Koppeleinrichtung und Hochspannungsleistungsschalter mit derartiger Koppeleinrichtung

Die Erfindung betri f ft eine Koppeleinrichtung mit einem Koppelgetriebe zum Koppeln einer Bewegung eines Stellelements einer Einschaltwiderstandsanordnung an eine Bewegung eines Betätigungselements einer Schalteinheit eines die Schalteinheit und die Einschaltwiderstandsanordnung umfassenden Hochspannungsleistungsschalters .

Die Erfindung betri f ft weiterhin einen entsprechenden Hochspannungsleistungsschalter mit einer Schalteinheit , die ein bezüglich einer Längsachse dieser Schalteinheit axial bewegbares Betätigungselement aufweist und einer Einschaltwiderstandsanordnung, die ein bezüglich einer Längsachse dieser Einschaltwiderstandsanordnung axial bewegbares Stellelement zum Betätigen der Einschaltwiderstandsanordnung aufweist , wobei das Betätigungselement zum Bewegen des Stellelements über eine Koppeleinrichtung mit einem Koppelgetriebe an dieses Stellelement gekoppelt ist .

Bei Hochspannungsleistungsschaltern werden Einschaltwiderstände einer Einschaltwiderstandsanordnung zur Begrenzung von Überspannungen beim Einschalten verwendet . Dabei wird j e Schalteinheit des Leistungsschalters ein Einschaltwiderstand mit zugehöriger Hil fsschaltstrecke bei der Einschaltwiderstandsanordnung eingesetzt .

Ein mechanisches Koppelgetriebe ( Zwischengetriebe ) hat die Aufgabe , die Kontaktbewegung in der Hil fsschaltstrecke in Abhängigkeit von der Bewegung der Kontakte der Hauptschaltstre- cke der Schalteinheit zu steuern . Die Kontaktbewegung bei der Hauptschaltstrecke der Schalteinheit ergibt sich aus der Bewegung des Betätigungselement , die Kontaktbewegung bei der Hil fsschaltstrecke der Einschaltwiderstandsanordnung ergibt sich aus der Bewegung des Stellelements . Die bisher vorhandenen Lösungen für mechanische Koppelgetriebe sind entweder nicht dauerfest oder sie benötigen Ausschaltenergie , welche dann insbesondere der Hauptschaltstrecke von 2-Zyklen Leistungsschaltern fehlt .

Die Druckschri ft DE 10 2018 205 910 Al zeigt eine Koppeleinrichtung mit einem Koppelgetriebe zum Koppeln einer Bewegung eines Stellelements einer Einschaltwiderstandsanordnung an eine Bewegung eines Betätigungselements einer Schalteinheit eines die Schalteinheit und die Einschaltwiderstandsanordnung umfassenden Hochspannungsleistungsschalters . Das Koppelgetriebe setzt sich dabei aus einer Welle und mehreren Hebeln zusammen . Beim Einschaltvorgang schließt ebenfalls zuerst die Hil fsschaltstrecke . Nach dem darauf folgenden Schließen der Hauptschaltstrecke verbleibt der Einschaltwiderstand in EIN . Erst beim Ausschalten wird auch die Hil fsschaltstrecke ausgeschaltet und muss sich dabei schneller bewegen als die Haupt- schaltstrecke . Weiterhin zeigt diese Druckschri ft auch den kompletten Hochspannungsleistungsschalter .

Ein solches Koppelgetriebe ist mechanisch extrem zuverlässig, aber da die Ausschaltung der Hil fsschaltstrecke parallel zur Ausschaltung der Hauptschaltstrecke erfolgt , wird dafür ein Teil der Ausschaltenergie benötigt . Insbesondere bei schnellen Leistungsschaltern ( 2-Zyklen Leistungsschaltern) wird j edoch alle verfügbare Energie für die Hauptschaltstrecke benötigt . Ferner ist bei Folgeschaltungen eine Ruhephase einzuhalten, um die Kontaktkoordination zu gewährleisten .

Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen anzugeben, durch die der Hauptschaltstrecke in der Schalteinheit die volle Ausschaltenergie zuteil wird . Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche . Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben .

