BR112016026349B1 - Sistema de detecção de um interruptor a vácuo, método para detectar uma perda de vácuo em um interruptor a vácuo, interruptor a vácuo e sistema - Google Patents

Abstract

SISTEMA DE DETECÇÃO DE UM INTERRUPTOR A VÁCUO, MÉTODO PARA DETECTAR UMA PERDA DE VÁCUO EM UM INTERRUPTOR A VÁCUO, INTERRUPTOR A VÁCUO E SISTEMA São divulgadas técnicas para a detecção de perda de vácuo em um interruptor a vácuo. Por exemplo, um sistema de detecção de um interruptor a vácuo inclui um sensor incluindo um material que se oxida na presença de ar e está, pelo menos parcialmente, posicionado em um espaço vazio de um interruptor a vácuo, o sensor estando configurado para produzir uma indicação da impedância do material e um sistema de controle acoplado ao sensor, o sistema de controle incluindo um processador eletrônico e um armazenamento eletrônico que armazena instruções que, quando executadas, fazem com que o processador eletrônico acesse uma indicação da impedância produzida pelo sensor, determine uma medida da impedância de material do sensor com base na indicação da impedância acessada e determine uma condição do espaço vazio com base na medida da impedância determinada.

Description

Campo técnico

[0001] Esta divulgação refere-se à detecção de perda de vácuo em um interruptor a vácuo.

Antecedentes

[0002] Um interruptor a vácuo pode ser utilizado para proteger sistemas elétricos a partir de condições de falha elétrica, as quais podem produzir alta corrente ou tensões temporárias prejudiciais. O interruptor a vácuo inclui um contato estacionário e um contato móvel, ambos os quais estão delimitados em um receptáculo dimensionado para reter um vácuo. O contato móvel se move em relação ao contato estacionário, movendo os contatos para dentro e para fora do contato elétrico um com o outro. Deste modo, o interruptor a vácuo pode interromper o fluxo de alta corrente ao sistema elétrico através da abertura dos contatos.

Sumário

[0003] Em um aspecto geral, um sistema de detecção de um interruptor a vácuo inclui um sensor incluindo um material que se oxida na presença de ar e está, pelo menos parcialmente, posicionado em um espaço vazio (“evacuated”) de um interruptor a vácuo, o sensor sendo configurado para produzir uma indicação da impedância do material, e um sistema de controle acoplado ao sensor, o sistema de controle incluindo um processador eletrônico e um armazenamento eletrônico que armazena instruções que, quando executadas, fazem com que o processador eletrônico acesse uma indicação da impedância produzida pelo sensor, determine uma medida da impedância do material do sensor com base na indicação acessada da impedância, e determine uma condição do espaço vazio com base na medida da impedância determinada.

[0004] Para determinar uma condição do espaço vazio, o processador pode determinar se uma pressão do espaço vazio foi melhorada com base na medida da impedância determinada.

[0005] A indicação da impedância e a determinação de uma medida da impedância do material com base na indicação da impedância acessada estão diretamente relacionadas com a detecção da perda de vácuo em um interruptor a vácuo.

[0006] As implementações podem incluir uma ou mais das seguintes características. A indicação da impedância pode incluir uma indicação de uma voltagem através do sensor ou uma corrente através do material, e a medida da impedância determinada pode incluir uma impedância do material.

[0007] O sensor pode incluir uma pluralidade de contatos que são mantidos um em contato físico com o outro, cada um da pluralidade de contatos incluindo o material que se oxida na presença de ar.

[0008] O sensor pode incluir um contato e uma ou mais de uma tampa extrema e uma blindagem do interruptor a vácuo.

[0009] Em algumas implementações, o armazenamento eletrônico também armazena uma segunda medida da impedância, uma diferença de limite, e instruções que, quando executadas, fazem com que o processador eletrônico compare a medida da impedância determinada com a segunda medida da impedância para determinar uma diferença na impedância, e se a diferença determinada for igual a ou maior do que a diferença limite, gerar um sinal que seja suficiente para prover informações para submeter a um mecanismo de ligação que inclui o interruptor a vácuo fora de serviço. A segunda medida da impedância pode ser uma medida da impedância determinada com base em uma medida acessada de impedância obtida a partir do sensor em um momento anterior.

[0010] O armazenamento eletrônico pode armazenar adicionalmente uma medida da impedância limite e instruções que, quando executadas, fazem com que o processador eletrônico compare a medida da impedância determinada com a medida da impedância limite, e se a medida da impedância determinada for igual a ou maior do que a impedância limite, gerar um sinal que seja suficiente para prover informações para submeter a um mecanismo de ligação que inclui o interruptor a vácuo fora de serviço.

