zugehörige Antriebsfeder so zu dimensionieren, daß bei einem Ausschaltvorgang spätestens nach der zweiten Halbwelle des Stromes eine sichere Löschung des Lichtbogens erfolgt. Im anderen Fall wird eine Löschung wegen des zu hohen Energieumsatzes im Schalter nicht mehr möglich sein.Furthermore, from FR 13 55 898 A a hydraulic drive with spring accumulator for actuating switches is known, which has two coaxially arranged parallel springs of the contact arrangement and an associated latching mechanism. A vacuum holder with a drive is known from DE-OS 15 40 063, in which a switch-off spring and a contact pressure spring are arranged concentrically to one another. A similar arrangement results from US Pat. No. 4,225,763. Depending on the switching state of the switching device, the two springs preferably act counter to one another. Specifically for a spring drive for vacuum switching devices, there is a requirement to dimension the associated drive spring in such a way that the arc is safely extinguished when the device is switched off at the latest after the second half-wave of the current. In the other case, deletion will no longer be possible due to the excessive energy consumption in the switch.
Bei dem zugehörigen Schaltmechanismus ist neben der eigent- liehen Antriebsfeder zu Beginn der Auslösung die Kontakt¬ druckfeder zum Erzeugen der erforderlichen Schließkraft wirksam, wodurch Teile des Antriebsmechanismus während der ersten 3 bis 5 mm Hub eine Vorbeschleunigung erfährt, bevor die Schaltkontakte öffnen. Dabei bewegen sich die Öffnungs- geschwindigkeiten im Bereich von 1 bis 2,5 m/s. Daneben muß nach Erreichen der Offenstellung noch eine ausreichende Kraft vorhanden sein, den Schalter gegen den äußeren Luftdruck offenzuhalten. Diese Kraft wird als sogenannte Offenhalte¬ kraft definiert.In the associated switching mechanism, in addition to the actual drive spring at the start of the release, the contact pressure spring is effective for generating the required closing force, as a result of which parts of the drive mechanism experience a pre-acceleration during the first 3 to 5 mm stroke before the switch contacts open. The opening speeds range from 1 to 2.5 m / s. In addition, after reaching the open position, there must be sufficient force to keep the switch open against the external air pressure. This force is defined as the so-called hold-open force.
Bei Schaltern für den Mittelspannungsbereich können wegen des geringen Schalthubes von beispielsweise etwa 10 mm die oben¬ genannten Bedingungen mit einer Feder erfüllt werden. Anders sieht jedoch die Situation bei Hochspannungsvakuumschaltern aus. Um die bei höheren Spannungen erforderlichen größeren Abstände in ausreichend kurzer Zeit mit Geschwindigkeiten > 2 m/s zu erreichen, ist eine stärkere Antriebsfeder not¬ wendig. Da auch nach Erreichen der gewünschten Geschwindig¬ keit der Bewegkontakt weiter beschleunigt wird, wird eine unnötig hohe Endgeschwindigkeit erreicht und es ist somit eine unnötig hohe überschüssige Antriebsenergie über einen entsprechenden Dämpfer aufzufangen. Um nach Erreichen des oberen Anschlages ein von der Luftdruckschließkraft ver¬ ursachtes Zurücklaufen zu verhindern, muß der Antrieb in der Endstellung durch die entsprechend lange Antriebsfeder die Offenhaltekraft bereitstellen. Als Alternative könnte ein vorbeschriebener Antrieb in der Endstellung verklinkt werden, wobei in diesem Fall die Ver- klinkung eine zusätzliche Mechanik erfordert und wobei vor dem Schließvorgang mit einer zusätzlichen Vorrichtung der Antrieb entklinkt werden müßte.In the case of switches for the medium-voltage range, the above-mentioned conditions can be met with a spring