DE724716C

DE724716C - Hydraulic actuation device for multi-phase electrical switchgear

Info

Publication number: DE724716C
Application number: DES129496D
Authority: DE
Inventors: Paul Duffing
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1937-11-10
Filing date: 1937-11-11
Publication date: 1942-09-04

Description

Hydraulische Betätigungseinrichtung für mehrphasige elektrische Schaltgeräte Bei elektrischen Schaltgeräten, insbesondere für hohe Spannungen und große Leistungen, ist es für den Einschaltvorgang und besonders auch für den Ausschaltvorgang wichtig, daß bei mehrphasigen Anlagen die Ausschaltung an den einzelnen Phasen gleichzeitig oder in einer genau bestimmten zeitlichen Reihenfolge erfolgt. Man hat versucht, die Betätigung dieser Schaltgeräte durch Druckluft herbeizuführen, jedoch ist es im Hinblick auf die Elastizität des verwendeten Druckmittels sehr schwer, den gewünschten zeitlichen Zusammenhang der Schaltvorgänge an den einzelnen Phasen einigermaßen genau zu erreichen. Man hat es daher in den meisten Fällen vorgezogen, auch in Anlagen, in denen an sich eine Druckluftbetätigung für die Schalteinrichtungen vorgesehen ist, die Betätigungseinrichtung für die Schalteinrichtungen für alle Phasen gemeinsam auszuführen und die Übertragung der Schaltbewegung von der Betätigungseinrichtung auf die einzelnen Schaltelemente der einzelnen Phasen über mechanische Gestänge vorzunehmen. Bei dieser Ausführung ergeben sich jedoch im Hinblick auf die erforderliche Isolierung, insbesondere bei hohen Spannungen, gewisse Schwierigkeiten, zumal bei Ausführungen für hohe Spannungen, bei denen der räumliche Abstand zwischen den einzelnen Phasen sehr groß ist, das Gestänge sehr große Konstruktionsteile voraussetzt. Es ist an sich bekannt, zur Betätigung der einzelnen Schaltstifte eines Schaltgerätes Ölgestänge zu verwenden. Die Betätigung der Ölsäulen für alle Phasenschaltstifte soll hierbei mittels eines gemeinsamen Betätigungskolbens erfolgen. Werden bei dieser Bauart für die Kupplung der drei Schaltstifte in Reihe geschaltete Ölsäulen verwendet, so bilden die einzelnen Schaltstiftkolben Differentialkolben, so daß bei gleichen Abmessungen der Führungszylinder, der Kolben und der Schaltstifte ein gleichzeitiges Ein- und Ausschalten aller drei Pliasenschaltstifte nicht gewährleistet werden kann. Eine weitere Ausführungsform des bekannten Ölgestänges besteht in einer Kombination zwischen parallelen und in Reihe geschalteten Gestängen. Die Kupplung wird dabei mechanisch mittels einer Brücke' herbeigeführt. Eine parallele Betätigung dreier Schaltstifte mittels eines gemeinsamen Betätigungskolbens erscheint zwar möglich, jedoch ist eine zwangsweise Kupplung der einzelnen Schaltstifte während der Bewegung, d. h. die Erzielung einer gleichmäßigen Bewegung, bei der Verwendung eines einzigen Betätigungskolbens für die gemeinsame Betätigung nicht gesichert. Der gemeinsame Betätigungskolben fördert nämlich während der Bewegung ein bestimmtes konstantes Volumen, das zwar ausreicht, die drei Schaltstifte insgesamt in ihre Endlage zu bringen. Berücksichtigt man jedoch, daß das bekannte Ölgestänge mit veränderlichem Druck arbeitet und daß das Öl, wie es sich herausgestellt hat, kornpressibel ist, so ist die Reihenfolge der Bewegung den einzelnen Schaltstiftkolben je nach dem Widerstand völlig freigestellt.Hydraulic actuation device for multi-phase electrical switchgear With electrical switching devices, especially for high voltages and high powers, it is important for the switch-on process and especially for the switch-off process, that in multi-phase systems the disconnection of the individual phases at the same time or takes place in a precisely determined chronological order. One tried to bring about the actuation of these switching devices by compressed air, however, it is In view of the elasticity of the pressure medium used, it is very difficult to find the desired one Timing of the switching processes in the individual phases to some extent to achieve exactly. It was therefore preferred in most cases, even in systems in which a compressed air actuation is provided for the switching devices is, the actuating device for the switching devices common to all phases execute and the transmission of the switching movement from the actuating device on the individual switching elements of the individual phases via mechanical linkages to undertake. In this embodiment, however, arise with regard to the required Isolation, especially at high voltages, certain difficulties, especially at Versions for high voltages, where the spatial distance between the individual Phases is very large, the linkage requires very large structural parts. It is known per se for actuating the individual switching pins of a switching device Use oil linkage. The actuation of the oil columns for all phase switch pins should take place here by means of a common actuating piston. Will be at this Design used for coupling the three switching pins in series-connected oil columns, so the individual shift pin pistons form differential pistons, so that with the same Dimensions of the guide cylinder, the piston and the switch pins a simultaneous Switching all three plias switching pins on and off cannot be guaranteed. Another embodiment of the known oil linkage consists in a combination between parallel and series-connected rods. The clutch is doing this brought about mechanically by means of a bridge. A parallel actuation of three Switching pins by means of a common actuating piston seems possible, however, there is a forced coupling of the individual switching pins during the movement, d. H. the achievement of a smooth movement when using a single one Actuating piston not secured for common actuation. The common one Actuating piston promotes a certain constant during the movement Volume that is sufficient to move the three switch pins into their end positions bring. However, if one takes into account that the known oil linkage with variable Pressure works and that the oil, as it turned out, is grain-pressible, so is the sequence of movement of the individual switch pin piston depending on the Resistance completely free.