Bei der erfindungsgemäßen Koppeleinrichtung mit einem Koppelgetriebe zum Koppeln einer Bewegung eines Stellelements einer Einschaltwiderstandsanordnung an eine Bewegung eines Betätigungselements einer Schalteinheit eines die Schalteinheit und die Einschaltwiderstandsanordnung umfassenden Hochspannungsleistungsschalters , ist vorgesehen, dass diese Koppeleinrichtung weiterhin eine Rückstelleinrichtung zum automatischen Rückstellen des Stellelements nach Erreichen einer definierten Bewegungsposition bei einem Einschaltvorgang aufweist . Bei einer derartigen Koppeleinrichtung sorgt also die Rückstelleinrichtung für ein automatisches Rückstellen des Stellelements . Dies geschieht in der Regel nach dem Schließen der Hauptschaltstrecke der Schalteinheit , j edoch noch im Rahmen des Einschaltprozesses . Somit wird bei einem anschließenden Ausschaltprozess der Hauptschaltstrecke in der Schalteinheit die volle Ausschaltenergie zuteil und benötigte Ruhephasen bei einer Folge von Schaltungen werden automatisch eingehalten .

Insbesondere ist vorgesehen, dass die Rückstelleinrichtung für das Rückstellen einen Energiespeicher, insbesondere eine Druckfeder, aufweist , der über die Einschaltbewegung vorgespannt wird . Dieser Energiespeicher liefert die Energie zum Rückstellen des Stellelements und wird über die Einschaltbewegung „geladen" .

Dabei ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Druckfeder bezüglich des Stellelements koaxial angeordnet ist . Bevorzugt umgibt die Druckfeder das Stellelement in der definierten Bewegungsposition zumindest teilweise umfänglich . Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Koppelgetriebe eine Verriegelungsstruktur zur lösbaren Verbindung von die Bewegung des Stellelements und der Bewegung des Betätigungselements koppelnden Koppelelementen auf . Im verriegelten Zustand koppelt die Verriegelungsstruktur die Koppelelemente und deren Bewegung und gibt diese Kopplung im gelösten Zustand frei .

Weiterhin weit die Koppeleinrichtung bevorzugt einen Auslösemechanismus zum Auslösen der Rückstelleinrichtung auf . Der Auslösemechanismus gibt also vor, wann das Rückstellen des Stellelements einsetzt .

Bevorzugt weist der Auslösemechanismus einen die definierte Bewegungsposition markierenden Auslöseanschlag und einen Auslösehebel auf und ist eingerichtet , die Rückstelleinrichtung durch Auftref fen des Auslösehebels auf den Auslöseanschlag zu aktivieren .

Weiterhin ist dabei mit Vorteil vorgesehen, dass der Auslösemechanismus , insbesondere dessen Auslösehebel , zum Auslösen der Rückstelleinrichtung auf die Verriegelungsstruktur wirkt . Genauer gesagt löst er die entsprechenden koppelnden Koppelelemente , sodass die Bewegung bzw . Position des Stellelements nicht mehr an die Bewegung bzw . Position des Betätigungselements gekoppelt ist . Nun kann beispielsweise der vorgespannte Energiespeicher für eine Rückführung des Stellelements in eine geöf fnete Stellung (AUS-Stellung) sorgen .

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Koppelgetriebe mindestens eine Welle und/oder mindestens ein Hebelelement auf . Die Verwendung von Koppelgetrieben mit Wellen und Hebelelementen hat sich bei Hochspannungsleistungsschaltern bewährt . Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Koppelgetriebe eine stellelementseitige Kniehebelanordnung auf , die mindestens eines der Hebelelemente umfasst . Auch die Verwendung von Kniehebelanordnungen hat sich bei Hochspannungsleistungsschaltern bewährt .

