Hochspannungsleistungsschalter mit Einschaltwiderstandsanord nung sowie Koppeleinrichtung

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungsleistungsschalter mit einer Schalteinheit, die ein bezüglich einer Längsachse der Schalteinheit axial bewegbares Betätigungselement auf weist und einer Einschaltwiderstandsanordnung, die ein bezüg lich einer Längsachse dieser Einschaltwiderstandsanordnung axial bewegbares Stellelement zum Betätigen der Einschaltwi derstandsanordnung aufweist, wobei das Betätigungselement zum Bewegen des Stellelements an dieses gekoppelt ist.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Koppeleinrichtung zum Koppeln eines Betätigungselements einer Schalteinheit eines derartigen Hochspannungsleistungsschalters an ein Stellele ment einer Einschaltwiderstandsanordnung dieses Hochspan nungsleistungsschalters .

Ein Hochspannungsleistungsschalter mit Einschaltwiderstands anordnung ist aus der Druckschrift US 5 245 145 A bekannt. Diese zeigt einen Hochspannungsleistungsschalter in sogenann ter Dead-Tank-Bauform, mit einer als Unterbrechereinheit be- zeichneten Schalteinheit, die ein bezüglich einer Längsachse der Schalteinheit axial bewegbares Betätigungselement auf weist und einer Einschaltwiderstandsanordnung, die ein bezüg lich einer Längsachse dieser Einschaltwiderstandsanordnung axial bewegbares Stellelement zum Betätigen der Einschaltwi derstandsanordnung aufweist, wobei das Betätigungselement zum Bewegen des Stellelements an dieses gekoppelt ist. Die beiden Längsachsen sind im Wesentlichen koaxial angeordnet, sodass Betätigungselement und Stellelement über die gemeinsame Achse gekoppelt sind. Die Kopplung kann direkt erfolgen, oder über eine Art Koppeleinrichtung, die dann jedoch nur aus einem Zwischenelement besteht, welches sich in einem eingehausten Gasraum des Hochspannungsleistungsschalters befindet. Es ist die Aufgabe der Erfindung einen abweichend aufgebauten Hochspannungsleistungsschalter anzugeben, der insbesondere kompakter ist.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unab hängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Hochspannungsleistungsschalter mit einer Schalteinheit, die ein bezüglich ihrer Längsachse axial bewegbares Betätigungselement aufweist und mit einer Ein- schaltwiderstandsanordnung, die ein bezüglich ihrer Längsach se axial bewegbares Stellelement zum Betätigen der Einschalt widerstandsanordnung aufweist, wobei das Betätigungselement zum Bewegen des Stellelements an dieses gekoppelt ist, ist vorgesehen, dass der Hochspannungsleistungsschalter eine das Betätigungselement an das Stellelement koppelnde Koppelein richtung aufweist, die zum Koppeln eine Welle, insbesondere eine Kardanwelle, umfasst. Mit anderen Worten wird die Line arbewegung des Betätigungselements in eine Drehbewegung der Welle übertragen und anschließend wieder in eine Linearbewe gung des Stellelements gewandelt.

Eine solche Koppeleinrichtung ist immer dann besonders sinn voll, wenn die Bewegungsachsen von Betätigungselement und Stellelement bzw. die Längsachsen von Schalteinheit und Ein- schaltwiderstandsanordnung nicht zusammenfallen.

Bevorzugt weist der Hochspannungsleistungsschalter oder zu mindest seine Schalteinheit eine Dead-Tank-Bauform auf. Im zweiten Fall ist die Schalteinheit also ein Dead-Tank- Schalter .

Insbesondere ist vorgesehen, dass die Längsachsen von Schalt einheit und Einschaltwiderstandsanordnung einen Achsversatz aufweisen. Die Längsachsen sind dabei insbesondere parallel angeordnet. Die Welle wird dann zum Ausgleich des Achsversat- zes zwischen den Längsachsen von Schalteinheit und Einschalt- widerstandsanordnung genutzt und verläuft dazu quer, bei spielsweise senkrecht, zu diesen Achsen.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vor gesehen, dass die Koppeleinrichtung weiterhin zwei Hebelele mente aufweist, wobei die Welle auf beiden Seiten drehfest mit je einem der Hebelelemente verbunden ist. Das Betäti gungselement ist an ein freies Ende des einen Hebels und das Stellelement an ein freies Ende des anderen Hebels gekoppelt. Das Betätigungselement und das Hebelelement auf der einen Seite der Welle sowie das Stellelement und das Hebelelement auf der anderen Seite der Welle bilden je einen Bewegungs wandler bzw. ein Umlenkgetriebe.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Koppeleinrichtung weiterhin ein Zwischenelement (Schiebestück) , welches zwischen dem Stellelement und dem ihm zugeordneten Hebelelement oder zwischen dem Betätigungsele ment und dem ihm zugeordneten Hebelelement angeordnet ist. Dieses Zwischenelement dient dem Ausgleich eines Versatzes zwischen dem Betätigungselement und dem Stellelement in axia ler Richtung bezogen auf die Bewegungsachsen.