[0011] Em outro aspecto geral, um método para detectar uma perda de vácuo em um interruptor a vácuo inclui a medição de uma indicação da impedância de um material que se oxida na presença de ar e é delimitado em um espaço vazio que é interno a um interruptor a vácuo, determinar, com base na indicação da impedância medida do material, uma indicação da pressão do espaço vazio, e gerar um sinal com base na indicação de pressão determinada.

[0012] Implementações podem incluir uma ou mais das seguintes características. A indicação da impedância medida pode incluir uma temperatura do material. A indicação da impedância medida pode ser uma ou mais de uma tensão, uma corrente, uma condutividade, e uma resistividade.

[0013] O método também pode incluir a medição de uma segunda indicação da impedância do material que se oxida em ar, comparando a indicação da impedância medida com a segunda indicação da impedância medida para determinar uma diferença entre a segunda indicação da impedância medida e a indicação da impedância medida, comparando a grandeza da diferença a um valor de limite e, quando a grandeza da diferença for igual a ou exceder o limite, gerar um sinal que seja suficiente para prover informações para submeter a um mecanismo de ligação que inclui o interruptor a vácuo fora de serviço.

[0014] O interruptor a vácuo pode incluir contatos principais que se abrem para impedir o fluxo de corrente através do interruptor a vácuo e se fecham para permitir que a corrente flua através do interruptor a vácuo, e o material que se oxida ao ar pode ser separado e distinto dos contatos principais.

[0015] O interruptor a vácuo pode incluir contatos principais que se abrem para impedir o fluxo de corrente através do interruptor a vácuo e se fecham para permitir que a corrente flua através do interruptor a vácuo, a indicação da impedância pode incluir a temperatura, e o material que se oxida ao ar pode incluir uma porção dos contatos principais.

[0016] Em outro aspecto geral, um interruptor a vácuo inclui um contato estacionário, um contato móvel configurado para se mover em relação ao contato estacionário entre uma posição aberta e uma posição fechada, o contato estacionário e o contato móvel sendo separados na posição aberta e estando em contato na posição fechada, um receptáculo que envolve o contato móvel e o contato estacionário em um espaço vazio, e um sensor configurado para produzir uma indicação da impedância de uma região no espaço vazio.

[0017] As implementações podem incluir uma ou mais das seguintes características. O sensor pode incluir um material que se oxida na presença de ar e é configurado para produzir uma indicação da impedância do material. O sensor pode ser configurado para produzir a indicação da impedância em uma ou mais das posições aberta e fechada. O sensor pode ser configurado para se comunicar com um controlador. A indicação da impedância pode ser uma ou mais de uma quantidade de corrente passando através do sensor, uma tensão através do sensor, uma condutividade do sensor, uma impedância do sensor, uma temperatura do sensor e uma temperatura de uma região próxima do sensor ou interruptor a vácuo.

[0018] Em algumas implementações, o sensor inclui contatos que estão fisicamente separados um do outro por uma distância, os contatos de sensor sendo separados e distintos do contato móvel e do contato estacionário, e a indicação da impedância de uma região no espaço vazio inclui uma tensão através dos contatos de sensor. O receptáculo do interruptor a vácuo pode incluir uma ou mais tampas extremas e uma blindagem e um dos contatos do sensor pode ser uma das tampas extremas ou a blindagem. A indicação da impedância pode incluir uma tensão de ruptura do espaço vazio.

[0019] Em outro aspecto geral, um sistema inclui um interruptor a vácuo e um sistema de controle. O interruptor a vácuo inclui um contato estacionário, um contato móvel configurado para se mover em relação ao contato estacionário entre uma posição aberta e uma posição fechada, o contato estacionário e o contato móvel sendo separados na posição aberta e estando em contato, na posição fechada, um receptáculo que envolve o contato móvel e o contato estacionário em um espaço vazio e um sensor configurado para produzir uma indicação da impedância de uma região que está no espaço vazio. O sistema de controle é acoplado ao sensor e configurado para receber dados a partir de e para fornecer dados ao sensor, o sistema de controle, incluindo um processador eletrônico e um armazenamento eletrônico que armazena instruções que, quando executadas, fazem com que o processador eletrônico acesse a indicação da impedância da região que está no espaço vazio e determine uma condição do espaço vazio com base na indicação acessada da impedância.

