WO2013010632A1 - Anordnung zur überwachung eines antriebs für einen leistungsschalter - Google Patents

Anordnung zur überwachung eines antriebs für einen leistungsschalter Download PDF

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    • H01H2071/048—Means for indicating condition of the switching device containing non-mechanical switch position sensor, e.g. HALL sensor

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for monitoring a drive for a circuit breaker, in particular a high-voltage circuit breaker, comprising a drive with a resilient element, which travels during cocking and relaxing a spring travel, and switching elements which when passing defined Federwegumblen or when accepting defined lengths of the resilient element are electrically conductive or current interrupting switchable.
  • Circuit breakers in particular high voltage circuit breakers, are protective devices for power supply systems.
  • a circuit breaker must include a drive that allows the circuit breaker to be quickly transformed from a conductor to an insulator, safely interrupting the flow of current.
  • Such drives for high-voltage circuit breakers are known from the prior art. These drives include resilient elements that are tensioned, for example, when switching on the high-voltage circuit breaker.
  • the switching elements are DC switching elements with a snap mechanism, such as bistable spring elements.
  • switching elements can be switched current conducting or current interrupting.
  • the thereby triggered switching elements show the lowest possible hysteresis behavior.
  • mechanically triggered switching elements usually show a relatively large hysteresis in their switching behavior.
  • the invention is therefore based on the object to provide a compact design arrangement, with which a drive having a resilient element, reliable and durable in terms of its operational capability can be monitored.
  • the above object is achieved by an arrangement with the features of claim 1.
  • the above-mentioned arrangement is characterized in that a means is provided which switches the switching elements by a magnetic field conductively or current interrupting as soon as the resilient element passes through defined spring travel distances or assumes defined lengths.
  • mechanically triggered switching elements exhibit a hysteresis behavior. It has been concretely recognized that the switching elements show different switching points, depending on whether the resilient element moves from a tense state to a length to be detected or of a more relaxed state. It has also been recognized that a direct mechanical contact of the resilient element with switching elements can be avoided by a magnetic field. As a result, hysteresis influences can be minimized. In particular, it has been recognized here that a magnetic field enables contactless switching of contact tongues, wherein the mechanical sensitivity or the mechanical response of the contact tongues can be adjusted independently of the resilient element.
  • the switching elements are designed as reed contacts.
  • Reed contacts comprise two mutually electrically conductive contact tongues.
  • the contact tongues are spaced apart in a protective sheath, for example, arranged in a gas-filled glass body.
  • the contact tongues are so resiliently arranged relative to each other that they are electrically conductively connected to each other by the action of a magnetic field.
  • a magnetic field acts on the reed contact
  • the contact tongues are placed against each other so that a current can flow between the contact tongues.
  • the contact tongues move away from each other.
  • Reed contacts are very sensitive to magnetic fields and allow a non-contact power connection or interruption of power when a magnet comes near or moves away from them.
  • the switching points of the reed contacts can be determined by a suitably selected shape of a permanent magnet or metal sheet to be moved. In the orthogonal orientation described above, the positioning of the reed contacts dictates the switching points.
  • a circuit breaker advantageously comprises an arrangement of the type described here.
  • the arrangement described here can advantageously be used in new drive types.
  • Fig. 1 shows an arrangement in which a permanent magnet orthogonal to the
  • Fig. 2 shows an arrangement in which a plurality of permanent magnets parallel to the
  • FIG. 1 shows an arrangement for monitoring a drive for a circuit breaker in which a permanent magnet is moved orthogonal to the longitudinal axes of the reed contacts.
  • the arrangement comprises a drive not shown with a spring element, also not shown, which covers a spring travel 1 during tensioning and relaxing, and switching elements 2, which are switched when passing defined Federwegsharen or accepting defined lengths of the resilient element current conducting or current interrupting.
  • a means 3 which switches the switching elements 2 through a magnetic field conductively or current interrupting, as soon as the resilient element passes through defined spring travel distances or assumes defined lengths.
  • the means 3 is designed as a permanent magnet, which is connected to the resilient element. However, a thin metal sheet may also be provided.
  • the switching elements 2 are designed as reed contacts.
  • Reed contacts comprise two mutually electrically conductive contact tongues 4.
  • the contact tongues 4 are spaced apart in a protective sheath 5, for example, in a gas-filled glass body arranged.
  • the contact tongues 4 are arranged so resiliently relative to each other within the protective cover 5 that they are electrically conductively connected to each other by the action of a magnetic field.
  • a magnetic field acts on the reed contact
  • the contact tongues 4 are placed against each other within the protective cover 5, so that a current can flow between the contact tongues 4.
  • the contact tongues 4 move away from each other.
  • the reed contacts are encapsulated in a plastic housing 6.
  • the reed contacts are arranged parallel to one another in a plane, wherein the means 3 is movable relative to the reed contacts.
  • the means 3 is orthogonal to the longitudinal axes of the elongated protective sheaths 5 of the reed contacts movable.
  • plastic housing 6 fasteners 7 are provided so that it can be attached to or in a drive for a circuit breaker.
  • Fig. 2 shows an arrangement in which at least one means 3 'is movable parallel to the longitudinal axes of the reed contacts.
  • the reed contacts are shed in a plastic housing 6 in this embodiment.
  • the means 3 ' can be configured as thin metal sheets or as permanent magnets.
  • the reed contacts are arranged parallel to one another in a plane, wherein a plurality of means 3 'are movable relative to the reed contacts.
  • FIGS. 1 and 2 show schematically that permanent magnets move and open or close stationary stationary reed contacts during the tensioning and relaxing of a resilient element. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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  • Switches That Are Operated By Magnetic Or Electric Fields (AREA)

