DE102016205011B4

DE102016205011B4 - Leistungsschalter

Info

Publication number: DE102016205011B4
Application number: DE102016205011.7A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Löbner; Ingolf Reiher
Original assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2016-03-24
Publication date: 2025-03-27
Anticipated expiration: 2036-03-25
Also published as: WO2017162404A1; DE102016205011A1

Abstract

Leistungsschalter (1), umfassend
- drei zueinander parallele Schaltstangen (3, 4, 5), von denen jede zum Trennen und Schließen eines Schaltkontaktes des Leistungsschalters (1) entlang ihrer Längsachse beweglich ist,
- einen Gemeinschaftsantrieb (7) zum gleichzeitigen Bewegen der drei Schaltstangen (3, 4, 5)
- und ein Getriebe (9) zur Kopplung der Schaltstangen (3, 4, 5) an den Gemeinschaftsantrieb (7),
- wobei das Getriebe (9) eine Antriebsstange (11), die von dem Gemeinschaftsantrieb (7) bewegt wird, und eine mit der Antriebsstange (11) über ein erstes Drehgelenk (13) verbundene Traverse (15) umfasst
- und jede Schaltstange (3, 4, 5) über einen ihr zugeordneten zweiseitigen Hebel (17), der um eine feste Achse (19) drehbar gelagert ist und einen mit der Traverse (15) über ein zweites Drehgelenk (25) verbundenen ersten Hebelarm (21) aufweist, mit der Traverse (15) verbunden und durch die Traverse (15) bewegbar ist,
und die Traverse (15) drei zueinander parallele Traversenarme (33, 34, 35) aufweist und jeder Traversenarm (33, 34, 35) über ein zweites Drehgelenk (25) mit dem ersten Hebelarm (21) genau eines Hebels (17) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltstangen (3, 4, 5) durch einen von dem Getriebe (9) beabstandeten Gasbehälter (47) geführt sind, wobei der Gasbehälter (47) für jede Schaltstange (3, 4, 5) eine Schaltstangenführung (51) aufweist, in der die Schaltstange (3, 4, 5) geführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Leistungsschalter, insbesondere einen Hochspannungsleistungsschalter, mit drei Schaltstangen, von denen jede entlang ihrer Längsachse zum Trennen und Schließen eines Schaltkontaktes des Leistungsschalters beweglich ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Mit anderen Worten betrifft die Erfindung einen Leistungsschalter mit drei Schaltkontakten, die jeweils durch Bewegen einer Schaltstange getrennt und geschlossen werden. Mit jeder Schaltstange ist dazu eine erste Kontaktelektrode verbunden, die mit der Schaltstange zum Schließen des Schaltkontaktes zu einer festen zweiten Kontaktelektrode bewegt und zum Trennen des Schaltkontaktes von der zweiten Kontaktelektrode getrennt wird. Insbesondere betrifft die Erfindung einen als gekapselten Vakuumschalter ausgebildeten derartigen Leistungsschalter, bei dem die Schaltstangen durch einen Gasraum geführt sind.
Aus der DE 195 24 636 C1 ist ein mehrphasiger Hochspannungsschalter bekannt, welcher ein synchrones Schalten von drei Schalterpolen ermöglicht. Das synchrone Schalten wird mittels drei Antriebsstangen, mehreren Verbindungsstangen und mittels Hebeln erreicht, wobei die Elemente nicht gleich zueinander angeordnet sind und/oder die Länge der Elemente nicht für alle Schalterpole gleich ist. Der Aufbau ist komplex und durch den komplexen Aufbau ist das Schalten des Hochspannungsschalters fehleranfällig. Aus der JP-S-6389647 U ist ebenfalls ein mehrphasiger Leistungsschalter bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Leistungsschalter mit drei Schaltstangen, von denen jede zum Trennen und Schließen eines Schaltkontaktes beweglich ist, anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein erfindungsgemäßer Leistungsschalter umfasst drei zueinander parallele Schaltstangen, von denen jede zum Trennen und Schließen eines Schaltkontaktes des Leistungsschalters entlang ihrer Längsachse beweglich ist, einen Gemeinschaftsantrieb zum gleichzeitigen Bewegen der drei Schaltstangen und ein Getriebe zur Kopplung der Schaltstangen an den Gemeinschaftsantrieb. Das Getriebe umfasst eine Antriebsstange, die von dem Gemeinschaftsantrieb bewegt wird, und eine mit der Antriebsstange über ein erstes Drehgelenk verbundene Traverse. Jede Schaltstange ist über einen ihr zugeordneten zweiseitigen Hebel, der um eine feste Achse drehbar gelagert ist und einen mit der Traverse über ein zweites Drehgelenk verbundenen ersten Hebelarm aufweist, mit der Traverse verbunden und durch die Traverse bewegbar. Die Traverse weist drei zueinander parallele Traversenarme auf und jeder Traversenarm ist über ein zweites Drehgelenk mit dem ersten Hebelarm genau eines Hebels verbunden.
