-
Die
Erfindung betrifft eine Kontaktantriebsanordnung für das Bewegen
von wenigstens einem Kontakt in Hochspannungsschaltanlagen nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
-
Hochspannungsschaltanlagen,
insbesondere gasisolierte Hochspannungsschaltanlagen (GIS) sind
allgemein bekannt und werden seit vielen Jahren im Spannungsbereich
von etwa 7,2 kV bis 800 kV verwendet. Die GIS werden meist in Bausteintechnik ausgeführt. Anlagenbauteile,
wie Sammelschienen, Trennschalter, Leistungsschalter, Wandler gegebenenfalls
mit Kabelendverschlüssen
und Verbindungselementen sind dabei als gasdichte gekapselte Module
ausgestaltet. Als Isoliergas wird üblicherweise Schwefelhexafluorid
(SF6), aber auch andere Gase werden eingesetzt.
-
In
solchen Hochspannungsschaltanlagen sind auch Antriebe erforderlich,
die beispielsweise elektrische Kontakte in Trennern, Schaltern usw.
bewegen, um den ordnungsgemäßen Betrieb
einer solchen Anlage zu gewährleisten.
Dazu werden unter anderem hydromechanische Antriebe eingesetzt,
um die Bewegung von elektrischen Kontakten bei verschiedenen Schaltfolgen
vorzunehmen. Eine dieser Schaltfolgen ist die sogenannte CO-Schaltung,
die ein Einschalten mit einem anschließenden Wiederausschalten eines
Schalters beinhaltet. Diese Schaltfolge wird antriebsseitig durch
einen Hilfsschalter veranlasst, der üblicherweise mehrere Kontakte
aufweist, die abhängig
von einer Antriebsstellung des Schalters schließen oder öffnen. Bei der CO-Schaltung
wird das Signal für
das Ausschaltsignal schon bei der Einschaltung gegeben, der entsprechende Stromkreis
bleibt aber durch den Hilfsschalter unterbrochen, bis der Antrieb
fast die Einschaltstellung erreicht hat. Die Zeitspanne, die der
so angesteuerte Antrieb für
die Schaltfolge benötigt,
ist für
einige Schaltanlagen jedoch so gering, dass die Einschaltstellung
noch gar nicht erreicht ist, und derart von der Ausschaltung überlagert
wird, dass der Schalter insgesamt nicht ordnungsgemäß schließt. (Frage:
Ist es Zweck der CO-Schaltung, eine Schalter- bzw. eine Kontaktprüfung vorzunehmen?)
-
Ausgehend
von diesem Stand der Technik, ist es Aufgabe der Erfindung, eine
Kontaktantriebsanordnung anzugeben, die sicherstellt, dass bestimmte
Schaltfolgen, insbesondere die CO-Schaltung ordnungsgemäß durchführbar sind.
-
Diese
Aufgabe wird gelöst
durch die Kontaktantriebsanordnung für das Bewegen von wenigstens einem
Kontakt in Hochspannungsschaltanlagen der eingangs genannten Art
mit den in Patentanspruch 1 genannten Merkmalen.
-
Demgemäß ist die
erfindungsgemäße Kontaktantriebsanordnung
der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass ein Verzögerungsantrieb
mit dem Kontaktantrieb funktional parallel geschaltet ist, dass
der Verzögerungsantrieb
mit einem zweiten Hilfskontakt zusammenarbeitet, dass der erste
und der zweite Hilfskontakt elektrisch in Reihe geschaltet sind,
dass der Verzögerungsantrieb
ein Dämpfungselement
aufweist, und dass durch das Dämpfungselement
die Zeitspanne für
eine Schalthandlung im Vergleich zur Zeitspanne für eine Schalthandlung
mit dem Kontaktantrieb verlängert
ist.