Demgegenüber zeichnet sich die Erfindung im wesentlichen dadurch aus, daß zur Übertragung der Bewegung auf jeden Schaltstift eine abgeschlossene Ölsäule, d. h. eine Ölsäule mit konstantem Fördervolumen mit je einem Betätigungskolben, dient und daß die einzelnen Betätigungskolben von gleicher Größe und untereinander mechanisch starr verbunden sind, so daß in allen drei Ölsäulen im störungsfreien Betrieb zu gleicher "Zeit gleiche Drücke herrschen. Hierdurch wird vor allein eine einwandfreie Kupplung gewährleistet, so daß sämtliche Schaltstifte sowohl beim Ein- als auch beim Ausschalten zugleich in die Endschaltstellung gelangen.In contrast, the invention is essentially characterized in that that a closed oil column to transmit the movement to each switching pin, d. H. an oil column with a constant delivery volume, each with an actuating piston, serves and that the individual actuating pistons are of the same size and with one another are mechanically rigidly connected, so that in all three oil columns in the trouble-free Operation at the same time, the same pressures prevail flawless coupling is guaranteed, so that all switching pins are and at the same time get into the limit switch position when switching off.

Die Betätigungseinrichtung kann als einfach wirkender öldruckkolben ausgeführt «-erden, der ton dem Drucköl entgegen der Wirkung eines Kraftspeichers, beispielsweise einer Feder, bewegt wird. Auf diese Weise kann der Einschaltvorgang durch die Feder, der Ausschaltvorgang durch das Drucköl herbeigeführt werden.The actuating device can be used as a single-acting oil pressure piston carried out «-erden, the tone of the pressure oil against the effect of an energy store, for example a spring, is moved. In this way, the power-up process The switch-off process can be brought about by the spring and the pressure oil.

Ein Ausführungsbeispiel ist in Fig. i dargestellt. Mit i ist hierbei ein Zvlinder bezeichnet, in dem ein Kolben durch das durch eine Druckleitung 3 zugeführte Drucköl entgegen der Wirkung einer Schraubenfeder bewegt wird, der über ein Hebelgestänge 5 auf den Schaltstift 6 eines Schalters arbeitet.An exemplary embodiment is shown in FIG. With i is here denotes a cylinder in which a piston is fed through a pressure line 3 Pressure oil is moved against the action of a helical spring, which is via a lever linkage 5 works on the switch pin 6 of a switch.