Bei dem erfindungsgemäßen Hochspannungsleistungsschalter mit einer Schalteinheit , die ein bezüglich einer Längsachse der Schalteinheit axial bewegbares Betätigungselement aufweist und einer Einschaltwiderstandsanordnung, die ein bezüglich einer Längsachse dieser Einschaltwiderstandsanordnung axial bewegbares Stellelement zum Betätigen der Einschaltwiderstandsanordnung aufweist , wobei das Betätigungselement zum Bewegen des Stellelements über eine Koppeleinrichtung mit einem Koppelgetriebe an dieses Stellelement gekoppelt ist , ist vorgesehen, dass diese Koppeleinrichtung als vorstehend genannte Koppeleinrichtung ausgebildet ist . Bei diesem Hochspannungsleistungsschalter wird der Hauptschaltstrecke in der Schalteinheit die volle Ausschaltenergie zuteil .

Im Folgenden werden Aus führungsbeispiele der Erfindung schematisch in Zeichnungen gezeigt und nachfolgend näher beschrieben . Dabei zeigen :

Fig . 1 eine Teilansicht eines Hochspannungsleistungsschalters im Bereich seiner Koppeleinrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Aus führungs form der Erfindung,

Fig . 2 einen an einer Einschaltwiderstandsanordnung des Hochspannungsleistungsschalters angeordneten Teil der Koppeleinrichtung bei ausgeschalteter Schaltstrecke der Einschaltwiderstandsanordnung,

Fig . 3 den in Fig . 2 gezeigten Teil der Koppeleinrichtung am Beginn des Einschaltvorgangs , Fig . 4 den in den Figuren 2 und 3 gezeigte Teil der Koppeleinrichtung beim Erreichen eines Auslösepunktes einer Rückstelleinrichtung der Koppeleinrichtung,

Fig . 5 den in den Figuren 2 bis 4 gezeigte Teil der Koppeleinrichtung bei einem Schritt des Auslösens der Rückstelleinrichtung und

Fig . 6 den in den Figuren 2 bis 5 gezeigte Teil der Koppeleinrichtung bei einem Rückstellschritt der Rückstelleinrichtung .

Die Fig . 1 zeigt eine Teilansicht eines Hochspannungsleistungsschalters 10 in Dead-Tank-Bauf orm mit einer als Unterbrechereinheit bezeichneten Schalteinheit 12 und einer Ein- schaltwiderstandsanordnung 14 im Bereich einer Koppeleinrichtung 16 zum Koppeln einer Bewegung eines in den Figuren 2 bis 6 gezeigten Stellelements 18 der Einschaltwiderstandsanordnung 14 (EWID-Anordnung) an eine Bewegung eines (nicht gezeigten) Betätigungselements der Schalteinheit 12 . Bei diesem Hochspannungsleistungsschalter 10 in Dead-Tank-Bauf orm ist die Schalteinheit 12 also als Dead-Tank-Schalter ausgebildet . Die Schalteinheit 12 und die Einschaltwiderstandsanordnung 14 sind nebeneinander angeordnet , wobei ihre Längsachsen parallel ausgerichtet sind . Die als Dead-Tank-Schalter ausgestaltete Schalteinheit 12 weist einen (nicht gezeigten) Schalter in einem Kapselungsgehäuse 20 auf .

Das Betätigungselement der Schalteinheit 12 , welches bezüglich der Längsachse der Schalteinheit 12 axial bewegbar ist , betätigt den (nicht gezeigten) eigentlichen Schalter dieser Schalteinheit 12 , die sogenannte Hauptschaltstrecke . Das sti ftförmige Stellelement 18 der Einschaltwiderstandsanordnung 14 , welches bezüglich der Längsachse der Einschaltwiderstandsanordnung 14 axial bewegbar ist , betätigt über die so- genannte Hil fsschaltstrecke die Einschaltwiderstände (EWIDs ) dieser Einschaltwiderstandsanordnung 14 .