because of the small switching stroke of, for example, about 10 mm. However, the situation with high-voltage vacuum switches is different. In order to achieve the larger distances required at higher voltages in a sufficiently short time at speeds> 2 m / s, a stronger drive spring is necessary. Since the moving contact is further accelerated even after the desired speed has been reached, an unnecessarily high final speed is reached and it is therefore necessary to absorb an unnecessarily high excess drive energy via a corresponding damper. In order to prevent the air pressure closing force from running back after the upper stop has been reached, the drive in the end position must provide the holding force by the correspondingly long drive spring. As an alternative, a drive described above could be latched in the end position, in which case the latching requires additional mechanics and the drive would have to be unlatched with an additional device before the closing process.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Antrieb speziell zur Verwendung bei Hochspannungsvakuumschaltern zu schaffen, der keine Überdimensionierung beinhaltet und insbesondere keine zusätzlichen mechanischen Mittel benötigt.The object of the invention is therefore to provide a drive specifically for use in high-voltage vacuum switches, which does not include oversizing and, in particular, does not require any additional mechanical means.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Antriebsfeder selbst aus zwei parallelgeschalteten Federn besteht, wobei die erste Feder eine kurze Antriebsfeder mit hoher Federkonstante ist und die zweite Antriebsfeder eine lange Feder mit geringer Federkonstante ist.The object is achieved in that the drive spring itself consists of two parallel springs, the first spring being a short drive spring with a high spring constant and the second drive spring being a long spring with a low spring constant.
Bei der Erfindung wird also die speziell für Hochspannungs- vakuumschalter notwendige Beschleunigung bis zum Erreichen der gewünschten Geschwindigkeit von der kurzen Antriebsfeder mit hoher Federkonstante zur Verfügung gestellt. Danach wird der Bewegkontakt freigegeben und mit dieser Feder nicht wei¬ ter beschleunigt, so daß nur noch die Reibungskraft und die Luftdruckschließkraft des Schalters als Bremskraft wirksam wird. Parallel zur Antriebsfeder, welche die hohe Anfangs¬ beschleunigung liefert, wird dagegen die zweite Feder als weiche Feder mit großem Hub eingebaut, die in ihrer Endstel- lung gerade die Offenhaltekraft bereitstellt.In the case of the invention, the acceleration, which is especially necessary for high-voltage vacuum switches, until the desired speed is reached is provided by the short drive spring with a high spring constant. The moving contact is then released and is not accelerated further with this spring, so that only the frictional force and the air pressure closing force of the switch are effective as braking force. In parallel to the drive spring, which delivers the high initial acceleration, the second spring, on the other hand, is installed as a soft spring with a large stroke, which in its end position provides the hold-open force.
Durch die erfindungsgemäße Konstruktion ist die bisher erfor¬ derliche mechanische Verklinkung im offenen Zustand unnötig. Beim Öffnungsvorgang unterstützt die zweite Feder die Haupt¬ feder, die entsprechend angepaßt wird.Due to the construction according to the invention, the mechanical latching in the open state that was previously necessary is unnecessary. During the opening process, the second spring supports the main spring, which is adapted accordingly.