Abstract

Eine Anordnung zur Überwachung eines Antriebs für einen Leistungsschalter, umfassend einen Antrieb mit einem federnden Element, welches beim Spannen und Entspannen einen Federweg (1) zurücklegt, und Schaltelemente (2), welche beim Durchlaufen definierter Federwegstrecken oder beim Annehmen definierter Längen des federnden Elements stromleitend oder stromunterbrechend schaltbar sind, ist im Hinblick auf die Aufgabe, eine kompakt bauende Anordnung anzugeben, mit welcher ein Antrieb, der ein federndes Element aufweist, zuverlässig und dauerhaft im Hinblick auf seine Betriebstauglichkeit überwacht werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel (3, 3') vorgesehen ist, welches die Schaltelemente (2) durch ein Magnetfeld stromleitend oder stromunterbrechend schaltet, sobald das federnde Element definierte Federwegstrecken durchläuft oder definierte Längen annimmt.

Description

Anordnung zur Überwachung eines Antriebs für einen Leistungsschalter
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Überwachung eines Antriebs für einen Leistungsschalter, insbesondere einen Hochspannungsleistungsschalter, umfassend einen Antrieb mit einem federnden Element, welches beim Spannen und Entspannen einen Federweg zurücklegt, und Schaltelemente, welche beim Durchlaufen definierter Federwegstrecken oder beim Annehmen definierter Längen des federnden Elements stromleitend oder stromunterbrechend schaltbar sind.
Leistungsschalter, insbesondere Hochspannungsleistungsschalter, sind Schutzeinrichtungen für Stromversorgungssysteme. Ein Leistungsschalter muss einen Antrieb umfassen, welcher ermöglicht, den Leistungsschalter innerhalb sehr kurzer Zeit von einem Leiter in einen Isolator umzuwandeln und so einen Stromfluss sicher zu unterbrechen.
Aus dem Stand der Technik sind solche Antriebe für Hochspannungsleistungsschalter bekannt. Diese Antriebe umfassen federnde Elemente, die beispielsweise beim Einschalten des Hochspannungsleistungsschalters gespannt werden.
In der Praxis ist es häufig aus Sicherheitsgründen erforderlich, den Ladezustand eines Antriebs mit einem Federspeicher zu überwachen. Hierbei muss üblicherweise die Längenänderung eines federnden Elements überwacht werden. Dies kann durch Schließen oder Öffnen von elektrischen Schaltkreisen erfolgen, wenn nämlich das federnde Element bestimmte Längen annimmt.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Bei den zuvor genannten Antrieben ist daher eine Überwachung eines Wegs, insbesondere die Überwachung eines Federwegs, der federnden Elemente notwendig. Die Überwachung des Federwegs erfolgt häufig durch Schaltelemente, sogenannte Federwegschalter.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, die Schaltelemente als Gleichstromschaltelemente mit einer Schnappmechanik, beispielsweise bistabilen Federelementen, auszugestalten.
Sowohl beim Spannen als auch beim Entspannen des federnden Elements werden Schaltpunkte durchschritten, an denen Schaltelemente stromleitend oder stromunterbrechend geschaltet werden können. Hierbei ist angestrebt, dass die dabei ausgelösten Schaltelemente ein möglichst geringes Hystereseverhalten zeigen. Mechanisch ausgelöste Schaltelemente zeigen jedoch üblicherweise eine relativ große Hysterese in ihrem Schaltverhalten.
Vor diesem Hintergrund können sich eigentlich identische, bestimmten Federwegstrecken zugeordnete Schaltpunkte unterscheiden. Diese Schaltpunkte können voneinander abweichen, je nachdem ob eine Federwegstrecke ausgehend von einem gespannteren oder einem entspannteren Zustand des federnden Elements durchlaufen wird. Des Weiteren erfordern mechanisch ausgelöste Schaltelemente einen relativ großen Bauraum und sind aufwändig in der Herstellung und im Aufbau.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine kompakt bauende Anordnung anzugeben, mit welcher ein Antrieb, der ein federndes Element aufweist, zuverlässig und dauerhaft im Hinblick auf seine Betriebstauglichkeit überwacht werden kann.
Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist die eingangs genannte Anordnung dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel vorgesehen ist, welches die Schaltelemente durch ein Magnetfeld stromleitend oder stromunterbrechend schaltet, sobald das federnde Element definierte Federwegstrecken durchläuft oder definierte Längen annimmt.