Die Koppeleinrichtung 20 weist ein in den Figuren 2 bis 6 teilweise gezeigtes Koppelgetriebe 22 auf . Dieses umfasst mindestens auf Seiten der Schalteinheit 12 ein (nicht gezeigtes ) Hebelelement , eine Welle 24 auf einer quer zu den Längsachsen von Schalteinheit 12 und Einschaltwiderstandsanordnung 14 verlaufenden ersten Achse 26 , sowie auf Seiten der Ein- schaltwiderstandsanordnung 14 ein erstes Hebelelement 28 , welches mit der Welle 24 drehfest verbunden und somit bezüglich der ersten Achse 26 verschwenkbar gelagert ist , sowie ein zweites Hebelelement 30 , welches bezüglich einer verlagerbaren zweiten Achse 32 verschwenkbar gelagert ist , die parallel zur ersten Achse 26 verläuft . Die beiden gezeigten Hebelelemente 28 , 30 sind über eine lösbare Verriegelungsstruktur 34 aneinander gekoppelt .

Das Koppelgetriebe 22 weist eine stellelementseitige Kniehebelanordnung 36 auf , die das zweite Hebelelement 30 umfasst . Über diese Kniehebelanordnung 36 und eine (hier im Beispiel als Schlitten ausgebildete ) Führung 38 wird das Stellelement 18 linear bewegt , also verschoben .

Bezüglich des linearen Verstellwegs des Stellelements 18 bzw . der Längserstreckung des Stellelements 18 ist eine Druckfeder 40 koaxial angeordnet . Diese ist ein Energiespeicher 42 einer Rückstelleinrichtung 44 für das Rückstellen des Stellelements 18 und wird über die Einschaltbewegung vorgespannt . Die Rückstelleinrichtung 44 sorgt für ein automatisches Rückstellen des Stellelements 18 nach Erreichen einer definierten Bewegungsposition bei dem Einschaltvorgang des Hochspannungsschalters 10 .

Zu diesem Zweck weist die Koppeleinrichtung 16 weiterhin einen Auslösemechanismus 46 zum Auslösen der Rückstelleinrich- tung 44 auf . Der Auslösemechanismus 46 weist seinerseits einen eine ( der definierten Bewegungsposition des Stellelements 18 entsprechende ) Auslöseposition definierenden Auslöseanschlag 48 und einen Auslösehebel 50 auf . Der Auslösemechanismus 46 ist eingerichtet , die Rückstelleinrichtung 44 bei Auftref fen des Auslösehebels 50 auf den Auslöseanschlag 48 zu aktivieren .

Die Fig . 2 zeigt den an der Einschaltwiderstandsanordnung 14 angeordneten Teil der Koppeleinrichtung 16 bei ausgeschalteter Hil fsschaltstrecke der Einschaltwiderstandsanordnung 14 . Dies ist die Ausgangssituation beim Einschaltvorgang des Hochspannungsleistungsschalters 10 , bei der sich das Stellelement 18 bezüglich der Einschaltwiderstandsanordnung 14 in einer maximal ausgefahrenen Position befindet .

Die Figuren 3 bis 6 zeigen nun den zeitlichen Ablauf des Einschaltvorgangs und des damit verbundenen Rückstellvorgangs im Bereich des in Fig . 2 gezeigten Teils der Koppeleinrichtung 16 .

Dabei zeigt die Fig . 3 den besagten Teil der Koppeleinrichtung 16 am Beginn des Einschaltvorgangs . Bei dem Koppelgetriebe 22 sorgt ein Antrieb des Betätigungselements der Schalteinheit 12 für eine Drehbewegung der Welle 24 ( Pfeil 52 ) , die ihrerseits über die gezeigten weiteren Komponenten 28 , 30 , 34 , 36 des Koppelgetriebes 22 für eine Linearbewegung des Stellelements 18 ( Pfeil 54 ) sorgt . Die Verriegelungsstruktur 34 ist dabei im verriegelten Zustand und koppelt die Bewegungen der beiden Hebelelemente 28 , 30 . Der am ersten Hebelelement 28 angeordnete Auslösehebel 50 wird von einem Rückstellelement 58 in einer Grundposition gehalten und ist in einer vom Auslöseanschlag 48 beabstandeten Position . Durch die Linearbewegung des Stellelements 18 ( Pfeil 56 ) wird die Druckfeder 40 vorgespannt . Die Fig . 4 zeigt den Teil der Koppeleinrichtung 16 beim Erreichen eines Auslösepunktes der Rückstelleinrichtung 44 . In dieser Position ist das erste Hebelelement 28 soweit ver- schwenkt , dass das freie Ende des Auslösehebels 50 den Auslöseanschlag 48 erreicht hat . Die Druckfeder 40 wird weiter vorgespannt .