Eine andere Ausführungsforen ergibt sich, wenn die Einschaltung des Schalters durch Drucköl erfolgt, wobei der Schaltstift entgegen der Wirkung einer Ausschaltfeder durch Klinken in der Einschaltstellung verriegelt gehalten werden kann. Die Lösung der X'erklinkung kann hierbei mit besonderem @`orteil gleichfalls mit Hilfe eines besonderen Öldruckkolbens gesteuert werden. Ein Ausführung.-beispiel hierfür ist in Fig. 2 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform geht die Stange 6 des Kolbens a unmittelbar in den Schaltstift des Schalters über. Diese Stange ist hierbei mit einer Einkerbung j versehen, in die Klinken 8 eingreifen können. Diese Klinken sind ihrerseits mit einem weiteren Kolben g eines Öldruckzylinders io verbunden und werden durch eine Feder i i in Einschaltstellung gehalten. Durch den Öldruck wird die Klinke ausgeklinkt, so daß der Schaltvorgang erfolgen kann.Another execution forum arises when the involvement of the Switch is done by pressurized oil, the switch pin counteracting the action of a The switch-off spring can be kept locked in the switch-on position by means of pawls can. The solution of the X 'notch can also be used with a particular advantage can be controlled with the help of a special oil pressure piston. An execution example this is shown in FIG. In this embodiment, the rod 6 goes of the piston a directly into the switching pin of the switch. This rod is here provided with a notch j into which the pawls 8 can engage. These Pawls are in turn connected to a further piston g of an oil pressure cylinder io and are held in the on position by a spring i i. By the oil pressure the pawl is disengaged so that the switching process can take place.

Es ist vorteilhaft, die Betätigung mit Hilfe eines doppelt wirkenden Kolbens lierbeiztifi%liren, so daß sowohl die Einschaltbewegung wie auch die Ausschaltbewegung durch das Drucköl herbeigeführt werden. Es ist besonders wichtig, eine gute Abdichtung an der Austrittsstelle der Kolbenstange aus dein Zylinder vorzusehen. Hierzu kann mit besonderem Vorteil eine Abdichtung durch ein nachgiebiges Material, das mit einem vorgezogenen Ring zusammenarbeitet, ausgeführt werden.It is advantageous to have the actuation with the help of a double-acting Plunger lierbeiztifi% liren, so that both the switch-on movement and the switch-off movement brought about by the pressure oil. It is especially important to have a good seal to be provided at the exit point of the piston rod from your cylinder. Can do this with particular advantage a seal by a flexible material that with a preferred ring cooperates.

Ein Ausführungsbeispiel hierfür ist 111 Fig. 3 dargestellt. Hierbei sind an dein unteren Ende des Zvlinders konzentrisch zu der Kolbenstange zwei Ringe 13, beispielsweise aus ölfestem Gummi, z. B. Buna, angeordnet, die mit je einem Ring 1.4 und 15 für die beiden Endstellungen zusammenarbeiten, die ihrerseits an der Kolbenstange befestigt sind. Es wird hierbei also sowohl in vollständig ein -geschaltetem wie auch ausgeschaltetem Zu stand der entsprechende Metallring in den Gummiring hineingedrückt und dadurch eine besonders gute Abdichtung ermöglicht.An exemplary embodiment for this is shown in FIG. 3. Here there are two rings concentric to the piston rod at the lower end of the cylinder 13, for example made of oil-proof rubber, e.g. B. Buna, arranged each with one Ring 1.4 and 15 work together for the two end positions, which in turn at are attached to the piston rod. So here it is both in completely one -switched as well as off, the corresponding metal ring was in pressed in the rubber ring and thereby enables a particularly good seal.