Mit Vorteil ist die Koppeleinrichtung derart eingerichtet, dass sie das Einstellen einer Winkeleinstellung zwischen Wel le und zumindest einem der Hebelelemente ermöglicht. Über diese Winkeleinstellung ist eine Phase zwischen Betätigungs element und Stellelement bzw. ein als Einwirkzeit bezeichne- ter Zeitabstand zwischen der Kontaktgabe EWID und der Kon taktgabe des Schalters der Schalteinheit, einstellbar.

Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Er findung ist vorgesehen, dass die drehfeste Verbindung zwi schen zumindest einem der Hebelelemente und der Welle lösbar ist. Bevorzugt ist die lösbar drehfeste Verbindung zwischen dem zumindest einen Hebelelement und der Welle eine Flansch verbindung . Mit Vorteil befindet sich zumindest eine der die lösbar dreh feste Verbindung bildenden Komponenten außerhalb eines ein gehausten Gasraumes der Schalteinheit und/oder der Einschalt widerstandsanordnung. Dies vereinfacht die Einstellung der Phase/der Einwirkzeit. Besagte Komponente ist insbesondere die Welle oder eine Komponente/ein Flansch der Flanschverbin dung .

Bei der erfindungsgemäßen Koppeleinrichtung zum Koppeln eines Betätigungselement einer Schalteinheit eines Hochspannungs leistungsschalters an ein Stellelement einer Einschaltwider standsanordnung dieses Hochspannungsleistungsschalters ist vorgesehen, dass diese Koppeleinrichtung eine an der Kopplung beteiligte Welle, insbesondere Kardanwelle, aufweist. Der Hochspannungsleistungsschalter ist dabei insbesondere ein vorstehend genannter Hochspannungsleistungsschalter.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die Welle zum Ausgleich ei nes Achsversatzes zwischen den Längsachsen von Schalteinheit und Einschaltwiderstandsanordnung ausgebildet ist.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung sche matisch in Zeichnungen gezeigt und nachfolgend näher be schrieben. Dabei zeigt die

Fig. 1 eine Übersichtsdarstellung des Hochspannungsleis tungsschalters gemäß einer bevorzugten Ausführungs form der Erfindung,

Fig. 2 eine Detaildarstellung einer Koppeleinrichtung zwi schen Unterbrechereinheit und Einschaltwiderstands anordnung des Hochspannungsleistungsschalters,

Fig. 3 eine Darstellung großer Teile des Hochspannungs

leistungsschalters und Fig. 4 eine weitere Detaildarstellung im Bereich der Kop peleinrichtung und der Einschaltwiderstands anordnung .

Die Figur 1 zeigt einen Hochspannungsleistungsschalter 10 mit einer als Dead-Tank-Schalter ausgestalteten Schalteinheit 12, die sich entlang einer Längsachse 14 erstreckt, mit einer Einschaltwiderstandsanordnung 16 (EWID-Anordnung) , die sich entlang einer Längsachse 18 erstreckt und mit einer Koppel einrichtung 20, die die Bewegung ausgewählter Komponenten von Schalteinheit 12 und Einschaltwiderstandsanordnung 16 mitei nander koppelt. Die Schalteinheit 12 eines Hochspannungsleis tungsschalters wird in der Regel auch als Unterbrechereinheit (UE) bezeichnet. Die Schalteinheit 12 und die Einschaltwider standsanordnung 16 sind nebeneinander angeordnet, wobei ihre Längsachsen 14,18 parallel ausgerichtet sind und einen derart großen Achsversatz A aufweisen, der eine solche Anordnung überhaupt erst ermöglicht.

Die als Dead-Tank-Schalter ausgestaltete Schalteinheit 12 weist einen (nicht gezeigten) Schalter in einem Kapselungsge häuse 22 auf. Dieses Kapselungsgehäuse 22 - auch Schalterkes sel genannt - weist zwei Stutzen 24 für entsprechende Durch führungen 26 auf, wobei diese Durchführungen erst in Fig. 3 gezeigt sind. Ein solcher Aufbau ist typisch für einen Hoch spannungsleistungsschalter 10 in Dead-Tank-Bauform bzw. eine als Dead-Tank-Schalter ausgestaltete Schalteinheit 12.