-
Ein
Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung
besteht darin, dass durch die Parallelschaltung eines Verzögerungsantriebes
zu dem Kontaktantrieb eine Verzögerung
der Schaltvorgänge
erreicht wird, ohne unmittelbaren Eingriff in den Kontaktantrieb selbst
vornehmen zu müssen.
Ein solcher unmittelbarer Eingriff in die Geschwindigkeit der Schalthandlungen
des Kontaktes wäre
beispielsweise eine entsprechende elektrische oder elektronische
Ansteuerung, die jedoch aus Sicherheitsgründen häufig nicht akzeptierbar ist.
Eine Parallelschaltung des Verzögerungsantriebes
vermeidet einen derartigen unmittelbaren Eingriff und stellt gleichzeitig über das
Dämpfungselement
eine Möglichkeit
dar, die Zeitspanne, bis beide Hilfskontakte geschlossen sind auf
einen vorgegebenen Wert in besonders einfacher Weise anzupassen.
Mit einer derart verzögerten
Schaltung ist jede gewünschte
Schaltfolge problemlos realisierbar.
-
Der
Verzögerungsantrieb
kann als elektrischer oder pneumatischer Antrieb ausgeführt sein. Ein
besonderer Vorteil ergibt sich jedoch, wenn der Kontaktantrieb ein
hydromechanischer Antrieb ist.
-
In
der Regel ist nämlich
auch der Kontaktantrieb ein hydromechanischer, so dass die nachträgliche Installation
eines Verzögerungsantriebes
oder auch die Planung einer Kontaktantriebsanordnung in der erfindungsgemäßen Art
besonders einfach ist. Die vorhandenen hydraulischen Systeme für den Kontaktantrieb
können
dann in besonders einfacher Weise auch für den Verzögerungsantrieb genützt werden.
-
Eine
besonders kompakte Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist
durch die Verwendung eines Differenzialkolbenzylinders als hydraulischen
Antrieb erreicht.
-
Ein
hydraulischer Verzögerungsantrieb
enthält
vorteilhafterweise auch ein hydraulisches Dämpfungselement, das sich dadurch
kennzeichnet, dass das hydraulische Dämpfungselement eine vorgegebene
vom Steuermedium unabhängige
Menge an einem flüssigen
Dämpfungsmedium
in einem vorgegebenen Dämpfungsvolumen
aufweist, dass eine Blende das vorgegebene Volumen unterteilt, und
dass im Aktivierungsfall das Dämpfungsmedium über die Blende
von einem Teil in einen anderen Teil des Dämpfungsvolumens gelangt.
-
Auf
diese Weise wird kein Steuerungsmedium für die Dämpfungsfunktion des Verzögerungsantriebes
benötigt,
sondern lediglich zu dessen Ansteuerung.
-
Weitere
volteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind den
abhängigen
Ansprüchen
zu entnehmen.
-
Anhand
der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung
sollen die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung
näher erläutert und
deren Vorteile beschrieben werden.
-
Es
zeigen:
-
1:
eine Prinzipskizze einer Verzögerungsschaltung
sowie
-
2 eine
schematische Darstellung einer Kontaktantriebsanordnung.
-
1 zeigt
ein Schaltbild 10 mit einem Hilfsschalter 12,
der einen ersten 14 sowie einen zweiten Hilfskontakt 16 aufweist.
Zudem ist ein Kontaktantrieb 18 gezeigt, der einerseits
mit dem ersten Hilfskontakt 14 verbunden ist und anderseits
einen, jedoch in dieser Figur nicht dargestellten elektrischen Kontakt
eines Hochspannungsschalters antreibt. Im dargestellten Beispiel
ist der Kontaktantrieb 18 ein hydromechanischer, was durch
die Zylinder-Kolben-Anordnung als Symbol für den Kontaktantrieb 18 dargestellt
ist. Dabei wird der Kontaktantrieb 18 über eine Steuerdruckleitung 20 mit
Steuermedium Z versorgt, während
das Steuermedium Z, insbesondere ein Steuerungsöl, über eine Drainageleitung 22 in
einen hier nicht näher
dargestellten Steuermediumkreislauf zurückfließt.