Das Getriebe des Leistungsschalters bildet eine kurze kinematische Kette für den Antrieb der Schaltstangen mit einer geringen Elastizität, wodurch vorteilhaft eine relativ geringe Antriebsenergie insbesondere für ein Trennen von Schaltkontakten benötigt wird. Der gemeinsame Antrieb der Schaltstangen durch die Traverse und die gleichartige Kopplung aller Schaltstangen an die Traverse bewirkt eine steife Anbindung aller drei Schaltstangen und einen nur sehr geringen Unterschied der Schaltgeschwindigkeiten zwischen den Schaltstangen. Ferner ermöglicht die gleichartige Kopplung aller drei Schaltstangen an die Traverse einen relativ geringen Fertigungsaufwand, da alle drei Schaltstangen durch Gleichteile an die Traverse gekoppelt werden können.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Längsachse der Antriebsstange nicht parallel zu den Längsachsen der Schaltstangen ist, und dass die festen Achsen der Hebel senkrecht zu der Längsachse der Antriebsstange und den Längsachsen der Schaltstangen verlaufen. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht eine bauraumsparende Umlenkung der Bewegungsrichtung der Antriebsstange in davon abweichende Bewegungsrichtungen der Schaltstangen über die Hebel.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass jede Schaltstange über eine Koppel mit dem ihr zugeordneten Hebel verbunden ist, wobei die Koppel über ein drittes Drehgelenk mit dem zweiten Hebelarm des Hebels und über ein viertes Drehgelenk mit der Schaltstange verbunden ist. Die Koppeln ermöglichen dabei vorteilhaft eine Entkopplung der Bewegungsrichtungen der Schaltstangen von den Bewegungen der Hebel.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Traverse über einen ersten Traversenarm mit der Antriebsstange verbunden ist. Dadurch wird eine zweckmäßige Kopplung der Schaltstangen an die Traverse über jeweils einen Traversenarm sowie eine Kopplung der Traverse an die Antriebsstange über einen der Traversenarme erreicht.
Die Erfindung sieht vor, dass die Schaltstangen durch einen von dem Getriebe beabstandeten Gasbehälter geführt sind, wobei der Gasbehälter für jede Schaltstange eine Schaltstangenführung aufweist, in der die Schaltstange geführt ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht, die Schaltstangen durch einen Gasbehälter, insbesondere für ein Isoliergas, zu führen, wobei das Getriebe außerhalb des Gasbehälters angeordnet ist. Dadurch lässt sich das Getriebe einstellen, ohne den Gasbehälter öffnen und evakuieren zu müssen.
Eine Weitergestaltung der vorgenannten Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein in einer Schaltstangenführung verlaufender Schaltstangenabschnitt jeder Schaltstange gasdicht von einem Faltenbalg umgeben ist, der ein erstes Faltenbalgende, das fest mit der Schaltstangenführung verbunden ist, und ein dem ersten Faltenbalgende gegenüberliegendes zweites Faltenbalgende, das fest mit einem dem Getriebe zugewandten Schaltstangenkopf der Schaltstange verbunden ist, aufweist. Beispielsweise ist jeder Faltenbalg aus einem metallischen Material gefertigt. Der Schaltstangenkopf jeder Schaltstange ist ebenfalls beispielsweise aus einem metallischen Material gefertigt. Faltenbälge ermöglichen vorteilhaft eine Abdichtung des Gasraums in dem Gasbehälter in Anwesenheit der beweglichen Schaltstangen. Eine metallische Ausführung der Faltenbälge und/oder der Schaltstangenköpfe erhöht vorteilhaft deren Stabilität und ermöglicht deren stabile Verbindung beispielsweise durch Löt- oder Schweißverbindungen.