Insgesamt ist durch die Erfindung der Aufbau eines Antriebes deutlich vereinfacht und wird die notwendige Antriebsenergie wesentlich verringert. Hierdurch wird insbesondere bei Schal¬ tern im Hochspannungsbereich mit den für Blitzstoßspannungen erforderlichen großen Abständen eine erhebliche Verringerung des technischen Aufwandes beim Schaltbetrieb und damit auch der dadurch verursachten Kosten erzielt.Overall, the construction of a drive is significantly simplified by the invention and becomes the necessary drive energy significantly reduced. In this way, in particular in the case of switches in the high-voltage range with the large distances required for lightning impulse voltages, a considerable reduction in the technical outlay during switching operation and thus also in the costs caused thereby is achieved.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungs- beispielen in Verbindung mit den weiteren Patentansprüchen. Es zeigen jeweils als SchnittdarstellungFurther details and advantages of the invention result from the following description of the figures of exemplary embodiments in connection with the further patent claims. They each show a sectional view
FIG 1 einen Hochspannungsvakuumschalter mit im Teilschnitt geschlossenem bzw. offenem Zustand, FIG 2 einen Federantrieb für den Hochspannungsvakuumschalter gemäß FIG 1 bei geschlossenem Schalter gemäß FIG 11 shows a high-voltage vacuum switch with the part closed or open, FIG. 2 shows a spring drive for the high-voltage vacuum switch according to FIG. 1 with the switch closed according to FIG. 1
FIG 3 den Federantrieb gemäß FIG 2 bei offenem Schalter gemäß3 shows the spring drive according to FIG 2 with the switch open according to
FIG 1.FIG. 1
Ein Vakuumschalter besteht im wesentlichen aus einer Schalt- röhre 1 mit der eigentlichen Schaltkammer 2, in der eineA vacuum switch essentially consists of a switching tube 1 with the actual switching chamber 2, in which one
Kontaktanordnung 10 aus einem Festkontakt 13 und einem Beweg¬ kontakt 14 angeordnet sind. Der Festkontakt 13 wird von einem festen Stromzuführungsbolzen 3 und der Bewegkontakt 14 von einem beweglichen Stromzuführungsbolzen 4 getragen.Contact arrangement 10 comprising a fixed contact 13 and a moving contact 14 are arranged. The fixed contact 13 is carried by a fixed power supply pin 3 and the moving contact 14 by a movable power supply pin 4.
An die Schaltkammer 2 schließen in axialer Richtung des Schalters jeweils Isolatoren 6 und 7 an, die über nicht näher bezeichnete Metallflansche vakuumdicht verbunden sind. Der bewegliche Kontaktbolzen 4 ist endseitig über einen Federbalg 9 axial beweglich in der Schaltröhre eingebaut.Insulators 6 and 7 are connected to the switching chamber 2 in the axial direction of the switch, and are connected in a vacuum-tight manner by means of metal flanges (not specified). The movable contact pin 4 is installed axially movable in the switching tube at the end via a bellows 9.
Soweit sind derartige Schaltröhren hinlänglich bekannt. Übli¬ cherweise ist für die Bewegung des beweglichen Kontaktbolzens 4 mit dem Bewegkontakt 14 ein mechanischer Antrieb vorhanden.So far, such switching tubes are well known. A mechanical drive is usually provided for the movement of the movable contact bolt 4 with the movable contact 14.
In FIG 2 besteht ein derartiger Antrieb 20 aus einer ersten mechanischen Feder 21 und einer zweiten mechanischen Feder 22, die auf einer Hülse 25 mit entsprechenden Flanschen 26, 27 und 28 befestigt sind.In FIG 2, such a drive 20 consists of a first mechanical spring 21 and a second mechanical spring 22, which are fastened on a sleeve 25 with corresponding flanges 26, 27 and 28.
Im einzelnen ist die erste Feder 21 eine kurze Antriebsfeder mit hoher Federkonstante, deren Länge so bemessen sein kann, daß sie kürzer als der Endhub der Kontaktanordnung ist. Die zweite Feder 22 ist eine lange Offenhaltefeder mit geringer Federkonstante. Beide Federn 21 und 22 sind mechanisch parallelgeschaltet und bilden ein gemeinsames Federsystem, das die üblicherweise bei Vakuumschaltgeräten im Antrieb vorhandene Ausschaltfeder ersetzt.In particular, the first spring 21 is a short drive spring with a high spring constant, the length of which can be dimensioned such that it is shorter than the end stroke of the contact arrangement. The second spring 22 is a long hold-open spring with a low spring constant. Both springs 21 and 22 are mechanically connected in parallel and form a common spring system which replaces the opening spring which is usually present in the drive in vacuum switching devices.
Aus FIG 2 ergibt sich die Schalterstellung des Vakuumschal¬ ters im geschlossenen Zustand mit gespannter Antriebsfeder 21. Dabei ist beispielsweise die Länge der Antriebsfeder 21 um ein Viertel gestaucht, wodurch sich eine entsprechende Vorspannung ergibt. Die Offenhaltefeder 22 ist in dieser Schalterstellung ebenfalls gespannt.2 shows the switch position of the vacuum switch in the closed state with the drive spring 21 tensioned. For example, the length of the drive spring 21 is compressed by a quarter, resulting in a corresponding pretension. The hold-open spring 22 is also tensioned in this switch position.