-
1 zeigt
beide Hilfskontakte 14, 16 in der Geöffnet-Stellung.
Wird nun beispielsweise der Kontaktantrieb 18 so angesteuert,
dass er schließt,
ist durch die Verbindung zwischen dem Kontaktantrieb 18 und
dem ersten Hilfskontakt 14 sicher gestellt, dass auch dieser
geschlossen wird. Gleichwohl ist der zweite Hilfskontakt 16 noch
geöffnet,
so dass ein Signalfluss von einer signalgebenden Seite 24 zu
einer signalempfangenden Seite 26 am Hilfsschalter 12 noch
nicht gewährleistet
ist. Der zweite Hilfskontakt 16 wird nämlich separat angesteuert,
beispielsweise elektrisch oder pneumatisch, so dass dieser unabhängig vom
Kontaktantrieb 18 schließbar ist. Dies geschieht über ein
Dämpfungselement,
das beispielsweise elektrisch, pneumatisch oder auch hydraulisch
sein kann. Die nähere
Ausgestaltung ist in dieser Figur noch nicht gezeigt.
-
2 zeigt
einen Verzögerungsantrieb 30 in schematischer
Darstellung, der als hydraulischer Antrieb ausgeführt ist
und auf einen Verzögerungskontakt 32 eines
zweiten Hilfsschalters 34 wirkt. Im zweiten Hilfsschalter 34 ist
zudem ein Hilfsschalterkontakt 36 gezeigt, der von einem
hydraulischen Kontaktantrieb betätigt
wird, was jedoch in dieser Figur nicht näher gezeigt ist. In dem gewählten Beispiel
wird über
eine Auslösespule 38 ein
Signal in den zweiten Hilfsschalter 34 gebracht. Auf einer
Ausgangsseite 40 des zweiten Hilfsschalters 34 wird
das Signal jedoch erst ankommen, wenn sowohl der Hilfsschalterkontakt 36 als
auch der Verzögerungskontakt 32 in eine
geschlossene Stellung verbracht worden sind. Beide Kontakte 32, 36 sind
in der Figur in ihrer Geöffnet-Stellung
gezeigt.
-
Der
Verzögerungsantrieb 30 weist
einen Kolben 42 auf, der in einem Gehäuse 44 geführt ist.
Im gewählten
Beispiel ist der Kolben 42 zylinderförmig ausgestaltet und wird
auf einer ersten Stirnseite 46 mittels einer ersten Leitung 48 mit
Steueröl
X versorgt. Mit einer ersten Dichtung 50, die den Kolben 42 gegen
das Gehäuse 44 abdichtet,
ist verhindert, dass das Steueröl
X entlang der Mantelfläche
des Kolbens 42 auf eine zweite Stirnseite 52 des
Kolbens 42 gelangt. Auf der zweiten Stirnseite 52 ist
ein Auslöseelement 54 angeordnet,
das auf den Verzögerungskontakt 32 wirkt.