In dem Gasbehälter kann ferner eine Vakuumschaltkammer angeordnet sein, in der mit den Schaltstangen bewegbare Kontaktelektroden von Schaltkontakten des Leistungsschalters angeordnet sind. Diese Weitergestaltung der Erfindung ist also auf einen als Vakuumschalter ausgebildeten Leistungsschalter gerichtet.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein sich an den Schaltstangenkopf anschließender Teil jeder Schaltstange als ein Schaltstangenrohr, insbesondere als ein Kunststoffrohr, ausgebildet ist. Gegenüber einer massiven Ausführung der Schaltstangen kann dadurch die Masse der Schaltstangen reduziert werden, wodurch vorteilhaft die zum Antrieb der Schaltstangen erforderliche Antriebsenergie reduziert und/oder die Schaltgeschwindigkeit des Leistungsschalters erhöht werden kann.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Gemeinschaftsantrieb als ein Federspeicherantrieb ausgebildet ist. Dadurch wird vorteilhaft ein schneller und zuverlässiger Antrieb der Schaltstangen ermöglicht.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht ein Getriebegehäuse vor, an dem die festen Achsen der Hebel gelagert sind. Ferner kann auch der Gemeinschaftsantrieb an dem Getriebegehäuse befestigt werden.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:

1 eine Seitenansicht eines Leistungsschalters,
2 eine Draufsicht auf einen Leistungsschalter, und
3 einen vergrößerten Ausschnitt der 1.

Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt einen Leistungsschalter 1 in einer ausschnittsweisen Seitenansicht, wobei der Leistungsschalter 1 teilweise aufgebrochen und geschnitten dargestellt ist. 2 zeigt eine Draufsicht auf den in 1 dargestellten Leistungsschalter 1. 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der 1.
Der Leistungsschalter 1 umfasst drei zueinander parallele Schaltstangen 3, 4, 5. Jede Schaltstange 3, 4, 5 ist entlang ihrer Längsachse beweglich, um das Trennen und Schließen eines Schaltkontaktes des Leistungsschalters 1 zu bewirken. Der Leistungsschalter 1 umfasst ferner einen Gemeinschaftsantrieb 7 zum gleichzeitigen Bewegen der drei Schaltstangen 3, 4, 5 und ein Getriebe 9 zur Kopplung der Schaltstangen 3, 4, 5 an den Gemeinschaftsantrieb 7. Das Getriebe 9 umfasst eine Antriebsstange 11, die von dem Gemeinschaftsantrieb 7 bewegt wird, und eine mit der Antriebsstange 11 über ein erstes Drehgelenk 13 verbundene Traverse 15.
Jede Schaltstange 3, 4, 5 ist über einen ihr zugeordneten zweiseitigen Hebel 17 mit der Traverse 15 verbunden und durch die Traverse 15 bewegbar. Jeder Hebel 17 ist um eine feste Achse 19 drehbar gelagert und weist zwei zueinander abgewinkelte Hebelarme 21, 23 auf. Ein erster Hebelarm 21 ist mit der Traverse 15 über ein zweites Drehgelenk 25 verbunden. Der zweite Hebelarm 23 ist über eine Koppel 27 mit derjenigen Schaltstange 3, 4, 5 verbunden, der der Hebel 17 zugeordnet ist. Dabei ist die Koppel 27 über ein drittes Drehgelenk 29 mit dem zweiten Hebelarm 23 des Hebels 17 und über ein viertes Drehgelenk 31 mit der jeweiligen Schaltstange 3, 4, 5 verbunden. Die Längsachsen der festen Achsen 19 verlaufen parallel zueinander und senkrecht zu der Längsachse der Antriebsstange 11 und den Längsachsen der Schaltstangen 3, 4, 5. Die Drehgelenke 13, 25, 29, 31 sind jeweils für Drehungen in einer zu den Längsachsen der festen Achsen 19 senkrechten Ebene ausgebildet. Die Längsachse der Antriebsstange 11 verläuft wenigstens annähernd orthogonal zu den Längsachsen der Schaltstangen 3, 4, 5.
Die Traverse 15 ist im Wesentlichen eben als ein gleichschenkliges Dreieck ausgeführt, von dessen Ecken jeweils ein Traversenarm 33, 34, 35 ausgeht. Die Traversenarm 33, 34, 35 verlaufen zueinander parallel in einer durch die Ecken des Dreiecks definierten Ebene. Ein erster Traversenarm 33 ist über das erste Drehgelenk 13 mit der Antriebsstange 11 verbunden und koppelt dadurch die Traverse 15 an die Antriebsstange 11. Jeder Traversenarm 33, 34, 35 ist über ein zweites Drehgelenk 25 mit dem ersten Hebelarm 21 genau eines Hebels 17 und über diesen Hebel 17 und die mit ihm verbundene Koppel 27 mit der Schaltstange 3, 4 ,5, der der Hebel 17 zugeordnet ist, verbunden. Dabei ist ein Hebel 17 an dem ersten Traversenarm 33 zwischen dem ersten Drehgelenk 13 und dem dreieckigen Abschnitt der Traverse 15 angeordnet und die beiden anderen Hebel 17 sind jeweils an einem Ende eines der beiden anderen Traversenarme 34, 35 angeordnet.