Trotz guter Abdichtung wird eine vollständige Dichtheit bei derartigen Einrichtungen nur schwer zu erreichen sein, so daß eI.tmit gerechnet werden muß, daß durch die Ölverluste unter Umständen Ungleichmäßigkeiten in dein Schaltvorgang eintreten.Despite a good seal, complete tightness is achieved with such Facilities are difficult to reach, so that one must reckon with, that due to the oil losses, there may be irregularities in your switching process enter.

Dieser Nachteil wird gemäß der Erfindtuir dadurch vermieden, . daß wenigstens für die eine Bewegungsrichtung für jeden Kolben eine besondere Betätigungspumpe (Steuerpunihe) verwendet wird. Mit besonderem XTorteil können diese Betätigungspumpen nach Art eines Mehrfach-Differentialkolbens mechanisch miteinander verbunden werden.This disadvantage is avoided according to the invention. that A special actuating pump for each piston at least for one direction of movement (Tax rate) is used. With a special XTorteil can these Actuating pumps in the manner of a multiple differential piston mechanically with one another get connected.

Ein Ausführungsbeispiel für eine dreiphasige Anlage ist in Fig. 4 dargestellt. Zur Betätigung ist hierbei für jede Phase des Hochspannungsschalters ein räumlich von dem anderen getrennt wirkender Kolben verwendet, der über eine Kolbenstange 6 auf den entsprechenden Phasenschalter arbeitet. Die Eintrittsseite dieser Kolben ist durch getrennte Rohrleitungen 16, 17, i8 mit den entsprechenden Räumen i9, 20, 21 eines als ein Dreifach-Differentialkolben ausgebildeten Betätigungskolbens verbunden, dessen wirksame Flächen mit 12 bezeichnet sind. Die Rückleitung 22 ist für alle Zylinder gemeinsam ausgeführt. Hierbei werden die einzelnen Kolben in ihrer Ein- bzw. Ausschaltstellung durch den Öldruck dank der Verbindung mit dem Öldruckbehälter 26 gehalten. Um auch infolge etwaiger Leckverluste keine unbeabsichtigten Bewegungen zuzulassen, ist der Dreifachkolben an seinen Enden mit je einem Steuerkopf 24 versehen, der ein Ventil 25 öffnet, durch das aus dem öldruckbehälter 26 die Leckv erluste ersetzt werden, wodurch auch nach Beendigung des Schaltvorganges ein dauernder statischer Druck auf die jeweils beaufschlagte Seite des Kolbens ausgeübt wird, durch den der Kolben in seiner jeweiligen Stellung festgehalten wird.An exemplary embodiment for a three-phase system is shown in FIG. 4. For actuation, a piston acting spatially separate from the other is used for each phase of the high-voltage switch and operates via a piston rod 6 on the corresponding phase switch. The inlet side of these pistons is connected by separate pipes 16, 17, i8 to the corresponding spaces 19, 20, 21 of an actuating piston designed as a triple differential piston, the effective surfaces of which are denoted by 12. The return line 22 is designed to be common for all cylinders. The individual pistons are held in their on or off position by the oil pressure thanks to the connection with the oil pressure tank 26. In order not to allow any unintentional movements as a result of any leakage losses, the triple piston is provided at each end with a control head 24 which opens a valve 25 through which the leakage losses from the oil pressure tank 26 are replaced, whereby a permanent static even after the switching process has ended Pressure is exerted on the respectively acted upon side of the piston, by which the piston is held in its respective position.