Aus der FIG 3 mit der offenen Schalterstellung ergibt sich, daß nach Entspannung der Antriebsfeder 21 zunächst ein so¬ genannter Freiflug über einen bestimmten axialen Bereich erfolgt. In dieser Phase wird der Bewegkontakt des Schalters nur noch durch die wesentlich schwächere Offenhaltungsfeder 22 beschleunigt und schließlich in der Offenstellung gehal¬ ten. Eine Verklinkung ist dann überflüssig.From FIG. 3 with the switch position open, it follows that, after the drive spring 21 has relaxed, a so-called free flight takes place over a certain axial area. In this phase, the moving contact of the switch is only accelerated by the considerably weaker hold-open spring 22 and is finally kept in the open position. Latching is then superfluous.
Durch den beschriebenen Antrieb mit dem spezifischen Feder¬ system ergibt sich eine beachtliche Vereinfachung, da an- sonsten wegen des vergleichsweise großen Kontakthubes bei Hochspannungsvakuumschaltgeräten ein entsprechend hoher mechanischer Aufwand notwendig ist. The drive described with the specific spring system results in a considerable simplification, since otherwise a correspondingly high mechanical outlay is necessary because of the comparatively large contact stroke in high-voltage vacuum switching devices.

Claims

Patentansprüche claims
1. Antrieb für Hochspannungsvakuumschaltgeräte, bei denen einer Schaltkammer mit einem festen und einem beweglichen Stromzuführungsbolzen und daran angebrachter Kontaktanordnung Feder- und Haltemittel für die Bewegung der Kontaktanordnung vom geschlossenen Zustand in den offenen Zustand und für das Offenhalten bei einem vorgegebenen Hub zugeordnet sind mit einer Parallelschaltung zweier Federn, von denen wenigstens eine die Antriebsfeder ist, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß die Antriebsfeder für den Ausschalt¬ vorgang selbst aus zwei parallelgeschalteten Federn (21, 22) besteht, von denen die erste Feder (21) eine kurze Antriebs- feder mit hoher Federkonstante ist und die zweite Feder (22) eine lange Antriebsfeder mit geringer Federkonstante ist.1. Drive for high-voltage vacuum switching devices in which a switching chamber with a fixed and a movable power supply bolt and attached contact arrangement spring and holding means for moving the contact arrangement from the closed state to the open state and for keeping open at a predetermined stroke are assigned with a parallel connection two springs, at least one of which is the drive spring, characterized in that the drive spring for the switch-off process itself consists of two springs (21, 22) connected in parallel, of which the first spring (21) is a short drive spring with a high one Is spring constant and the second spring (22) is a long drive spring with a low spring constant.
2. Antrieb nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß die erste Feder (21) mit hoher Feder- konstante zur Beschleunigung des Bewegkontaktes (14) der Kon- taktanordnung (10) vorgesehen ist und daß die zweite Feder2. Drive according to claim 1, so that the first spring (21) with a high spring constant is provided to accelerate the moving contact (14) of the contact arrangement (10) and that the second spring
(22) die Haltekraft im offenen Zustand der Kontaktanordnung (10) bereitstellt.(22) provides the holding force in the open state of the contact arrangement (10).
3. Antrieb nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n - z e i c h n e t , daß die zweite Feder die Offenhaltekraft für die Kontaktanordnung (10) ohne Verklinkung bereitstellt.3. Drive according to claim 2, d a d u r c h g e k e n n - z e i c h n e t that the second spring provides the holding force for the contact arrangement (10) without latching.
4. Antrieb nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß die erste Feder (21) kürzer ist als es dem Endhub der Kontaktanordnung entspricht. 4. Drive according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t that the first spring (21) is shorter than it corresponds to the end stroke of the contact arrangement.
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