Erfindungsgemäß ist zunächst erkannt worden, dass mechanisch ausgelöste Schaltelemente ein Hystereseverhalten zeigen. Dabei ist konkret erkannt worden, dass die Schaltelemente unterschiedliche Schaltpunkte zeigen, je nachdem ob das federnde Element von einem angespannteren Zustand in eine zu erfassende Länge verfährt oder von einem entspannteren Zustand. Weiter ist erkannt worden, dass durch ein Magnetfeld ein unmittelbarer mechanischer Kontakt des federnden Elements mit Schaltelementen vermieden werden kann. Hierdurch können Hystereseeinflüsse minimiert werden. Insbesondere ist hierbei erkannt worden, dass ein Magnetfeld ein kontaktloses Schalten von Kontaktzungen ermöglicht, wobei die mechanische Empfindlichkeit bzw. das mechanische Ansprechverhalten der Kontaktzungen unabhängig vom federnden Element eingestellt werden kann. Schließlich ist erkannt worden, dass durch die Verwendung eines Magnetfelds ein platzsparender Aufbau der Anordnung realisierbar ist. Insoweit ist eine kompakt bauende Anordnung angegeben, mit welcher ein Antrieb, der ein federndes Element aufweist, zuverlässig und dauerhaft im Hinblick auf seine Betriebstauglichkeit überwacht werden kann.
Folglich ist die eingangs genannte Aufgabe gelöst.
Vorteilhaft ist das Mittel als Permanentmagnet ausgestaltet, der mit dem federnden Element verbunden ist. Ein Permanentmagnet erzeugt dauerhaft und ohne Einsatz einer Stromquelle ein Magnetfeld. Er folgt vorteilhaft der Bewegung des federnden Elements.
Weiter vorteilhaft ist das Mittel als Metallblech ausgestaltet, welches mit dem federnden Element verbunden ist. Ein Metallblech kann sehr dünn und leicht ausgestaltet werden, so dass der Federweg des federnden Elements nahezu nicht durch das Metallblech beeinflusst wird. Vor diesem Hintergrund ist mindestens ein stationärer Permanentmagnet vorgesehen, wobei das Metallblech zwischen den stationären Permanentmagneten und ein oder mehrere Schaltelemente schiebbar ist. Hierdurch kann ein Magnetfeld derart abgeschirmt werden, dass Schaltelemente stromunterbrechend geschaltet oder Kontakte unterbrochen werden, wenn das federnde Element eine Federwegstrecke durchläuft.
Vorteilhaft sind die Schaltelemente als Reedkontakte ausgestaltet. Reedkontakte umfassen zwei miteinander stromleitend verbindbare Kontaktzungen. Die Kontaktzungen sind voneinander beabstandet in einer Schutzhülle, beispielsweise in einem gasgefüllten Glaskörper, angeordnet. Die Kontaktzungen sind derart relativ zueinander federnd angeordnet, dass sie durch Einwirkung eines Magnetfelds miteinander elektrisch leitend verbindbar sind. Sobald ein Magnetfeld auf den Reedkontakt einwirkt, werden die Kontaktzungen aneinandergelegt, so dass ein Strom zwischen den Kontaktzungen fließen kann. Sobald das Magnetfeld nicht mehr einwirkt, entfernen sich die Kontaktzungen voneinander. Reedkontakte reagieren sehr empfindlich auf Magnetfelder und erlauben eine berührungslose Stromverbindung oder Stromunterbrechung, wenn ein Magnet in deren Nähe kommt oder sich von ihnen entfernt.
Vor diesem Hintergrund sind die Schaltelemente in einem Kunststoffgehäuse vergossen. Hierdurch werden die Schaltelemente vor Umwelteinflüssen geschützt. Sofern die Schaltelemente als Reedkontakte ausgestaltet sind, werden deren Schutzhüllen, beispielsweise Glaskörper, durch den Verguss in ein Kunststoffgehäuse stabilisiert.
Vorteilhaft sind die Reedkontakte parallel zueinander in einer Ebene angeordnet, wobei das Mittel relativ zu den Reedkontakten verfahrbar ist. In Abhängigkeit von der Position des Mittels relativ zu den Reedkontakten kann auf die momentane Länge des federnden Elements geschlossen werden, indem erfasst wird, welche Reedkontakte stromleitend und/ oder stromunterbrechend geschaltet sind. Weiter vorteilhaft ist das Mittel orthogonal zu den Längsachsen der Reedkontakte verfahrbar. Eine orthogonale Orientierung des Mittels relativ zu den Reedkontakten bewirkt eine besonders geringere Hysterese derer Schaltpunkte. Durch die Anzahl und körperliche Ausdehnung der Reedkontakte kann die Auflösung eingestellt werden, mit der die Länge des federnden Elements oder eine durchlaufene Federwegstrecke bestimmt wird.
Alternativ dazu kann es vorteilhaft sein, mindestens ein Mittel parallel zu den Längsachsen der Reedkontakte verfahrbar. Vorteilhaft können die Schaltpunkte der Reedkontakte durch eine geeignet gewählte Form eines zu bewegenden Permanentmagneten oder Metallblechs bestimmt werden. Bei der zuvor beschriebenen orthogonalen Orientierung gibt die Positionierung der Reedkontakte die Schaltpunkte vor.