Wird nun der Steueröldruck der
ersten Leitung 48 erhöht,
bewegt sich der Kolben 42 und mit ihm das Auslöseelement 54 in
Richtung des Verzögerungskontakts 32,
der nach einer gewissen Zeit von seiner Geöffnet-Stellung in seine Geschlossen-Stellung
verbracht ist. Dabei ist die hierfür benötigte Zeit abhängig vom
zurückzulegenden
Weg des Auslöseelements
bis dieses den Verzögerungskontakt 32 geschlossen
hat und einer Druckdifferenz zwischen dem Steueröldruck auf der ersten Stirnseite 46 und
einem Dämpfungsöldruck in
einem Dämpfungsvolumen 56 auf
der zweiten Stirnseite 52. In diesem Dämpfungsvolumen 56 bewegt
sich ein bestimmter Zylinderabschnitt 58 des Kolbens 42 entsprechend
den herrschenden Druckverhältnissen
hin oder her, wobei der Zylinderabschnitt 58 einen größeren Durchmesser
aufweist als der verbleibende Teil des Kolbens 42. Auf
diese Weise verbleibt ein ringförmiger
stirnseitiger Flächenbereich 60 auf
der zur zweiten Stirnseite 52 abgewandten Seite des Zylinderabschnitts 58,
an den eine zweite Leitung 62 angeschlossen ist. Diese
Leitung ist an ihrer anderen Seite mit dem Dämpfungsvolumen 56 auf
der Seite der zweiten Stirnseite 52 verbunden. Auf diese
Weise kann das Dämpfungsöl innerhalb
des Dämpfungsvolumens 56 über die
zweite Leitung 62 von der einen Stirnseite des Zylinderabschnitts 58 mit
dessen anderen Stirnseite kommunizieren. In der zweiten Leitung 62 ist
eine Blende 64 angeordnet.
-
Die
Blende 64 hat die Aufgabe, im Falle der Bewegung des Kolbens 42 in
die eine oder andere Richtung den Durchfluss durch die zweite Leitung 62 zu
begrenzen und derart einen bestimmten Druck aufzubauen. Die Größe des Blendendurchmessers bestimmt
die Geschwindigkeit bzw. den Druck mit der das Dämpfungsölvolumen von der einen Stirnseite zur
anderen Stirnseite des Zylinderabschnittes 58 gelangt.
Auf diese Weise lässt
sich die Dämpfung des
Verzögerungsantriebes 30 durch
eine entsprechende Wahl der Blende auf besonders einfache Weise
einstellen. Der dargestellte Verzögerungsantrieb ist eine Verwirklichung
des Differenzialkolbenprinzips.
-
Eine
weitere Möglichkeit
das Dämpfungsverhalten
sowie die Arbeitsgeschwindigkeit des Kolbens 42 zu beeinflussen
liegt in einer Druckveränderung des
Dämpfungsöldrucks.
Hierfür
ist eine dritte Leitung 66 mit der zweiten Leitung 62 verbunden,
wobei mit der dritten Leitung 66 der Druck im Dämpfungsöl P entweder
erhöht
wird, was eine langsamere Arbeitsgeschwindigkeit des Kolbens 42 bewirkt,
oder der Druck erniedrigt wird, was wiederum eine schnellere Arbeitsgeschwindigkeit
des Kolbens 42 zur Folge hat. Auch auf diese Art lässt sich
das Dämpfungsverhalten
bzw. die Arbeitsgeschwindigkeit des Kolbens 42 in besonderes
einfacher Weise verändern.
-
Eine
zusätzliche
Einflussnahme auf die Verzögerungszeit,
das heißt
die Zeitspanne, die der Verzögerungskontakt 32 benötigt von
seiner Geöffnet-Stellung
in seine Geschlossen-Stellung zu gelangen, besteht darin, die Kolbenbewegung
in Richtung des Verzögerungskontakts 32 zu
beschränken
oder zu erweitern. Hierfür
ist eine Stange 68 mit der ersten Stirnseite 46 des
Kolbens 42 verbunden und wiederum mit einer zweiten Dichtung 70 gegen
das Gehäuse 44 gegen Ölaustritt
von Steueröl
X abgedichtet. Auf einer freien Stirnfläche der Stange 68 wirkt
eine Verstelleinrichtung 72, die jedoch nicht in allen
Einzelheiten gezeigt ist. In einer einfachen Ausgestaltung kann
dies eine handverstellbare Verstelleinrichtung, wie beispielsweise
eine Schraube sein. Es ist aber auch innerhalb des Erfindungsgedankens
hier einen Antrieb oder andere Maßnahmen zur Verstellung vorzusehen.