Der Mehrfachkolben gewährleistet eine gleichzeitige Betätigung aller einzelnen Phasenkolben und hat' darüber hinaus noch den besonderen Vorteil, daß die Zuverlässigkeit der Abdichtung zwischen den einzelnen Kolben nicht für die Wirkungsweise ausschlaggebend ist. Außerdem ist die Zahl der Durchführungen von Kolbenstangen aus den Zylindergehäusen auf eine besonders geringe Zahl herabgesetzt. Durch Ausgleichsleitungen 27 ist dabei dafür gesorgt, daß in allen- Ölsäulen derselbe Druck herrscht. Der größte Teil des an den undichten Stellen austretenden Öls wird durch ein Leitungssystem 28 aufgefangen und in einen Behälter 29 geführt, von dem er durch eine intermittierend arbeitende Pumpe 30 von Zeit zu Zeit in den Hochdruckbehälter zurückgeführt wird. Durch das Leitungssystem 28 ist gleichzeitig eine Druckentlastung der jeweils nicht beaufschlagten Steite der Kolben sichergestellt, so daß auch eine durch etwaige Leckverluste bedingte Ölströmung die Kolben keinesfalls aus ihrer jeweiligen Lage herausbewegen kann. Es ist auch möglich, .die Rücklieferung des in dem Behälter 29 aufgefangenen Öls in den Hochdrückbehäiter 26 durch eine Kolbenbewegung zwangsläufig bei jederBetätigungdes Schalters durchzuführen, wodurch die Überwachung erübrigt wird und ebenso auch ein besonderer Antrieb für die Rückführung erspart ist. Die dauernde Nachlieferung des austretenden Öles hat hierbei noch den besonderen Vorteil, daß sie in gleicher Weise auf die Volumenänderungen ausgleichend wirkt, die temperaturabhängig eintreten. Es ist also auf diese Weise eine einfache Anordnung gegeben, die bei räumlicher Trennung der einzelnen Phasen unter Aufrechterhaltung der für hohe Spannungen erforderlichen Isolation eine gleichzeitige Betätigung der einzelnen Schaltelemente sichert.The multiple piston ensures a simultaneous actuation of all individual phase pistons and also has the particular advantage that the reliability of the seal between the individual pistons is not decisive for the mode of operation. In addition, the number of lead-throughs for piston rods from the cylinder housings is reduced to a particularly small number. Compensating lines 27 ensure that the pressure is the same in all oil columns. Most of the oil escaping at the leaks is caught by a line system 28 and fed into a container 29, from which it is returned from time to time to the high-pressure container by an intermittently operating pump 30. At the same time, the line system 28 ensures pressure relief of the respective non-pressurized side of the pistons, so that even an oil flow caused by possible leakage losses cannot move the pistons out of their respective positions. It is also possible to carry out the return of the oil collected in the container 29 to the high pressure container 26 by a piston movement every time the switch is actuated, which makes monitoring unnecessary and also saves a special drive for the return. The permanent replenishment of the escaping oil has the particular advantage that it acts in the same way to compensate for the changes in volume that occur as a function of the temperature. In this way, there is a simple arrangement which ensures simultaneous actuation of the individual switching elements with spatial separation of the individual phases while maintaining the isolation required for high voltages.

Mit besonderem Vorteil kann man den Öldruckkolben gleichzeitig als eine hydraulische Dämpfung zum Abbremsen der scharfen Stöße am Ende der Ein- und Ausschaltbewegung ausbilden, wie dies beispielsweise füreinender Schaltstifte in Fig. 5 gezeigt ist, in der mit r2 einer der drei gleich großen miteinander mechanisch verbundenen Betätigungskolben bezeichnet ist. Hierbei ist ein doppelt wirkender Kolben 2, der über eine Kolbenstange unmittelbar auf den Schaltstift 6 arbeitet, auf beiden Seiten mit Bohrungen 31 versehen, die eine Verbindung zwischen der Mantelfläche und der Stirnwand darstellen. Auf der Stirnseite sind diese Bohrungen durch Ventilplatten 32 abgedeckt,. die durch Federn 33 gegen die Stirnwand des Kolbens gedrückt werden. Der Zylinder i ist auf beiden Seiten über die Abzweigung der Zuführungsleitungen hinaus in Form von Stützen 34 verlängert, die gewissermaßen Dämpfungszylinder darstellen.It is particularly advantageous to design the oil pressure piston at the same time as hydraulic damping for braking the sharp jolts at the end of the switching on and off movement, as shown, for example, for one of the switching pins in FIG Actuating piston is designated. Here, a double-acting piston 2, which works directly on the switching pin 6 via a piston rod, is provided with bores 31 on both sides, which represent a connection between the outer surface and the end wall. On the front side, these bores are covered by valve plates 32. which are pressed by springs 33 against the end wall of the piston. The cylinder i is extended on both sides beyond the junction of the supply lines in the form of supports 34, which to a certain extent represent damping cylinders.