Schließlich sind vorteilhaft mehrere Mittel parallel zu den Längsachsen der Reedkontakte verfahrbar, wobei jedem Reedkontakt ein Mittel zugeordnet ist. So können mehrere Positionen des federnden Elements simultan überwacht werden.
Ein Leistungsschalter umfasst vorteilhaft eine Anordnung der hier beschriebenen Art. Die hier beschriebene Anordnung kann vorteilhaft in neuen Antriebstypen verwendet werden. Insbesondere ist denkbar, die Anordnung in einem hydromechanischen Federspeicherantrieb des Typs HMB für Hochspannungsleistungsschalter zu verwenden.
In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 eine Anordnung, bei der ein Permanentmagnet orthogonal zu den
Längsachsen der Reedkontakte verfahren wird, und
Fig. 2 eine Anordnung, bei der mehrere Permanentmagnete parallel zu den
Längsachsen der Reedkontakte verfahren werden. Fig. 1 zeigt eine Anordnung zur Überwachung eines Antriebs für einen Leistungsschalter bei der ein Permanentmagnet orthogonal zu den Längsachsen der Reedkontakte verfahren wird.
Die Anordnung umfasst einen nicht gezeigten Antrieb mit einem ebenfalls nicht gezeigten federnden Element, welches beim Spannen und Entspannen einen Federweg 1 zurücklegt, und Schaltelemente 2, welche beim Durchlaufen definierter Federwegstrecken oder beim Annehmen definierter Längen des federnden Elements stromleitend oder stromunterbrechend geschaltet werden.
Es ist ein Mittel 3 vorgesehen, welches die Schaltelemente 2 durch ein Magnetfeld stromleitend oder stromunterbrechend schaltet, sobald das federnde Element definierte Federwegstrecken durchläuft oder definierte Längen annimmt.
Das Mittel 3 ist als Permanentmagnet ausgestaltet, der mit dem federnden Element verbunden ist. Jedoch kann auch ein dünnes Metallblech vorgesehen sein.
Die Schaltelemente 2 sind als Reedkontakte ausgestaltet. Reedkontakte umfassen zwei miteinander stromleitend verbindbare Kontaktzungen 4. Die Kontaktzungen 4 sind voneinander beabstandet in einer Schutzhülle 5, beispielsweise in einem gasgefüllten Glaskörper, angeordnet. Die Kontaktzungen 4 sind innerhalb der Schutzhülle 5 derart relativ zueinander federnd angeordnet, dass sie durch Einwirkung eines Magnetfelds miteinander elektrisch leitend verbindbar sind. Sobald ein Magnetfeld auf den Reedkontakt einwirkt, werden die Kontaktzungen 4 innerhalb der Schutzhülle 5 aneinandergelegt, so dass ein Strom zwischen den Kontaktzungen 4 fließen kann. Sobald das Magnetfeld nicht mehr einwirkt, entfernen sich die Kontaktzungen 4 voneinander. Die Reedkontakte sind in einem Kunststoffgehäuse 6 vergossen. Die Reedkontakte sind parallel zueinander in einer Ebene angeordnet, wobei das Mittel 3 relativ zu den Reedkontakten verfahrbar ist. Das Mittel 3 ist orthogonal zu den Längsachsen der länglichen Schutzhüllen 5 der Reedkontakte verfahrbar. Sobald das Mittel 3, nämlich der Permanentmagnet, sich einem Reedkontakt nähert, werden dessen Kontaktzungen 4 stromleitend verbunden. So kann der Federweg 1 erfasst und die Länge oder Dehnung des federnden Elements überwacht werden.
Am Kunststoffgehäuse 6 sind Befestigungselemente 7 vorgesehen, so dass dieses an oder in einem Antrieb für einen Leistungsschalter befestigt werden kann.
Fig. 2 zeigt eine Anordnung, bei welcher mindestens ein Mittel 3' parallel zu den Längsachsen der Reedkontakte verfahrbar ist. Die Reedkontakte sind auch in dieser Ausführung in einem Kunststoffgehäuse 6 vergossen. Die Mittel 3' können als dünnes Metallbleche oder als Permanentmagneten ausgestaltet sein.
Die Reedkontakte sind parallel zueinander in einer Ebene angeordnet, wobei mehrere Mittel 3' relativ zu den Reedkontakten verfahrbar sind. Mehrere Mittel 3' sind parallel zu den Längsachsen der länglichen Schutzhüllen 5 der Reedkontakte verfahrbar, wobei jedem Reedkontakt ein Mittel 3' zugeordnet ist.
Sobald ein Mittel 3', nämlich ein Permanentmagnet, sich einem Reedkontakt nähert, werden dessen Kontaktzungen 4 stromleitend verbunden. So kann der Federweg 1 erfasst und die Länge oder Dehnung eines federnden Elements überwacht werden.
In den Fig. 1 und 2 ist schematisch dargestellt, dass sich Permanentmagnete beim Spannen und Entspannen eines federnden Elements über stationäre Reedkontakte hinweg bewegen und diese öffnen oder schließen. Bezugszeichenliste
Federweg
Schaltelement
Mittel
Kontaktzunge
Schutzhülle
Ku nststoffgehä use
Befestigungselement