Jedenfalls wird der Gesamthub des Kolbens 42 und damit
die Zeit zwischen Bewegungsbeginn und Kontaktgabe über die
Verstelleinrichtung 72 einstellbar sein.
-
Insbesondere
die Einstellung der Zeit bis der Verzögerungskontakt 32 schließt, kann
besonders exakt dadurch eingestellt werden, dass diese als bistabiler
Kontakt ausgeführt
ist. Für
den Kontakt bedeutet dies, dass er an einem konstruktionsbedingt
vorgegebenen Schaltpunkt automatisch in seine Geschlossen-Stellung
verbracht wird und demgemäß ein bestimmter
Schaltpunkt und die dazu gehörige Schaltzeit
besonders exakt vorherbestimmbar ist. Entsprechend kann der Hub
des Kolbens 42 über
die die Verstelleinrichtung auf diesen Schaltpunkt abgestimmt werden.
-
Ein
weiterer Vorteil der Verwendung eines vordefinierten Dämpfungsvolumens 56 besteht
in der weitgehenden Unabhängigkeit
von der Temperatur, bei der das System arbeitet.
-
Das
zur Versorgung des Verzögerungsantriebes
benötigte
Steueröl
X ist vergleichsweise gering und kann ohne weiteres an eine vorhandene Steuerölversorgung,
beispielsweise derjenigen des Kontaktantriebes, entnommen werden.
Auch die Versorgung mit Dämpfungsöl kann prinzipiell
von einer vorhandenen Steuerölversorgung übernommen
werden. Vorteilhaft ist es jedoch, ein separates Dämpfungsvolumen
mit separatem Dämpfungsöl vorzusehen,
insbesondere dann, wenn keine Einstellmöglichkeit über den Dämpfungsöldruck gewünscht wird. Auf diese Weise
ist es nämlich
durch entsprechende Auslegung der Blende 64 möglich, den
Volumenstrom von Dämpfungsöl, der sich über die
Blende 64 bewegt, so auszulegen, dass sich das Öl im Bereich der
Blende jedenfalls im turbulenten Strömungsbereich befindet, und
auf diese Weise der Druckabfall über
der Blende besonders exakt berechenbar ist. Im Falle zu niedriger
Reynolds-Zahlen, also im Bereich einer laminaren Strömung, müsste bei
einem kleinen Volumenstrom über
eine Blende der Blendendurchmesser entsprechend gering gewählt werden,
so dass insbesondere bei tiefen Temperaturen eine derartige Anordnung
gegebenenfalls technische Probleme nach sich zieht. Zudem ist beim
Einsatz kleiner Blenden der Einfluss der Fertigungstoleranzen vergleichsweise
groß.
-
Der
in dieser Figur dargestellte Verzögerungsantrieb 30 hat
als Kolben 42 einen so genannten doppelten Differenzialkolben.
Bei diesem ergibt sich die Wirkfläche des Kolbens aus der Differenz zweier
druckwirksamen Stirnflächen
des zylinderförmigen Kolbens 42.
Auf diese Weise kann das benötigte
Dämpfungsvolumen 56 vergleichsweise
klein bemessen werden.
-
Eine
weitere Möglichkeit
die Verzögerungszeit
bis zum Schließen
des Verzögerungskontaktes einzustellen
besteht darin, dass der Verzögerungskontakt
zunächst
einen so genannten Leerhub ausführt.
Beim Leerhub wird der Kolben 42 einmal hin- und herbewegt,
jedoch nur in der Weise, dass der Verzögerungskontakt 32 nicht
schließt.
Durch die für den
Leerhub benötigte
Zeit ist die erlaubte Geschwindigkeit des Kolbens insgesamt erhöht und die
Auswirkungen von Fertigungstoleranzen der Teile des Verzögerungskontaktes
beziehungsweise des Verzögerungsantriebes
auf den Schaltzeitpunkt verringert.