Die Abdichtung. des Kolbens gegenüber diesen Dämpfungszylindern ist nicht vollständig dicht ausgeführt, dichtende Kolbenringe 35 für die Abdichtung in dem Arbeitszylinder sitzen in der Mitte desselben, so daß eine seitliche Verdrängung des eingeschlossenen Öls möglich ist, wodurch eine sanfte Abbremsung der raschen Kolbenbewegung möglich is t.The waterproofing. of the piston is opposite to these damping cylinders not completely tight, sealing piston rings 35 for the seal in the working cylinder sit in the middle of the same, so that a lateral displacement of the enclosed oil is possible, whereby a gentle deceleration of the rapid Piston movement is possible.

Durch die Umgehungsleitungen 31 ist bereits die Möglichkeit gegeben, bei dem Beginn der Schaltbewegung die Bremswirkung auszuschalten, so daß eine normale Anfangsbeschleunigung erreichbar ist.The bypass lines 31 already make it possible to switch off the braking effect at the start of the switching movement, so that a normal initial acceleration can be achieved.

Die Anwendung des Erfindungsgedankens ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt.The application of the inventive concept is not to those shown Embodiments limited.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Hydraulic actuating device for multi-phase electrical switching devices in which oil rods are used to actuate the individual switching pins, characterized in that a closed oil column, i.e. an oil column with a constant delivery volume, each with an actuating piston (i2) is used to transfer the movement to each switching pin (6) , and that the individual actuating pistons (1z) are of the same size and mechanically rigidly connected to one another, so that the same pressures prevail at the same time in all three oil columns in trouble-free operation. Actuating device according to claim i, characterized in that the pistons lying on both sides of the oil column in each phase are designed with different cross-sections so that the piston system takes on the task of a transmission gear. 3. Actuating device according to claim i and 2, characterized in that the piston directly connected to the switching element is designed as a double-acting piston. d .. Actuating device according to claim 2 and 3, characterized in that the switching rod or the piston is held in the end positions by detents or pawls. . Actuating device according to Claim 4, characterized in that the pawls themselves can be controlled with the aid of a further oil pressure piston. 6. Actuating device according to claim i to 5, characterized by additional devices that bziv the Leckverlttste. Compensate for temperature-related changes in volume. 7. Actuating device according to claim 6, characterized in that collecting chambers are provided for the seeping oil at the main sealing points, which are connected by lines to a container. B., actuating device according to claim i to 7, characterized in that a special oil pressure vessel is provided which is connected to the respectively acted upon piston sides after the end of the piston travel, so that the pistons are securely held in their end position. 9. Actuating device according to claim 8, characterized in that the piston sides not acted upon is connected in the end position to the collecting container for the seeping oil (claim 7), whereby these sides are safely relieved of pressure. ok Actuating device according to Claim 9, characterized in that an oil pump is provided which, as soon as the oil level in the collecting container has reached a certain level, returns the OI to the high-pressure container. i i. Actuating device according to Claims 8 to 10, characterized in that the return is effected by an oil pump which is moved with each actuation of the switch. 1z. Actuating device according to Claims i to ii, characterized in that a common pump with a multiple differential piston is used as the control pump (actuating piston). 13. Actuating device for single- or multi-phase electrical switching devices according to claim i to 1a, characterized in that the driven liquid column itself forms a liquid cushion for braking the shock shortly before the end of the switching on and off. 1d .. Actuating device for single-phase or multi-phase electrical switching devices according to claims i to 13, characterized in that the parts of the working cylinder which are continued beyond the introductions of the oil lines are used as damping devices for braking the shock for switching on and off. 15. Actuating device according to claim 1d., Characterized in that the piston from the damping devices facing sides is provided with bores used as bypass lines, which in turn are controlled by '%' enti! E.