Die Koppeleinrichtung 20 weist ein erstes Hebelelement 28 auf Seiten der Schalteinheit 12 auf, welches bezüglich einer ers ten Achse 30 verschwenkbar gelagert ist, sowie ein zweites Hebelelement 32 auf Seiten der Einschaltwiderstandsanordnung 16, welches bezüglich einer zweiten Achse 34 verschwenkbar gelagert ist, die nicht mit der ersten Achse 30 zusammen fällt. Die beiden Hebelelemente 28, 32 sind über eine als Kardanwelle 36 ausgebildete Welle 38 drehfest mit einander verbunden. Die im Beispiel gezeigte Kardanwelle 36 ist eine Gelenkwellenkombination mit zwei Kreuzgelenken (auch Kardan- gelenke genannt) . Sie ermöglicht die Drehmoment-Übertragung in einem geknickten Wellenstrang.

Ein Betätigungselement 40 der Schalteinheit 12, welches be züglich der Längsachse 14 der Schalteinheit 12 axial bewegbar ist und den (nicht gezeigten) eigentlichen Schalter dieser Schalteinheit 12 betätigt, ist mit einem freien Ende des ers ten Hebelelements 28 gelenkig verbunden. Ein stiftförmiges Stellelement 42 der Einschaltwiderstandsanordnung 16, welches bezüglich der Längsachse 18 der Einschaltwiderstandsanordnung 16 axial bewegbar ist und die Einschaltwiderstände (EWIDs) dieser Einschaltwiderstandsanordnung 16 betätigt, ist über ein als Schiebestück 44 ausgebildetes Zwischenelement 46 mit einem freien Ende des zweiten Hebelelements 32 gelenkig ver bunden. Dieses Zwischenelement 46 dient dem Ausgleich eines Versatzes zwischen dem Betätigungselement 40 und dem Stell element 42 in axialer Richtung bezogen auf die Achsen 14, 16.

Das Betätigungselement 40 und das erste Hebelelement 28 auf der einen Seite der Welle 38 sowie das Stellelement 42, das Zwischenelement 46 und das zweite Hebelelement 32 auf der an deren Seite der Welle 38 bilden je einen Bewegungswandler bzw. ein Umlenkgetriebe. Das Stellelement 42 der Einschaltwi derstandsanordnung 16 wird auch als EWID-Pin bezeichnet.

Insgesamt ergibt sich also eine Koppeleinrichtung 20 mit Wel le 38 in Z-Anordnung, die eine gleichmäßige Übertragung der Wellendrehung gewährleistet. Die Einschaltwiderstände der Einschaltwiderstandsanordnung 16 werden durch einen Wider standsscheibenstapel 48 gebildet.

Die jeweilig drehfeste Verbindung zwischen Welle 38 und den Hebelelementen 28, 32 ist über je eine Flanschverbindung 50 lösbar ausgebildet.

Das zentrale Element der Koppeleinrichtung 20 ist die Welle 38 zum Ausgleich des Achsversatzes A, die hier als Welle 38 mit Gelenken, also als Kardanwelle 36, ausgebildet ist. Wei- teres wichtiges Element ist das Schiebestück 44 als Längen ausgleich in axialer Richtung.

Es ergeben sich die folgenden Vorteile durch den gezeigten Aufbau des Hochspannungsleistungsschalters 10 bzw. die Ver wendung der Koppeleinrichtung 20:

- es ergibt sich eine Kinematik zur Bewegung des EWID mit op timaler Geometrie durch Anordnung der EWID-Welle ohne Ein schränkungen;

- es ergibt sich die Möglichkeit zum Ausgleich des Achsver- satzes A sowie eine gleichmäßige Übertragung der Wellendre hung durch die Z-Anordnung;

- ein Toleranzausgleich wird durch das axiale Schiebestück 44 ermöglicht; und

- durch Demontage der Welle 38 lässt sich der EWID bei Bedarf abkoppeln bzw. deaktivieren.

Die Fig. 2 zeigt die Koppeleinrichtung 20 sowie deren Ankopp lung an die Schalteinheit 12 und die Einschaltwiderstandsan ordnung 16 im Detail. Dabei sind vor allem Einzelheiten der Kardanwelle 36 und deren Kreuzgelenke sowie der Flanschver bindungen 50, des ersten Hebelelements 28 sowie des Betäti gungselements 40 erkennbar.