Der Leistungsschalter 1 umfasst ferner einen Gasbehälter 47, von dem in 1 nur ein Behälterdeckel mit einem Deckelflansch 49 dargestellt ist. Der Gasbehälter 47 ist unterhalb des Getriebes 9 angeordnet und mit einem Isoliergas befüllt. Die Schaltstangen 3, 4, 5 sind durch den Gasbehälter 47 geführt. Der Gasbehälter 47 weist für jede Schaltstange 3, 4, 5 eine topfartig ausgebildete Schaltstangenführung 51 auf, in der und aus der heraus die Schaltstange 3, 4, 5 geführt ist.
Ein in der jeweiligen Schaltstangenführung 51 verlaufender Schaltstangenabschnitt jeder Schaltstange 3, 4, 5 ist gasdicht von einem Faltenbalg 53 umgeben. Ein erstes Faltenbalgende 53.1 des Faltenbalgs 53 ist fest mit der Schaltstangenführung 51, beispielsweise durch eine Löt- oder Schweißverbindung, verbunden. Das dem ersten Faltenbalgende 53.1 gegenüber liegende zweite Faltenbalgende 53.2 des Faltenbalgs 53 ist fest mit einem Schaltstangenkopf 55, der ein getriebeseitiges Ende der Schaltstange 3, 4, 5 bildet, beispielsweise durch eine Löt- oder Schweißverbindung, verbunden. Die Faltenbälge 53 sind beispielsweise jeweils aus einem metallischen Material gefertigt.
3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt von 1 im Bereich eines Schaltstangenkopfes 55. Der Schaltstangenkopf 55 ist aus einem metallischen Material, beispielsweise aus Aluminium und im Bereich des zweiten Faltenbalgendes 53.2 aus einem Stahl, gefertigt.
Ein sich an den Schaltstangenkopf 55 anschließender Teil jeder Schaltstange 3, 4, 5 ist als ein Schaltstangenrohr 57 ausgebildet, das beispielsweise aus einem Kunststoff gefertigt und an dem Schaltstangenkopf 55 durch eine Klebeverbindung befestigt ist. Dazu weist der Schaltstangenkopf 55 einen zu dem Schaltstangenrohr 57 gerichteten Kragen 56 auf, auf den ein Ende des Schaltstangenrohrs 57 aufgesteckt und mit dem das Schaltstangenrohr 57 verklebt ist.
Zwischen dem Schaltstangenkopf 55 und einer Innenwand der Schaltstangenführung 51 ist ein Führungsring 58, beispielsweise ein PTFE-Ring (PTFE = Polytetrafluorethylen), angeordnet, über den der Schaltstangenkopf 55 an der Innenwand der Schaltstangenführung 51 geführt wird.
Die Drehgelenke 31, die jeweils eine Koppel 27 mit einer Schaltstange 3, 4, 5 verbinden, umfassen jeweils eine fest mit dem Schaltstangenkopf 55 der jeweiligen Schaltstange 3, 4, 5 verbundene Gelenkgabel 59, in die die jeweilige Koppel 27 hineinragt, und einen durch die Koppel 27 geführten Gelenkbolzen 61, der mit der Gelenkgabel 59 verbunden ist.
Die festen Achsen 19 sind an einem Getriebegehäuse 63 gelagert, an dem auch der Gemeinschaftsantrieb 7 befestigt ist. Das Getriebegehäuse 63 ist beispielsweise als ein Gussgehäuse ausgeführt und nur in 1 schematisch angedeutet (dargestellt ist nur eine Seitenwand des Getriebegehäuses 63).
Der Gemeinschaftsantrieb 7 ist beispielsweise in bekannter Weise als ein Federspeicherantrieb ausgebildet.