Claims

Patentansprüche
Anordnung zur Überwachung eines Antriebs für einen Leistungsschalter, umfassend einen Antrieb mit einem federnden Element, welches beim Spannen und Entspannen einen Federweg (1) zurücklegt, und Schaltelemente (2), welche beim Durchlaufen definierter Federwegstrecken oder beim Annehmen definierter Längen des federnden Elements stromleitend oder
stromunterbrechend schaltbar sind,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel (3, 3') vorgesehen ist, welches die Schaltelemente (2) durch ein Magnetfeld stromleitend oder stromunterbrechend schaltet, sobald das federnde Element definierte Federwegstrecken durchläuft oder definierte Längen annimmt.
Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (3, 3') als Permanentmagnet ausgestaltet ist, der mit dem federnden Element verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel als Metallblech ausgestaltet ist, welches mit dem federnden Element verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein stationärer Permanentmagnet vorgesehen ist, wobei das Metallblech zwischen den stationären Permanentmagneten und ein oder mehrere Schaltelemente (2) schiebbar ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (2) als Reedkontakte ausgestaltet sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (2) in einem Kunststoffgehäuse (6) vergossen sind.
7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
Reedkontakte parallel zueinander in einer Ebene angeordnet sind, wobei das Mittel (3, 3') relativ zu den Reedkontakten verfahrbar ist.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (3) orthogonal zu den Längsachsen der Reedkontakte verfahrbar ist.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Mittel (3') parallel zu den Längsachsen der Reedkontakte verfahrbar ist.
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Mittel (3') parallel zu den Längsachsen der Reedkontakte verfahrbar sind, wobei jedem Reedkontakt ein Mittel (3') zugeordnet ist.
11. Leistungsschalter, umfassend ein Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche.
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