Antrieb für Hochspannungsvakuumschaltgeräte

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.

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 eine

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 Schnittdarstellung

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 1

FIG 3 den Federantrieb gemäß FIG 2 bei offenem Schalter gemäß

FIG 1.

Ein Vakuumschalter besteht im wesentlichen aus einer Schalt- röhre 1 mit der eigentlichen Schaltkammer 2, in der eine

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.

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.

Soweit sind derartige Schaltröhren hinlänglich bekannt. Übli¬ cherweise ist für die Bewegung des beweglichen Kontaktbolzens 4 mit dem Bewegkontakt 14 ein mechanischer Antrieb vorhanden.

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.

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.

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.

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.

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.