Der Leistungsschalter 1 ist beispielsweise als ein Vakuumschalter mit einer innerhalb des Gasbehälters 47 angeordneten Vakuumschaltkammer ausgebildet. In diesem Fall erstrecken sich die Schaltstangen 3, 4, 5 zu der Vakuumschaltkammer und sind jeweils mit einer Kontaktelektrode verbunden, die innerhalb der Vakuumschaltkammer mit der jeweiligen Schaltstange 3, 4, 5 zum Trennen und Schließen eines Schaltkontaktes bewegt wird.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Leistungsschalter (1), umfassend - drei zueinander parallele Schaltstangen (3, 4, 5), von denen jede zum Trennen und Schließen eines Schaltkontaktes des Leistungsschalters (1) entlang ihrer Längsachse beweglich ist, - einen Gemeinschaftsantrieb (7) zum gleichzeitigen Bewegen der drei Schaltstangen (3, 4, 5) - und ein Getriebe (9) zur Kopplung der Schaltstangen (3, 4, 5) an den Gemeinschaftsantrieb (7), - wobei das Getriebe (9) eine Antriebsstange (11), die von dem Gemeinschaftsantrieb (7) bewegt wird, und eine mit der Antriebsstange (11) über ein erstes Drehgelenk (13) verbundene Traverse (15) umfasst - und jede Schaltstange (3, 4, 5) über einen ihr zugeordneten zweiseitigen Hebel (17), der um eine feste Achse (19) drehbar gelagert ist und einen mit der Traverse (15) über ein zweites Drehgelenk (25) verbundenen ersten Hebelarm (21) aufweist, mit der Traverse (15) verbunden und durch die Traverse (15) bewegbar ist, und die Traverse (15) drei zueinander parallele Traversenarme (33, 34, 35) aufweist und jeder Traversenarm (33, 34, 35) über ein zweites Drehgelenk (25) mit dem ersten Hebelarm (21) genau eines Hebels (17) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltstangen (3, 4, 5) durch einen von dem Getriebe (9) beabstandeten Gasbehälter (47) geführt sind, wobei der Gasbehälter (47) für jede Schaltstange (3, 4, 5) eine Schaltstangenführung (51) aufweist, in der die Schaltstange (3, 4, 5) geführt ist.
Leistungsschalter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse der Antriebsstange (11) nicht parallel zu den Längsachsen der Schaltstangen (3, 4, 5) ist, und dass die festen Achsen (19) der Hebel (17) senkrecht zu der Längsachse der Antriebsstange (11) und den Längsachsen der Schaltstangen (3, 4, 5) verlaufen.
Leistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Schaltstange (3, 4, 5) über eine Koppel (27) mit dem ihr zugeordneten Hebel (17) verbunden ist, wobei die Koppel (27) über ein drittes Drehgelenk (29) mit dem zweiten Hebelarm (23) des Hebels (17) und über ein viertes Drehgelenk (31) mit der Schaltstange (3, 4, 5) verbunden ist.
Leistungsschalter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Traverse (15) über einen ersten Traversenarm (33) mit der Antriebsstange (11) verbunden ist.
Leistungsschalter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein in einer Schaltstangenführung (51) verlaufender Schaltstangenabschnitt jeder Schaltstange (3, 4, 5) gasdicht von einem Faltenbalg (53) umgeben ist, der ein erstes Faltenbalgende (53.1), das fest mit der Schaltstangenführung (51) verbunden ist, und ein dem ersten Faltenbalgende (53.1) gegenüber liegendes zweites Faltenbalgende (53.2), das fest mit einem dem Getriebe (9) zugewandten Schaltstangenkopf (55) der Schaltstange (3, 4, 5) verbunden ist, aufweist.
Leistungsschalter (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Faltenbalg (53) aus einem metallischen Material gefertigt ist.
Leistungsschalter (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltstangenkopf (55) jeder Schaltstange (3, 4, 5) aus einem metallischen Material gefertigt ist.
Leistungsschalter (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein sich an den Schaltstangenkopf (55) anschließender Teil jeder Schaltstange (3, 4, 5) als ein Schaltstangenrohr (57) ausgebildet ist.
Leistungsschalter (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, gekennzeichnet durch eine in dem Gasbehälter (47) angeordnete Vakuumschaltkammer, in der mit den Schaltstangen (3, 4, 5) bewegbare Kontaktelektroden von Schaltkontakten des Leistungsschalters (1) angeordnet sind.
Leistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gemeinschaftsantrieb (7) als ein Federspeicherantrieb ausgebildet ist.
Leistungsschalter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Getriebegehäuse (63), an dem die festen Achsen (19) der Hebel (17) gelagert sind.