Fig . 5 zeigt den besagten Teil der Koppeleinrichtung 16 bei einem Schritt des Auslösens der Rückstelleinrichtung 44 . Ein weiteres Verdrehen der Welle 24 ( Pfeil 54 ) verschwenkt nun auch den Auslösehebel 50 entgegen der Rückstellkraft des Rückstellelements 58 und wirkt auf die Verriegelungsstruktur 34 . Die Druckfeder 40 wird dabei weiter vorgespannt .

Die Fig . 6 zeigt schließlich den Teil der Koppeleinrichtung 16 bei/nach einem Rückstellschritt der Rückstelleinrichtung 44 . Der Auslösemechanismus 46 hat nun mit seinem Auslösehebel 50 auf die Verriegelungsstruktur 34 gewirkt , sodass die Verriegelung zwischen den beiden Hebelelementen 28 , 30 gelöst ist . Der mit dem Stellelement 18 und der Rückstelleinrichtung 44 verbundene Teil des Koppelgetriebes 22 (hier im Beispiel die Kniehebelanordnung 36 ) kann sich nun unabhängig von dem nach wie vor an das Betätigungselement der Schalteinheit 12 gekoppelten restlichen Teil des Koppelgetriebes 22 (unter anderem den Komponenten Welle 24 und erstem Hebelelement 28 ) bewegen . Getrieben von der Rückstellkraft des als Druckfeder 40 ausgebildeten Energiespeichers 42 der Rückstelleinrichtung 44 fährt das Stellelement 18 zurück in seine in Fig . 2 gezeigte Ausgangspositionen . Obwohl die Hauptschaltstrecke der Schalteinheit 12 noch geschlossen ist , ist die Hil fsschaltstrecke der Einschaltwiderstandsanordnung 14 schon wieder offen . Dies ist auch der Hauptunterschied zur Situation der Fig . 2 , wo Hauptschaltstrecke wie Hil fsschaltstrecke of fen sind . Es ergibt sich beim Einschaltvorgang des Hochspannungsleistungsschalters 10 in der Regel der folgende zeitliche Verlauf : wird der Einschaltvorgang gestartet , so schließt zunächst die Hil fsschaltstrecke der Einschaltwiderstandsanordnung 14 und dann erst die Hauptschaltstrecke der Schalteinheit 12 (Unterbrechereinheit ) . Anschließend wird als letzter Schritt des Einschaltvorgangs die Hil fsschaltstrecke wieder geöf fnet . Beim Ausschaltvorgang des Hochspannungsleistungsschalters 10 wird die Hauptschaltstrecke geöf fnet und die Verriegelungsstruktur 34 in einen Verriegelungs zustand verbracht , bei dem sie die beiden Hebelelemente 28 , 30 wieder koppelt . Bei diesem Ausschaltprozess wird der Hauptschaltstrecke in der Schalteinheit 12 die volle eingesetzte Aus- schaltenergie zuteil . Auch benötigte Ruhephasen bei aufeinander folgenden Schaltungen werden automatisch eingehalten .

Be zugs Zeichen :

10 Hochspannungs lei stungs schal ter

12 Schalteinheit

14 Einschaltwiderstandsanordnung 16 Koppeleinrichtung 18 Stellelement

20 Kapselungsgehäuse ( Schalteinheit )

22 Koppelgetriebe 24 Welle

26 Achse , erste

28 Hebelelement , erstes

30 Hebelelement , zweites

32 Achse , zweite

34 Verriegelungsstruktur 36 Kniehebelanordnung 38 Führung 40 Druckfeder 42 Energiespeicher 44 Rückstelleinrichtung 46 Auslösemechanismus

48 Auslöseanschlag

50 Auslösehebel

52 Achse 54 Pfeil

56 Pfeil

58 Rückstellelement