Die Fig. 3 zeigt eine Darstellung großer Teile des Hochspan nungsleistungsschalters 10. Dabei ist auch ein Gehäuse 50 der Einschaltwiderstandsanordnung 16 dargestellt, welches den Wi derstandsscheibenstapel 48 einhaust. Die als Dead-Tank-Schal- ter ausgestaltete Schalteinheit 12 ist auf einem Gestell 54 angeordnet und das Gehäuse 52 der Einschaltwiderstandsanord nung 16 ist seitlich am Kapselungsgehäuse 22 der Schaltein heit 12 angeflanscht, sodass sich ein gemeinsamer Gasraum ergibt. In dieser Darstellung sind nun auch die Durchführun gen 26 des Dead-Tank-Schalters 12 sichtbar. Zumindest Teile der Koppeleinrichtung 20, insbesondere die als Kardanwelle 36 ausgebildete Welle 38 sowie Teile der Flanschverbindungen 50 befinden sich außerhalb der Gehäuse 22, 52 und des von ihnen bestimmten Gasraums.

Es ergibt sich folgende Funktion:

Um nach dem Einschalten des Hochspannungsleistungsschalters 10 die Einschaltwiderstände (EWIDs) der Einschaltwiderstands anordnung 16 aus dem Stromkreis heraus zu trennen, weist die Einschaltwiderstandsanordnung 16 einen parallel zu den Ein- schaltwiderständen geführten Strompfad auf, der mit bezie hungsweise kurz nach dem Schließen des Schalters der Schalt einheit 12 geschlossen wird.

Die Fig. 4 zeigt nun die Bedeutung des Betätigungselements 40, des Stellelements 42 sowie der diese beiden Elemente 40, 42 koppelnden Koppeleinrichtung 20.

Bei einem Hochspannungsleistungsschalter 10 mit Einschaltwi derstandanordnung (EWID-Anordnung) 16 muss die Einwirkzeit, also der Zeitabstand zwischen der Kontaktgabe EWID und der Kontaktgabe des Schalters der Schalteinheit 12 (auch als Un terbrechereinheit UE bezeichnet) eingestellt werden. Dies ist notwendig, um Bauteiltoleranzen auszugleichen oder auch ver schiedene Einwirkzeiten zu realisieren. In der Regel wird da zu der Abstand zwischen den kontaktgebenden Bauteilen ver stellt .

Die Einstellung der Einwirkzeit erfolgt außerhalb des Gasrau mes an Bauteilen der kinematischen Kette des EWIDs, also der Kette vom Betätigungselement 40 bis zum Stellelement 42. Das Stellelement 42 wird -wie gesagt- auch als EWID-Pin bezeich net und dient dem Betätigen der Einschaltwiderstandsanordnung 16. Zum Einstellung der Einwirkzeit wird nun speziell die Welle 38 zum Wellenflansch der Flanschverbindung 50 verdreht und somit der korrekte Abstand des als EWID-Pin bezeichneten Stellelements 42 zu einer Graphittablette 56 der ersten Wi derstandsscheibe im entsprechenden Stapel 48 hergestellt. Prinzipiell kann die Einstellung in der gesamten kinemati schen Kette (Betätigungselement 40 - erstes Hebelelement 28 - Flanschverbindung 50 - Welle 36, 38 - Flanschverbindung 50 - zweites Hebelelement 32 - Zwischenelement/Schiebestück 44, 46

- Stellelement/EWID-Pin 42), die zum Bewegen des EWIDs erfor derlich ist, erfolgen. Die Verdrehung der Flansche der

Flanschverbindung (en) 50 zueinander kann mit oder ohne Werk zeuge erfolgen.

Es ergeben sich folgende Vorteile:

- Alle Einstellarbeiten können leicht zugänglich und ohne Entleerung und Öffnung des Gasraumes (in den Gehäusen 22, 52) erfolgen .

- Einstellung verschiedener Nennwerte der Einwirkzeit sowie Ausgleich von Bauteiltoleranzen ist durch einfaches justieren ohne geänderte oder zusätzliche Bauteile möglich.

Bezugszeichenliste

10 HochspannungsleistungsSchalter

12 Schalteinheit

14 Längsachse (Schalteinheit)

16 Einschaltwiderstandsanordnung

18 Längsachse (Einschaltwiderstandsanordnung)

20 Koppeleinrichtung

22 Kapselungsgehäuse

24 Stutzen

26 Durchführung

28 Hebelelement, erstes

30 Achse, erste

32 Hebelelement, zweites

34 Achse, zweite

36 Kardanwelle

38 Welle

40 Betätigungselement

42 Stellelement

44 Schiebestück

46 Zwischenelement

48 Widerstandsscheibenstapel

50 Flanschverbindung

52 Gehäuse

54 Gestell

56 Graphittablette

A Achsversatz