[0020] As implementações podem incluir uma ou mais das seguintes características. O sensor pode estar no espaço vazio. O sensor pode incluir um sensor térmico. O sistema também pode incluir um isolante que envolve, pelo menos parcialmente, o receptáculo e o sensor, que é configurado para medir uma temperatura pode estar posicionado no isolador e do lado de fora do espaço vazio. As implementações de qualquer uma das técnicas acima descritas podem incluir um dispositivo de mecanismos de ligação, um interruptor a vácuo, um sistema de detecção de vácuo, um sensor de um interruptor a vácuo, um controlador configurado para ser acoplado a um interruptor a vácuo, instruções armazenadas em um meio legível por computador não transitório, e/ou um método. Os detalhes de uma ou mais implementações estão estabelecidos nos desenhos anexos e na descrição abaixo. Outras características serão evidentes a partir da descrição e dos desenhos, e a partir das reivindicações.

Descrição dos desenhos

[0021] A Figura 1A é um diagrama de blocos de um sistema exemplificativo que inclui um sistema de detecção de vácuo e um interruptor a vácuo em uma posição aberta;

[0022] A Figura 1B é um diagrama de blocos do sistema da Figura 1A com o interruptor a vácuo em uma posição fechada;

[0023] A Figura 2 é um gráfico exemplificativo de uma relação entre a tensão e a pressão de falha;

[0024] A Figura 3 é uma vista em corte lateral transversal de outro interruptor a vácuo e um sistema de detecção de vácuo exemplificativos;

[0025] As Figuras de 4-10 são vistas em corte lateral transversal parcial de elementos sensores exemplificativos instalados em um interruptor a vácuo;

[0026] A Figura 11 é uma vista em corte transversal de um elemento sensor exemplificativo instalado em um isolamento de um interruptor a vácuo; e

[0027] A Figura 12 é um gradiente térmico exemplificativo da elevação da temperatura em função da corrente fluindo através de um dispositivo de mecanismo de ligação.

[0028] Os números de referência semelhantes indicam elementos semelhantes.

Descrição detalhada

[0029] As Figuras 1A e 1B são diagramas de blocos de um sistema 101 que inclui um interruptor a vácuo 100 e um sistema de detecção de vácuo 131. O interruptor a vácuo 100 inclui um receptáculo 102 que é concebido para manter uma vedação a vácuo em relação aos componentes nele confinados. O ar é removido do receptáculo 102, deixando um espaço vazio 104. Para o interruptor a vácuo 100 funcionar de forma mais eficiente, a pressão do espaço vazio 104 deve ser tão baixa quanto possível para manter um vácuo ou condição próxima ao vácuo no receptáculo 102. Conforme discutido em mais detalhe abaixo, o sistema de detecção de vácuo 131 monitora uma condição do espaço vazio 104 para detectar uma perda deste vácuo ou estado próximo ao vácuo. Em outras palavras, o sistema de detecção de vácuo 131 monitora o espaço vazio 104 para um aumento da pressão em uma maneira indireta. Por exemplo, o sistema de detecção de vácuo 131 pode medir a corrente, a tensão, a resistividade, a impedância, a continuidade e/ou temperatura para obter uma indicação indireta de uma alteração na pressão no receptáculo 102.

[0030] O receptáculo 102 inclui um contato móvel 110 e um contato estacionário 114, os quais estão, respectivamente, conectados a uma haste móvel 112 e uma haste estacionária 116. A haste móvel 112 é operável para mover o contato móvel 110 em relação ao contato estacionário 114 e a haste estacionária 116, permitindo ou evitando assim, o fluxo de corrente através do interruptor a vácuo 100. Quando o interruptor a vácuo 100 está em uma posição aberta (Figura 1A), os contatos 110, 114 são separados por uma distancia 117. Quando o interruptor a vácuo 100 está em uma posição fechada (Figura 1B), os contatos 110, 114 fazem contato físico e fluxos de corrente (I) através do interruptor a vácuo 100.

[0031] O receptáculo 102 inclui adicionalmente um isolador elétrico 120 e tampas extremas 122, 124 que vedam o isolador 120. O isolador 120 pode ser, por exemplo, uma cerâmica, ou um material dielétrico e as tampas extremas 122, 124 podem ser soldadas a uma superfície metalizada do isolador 120. Um fole flexível 126 estende-se a partir da tampa extrema 122 para dentro do receptáculo 102 e permite que a haste móvel 112 se mova através da tampa extrema 122 sem o receptáculo 102 perder a vedação a vácuo.

[0032] O receptáculo 102 inclui, adicionalmente, uma blindagem central 128 que ajuda a conter arcos que podem se formar entre os contatos 110, 114 quando o interruptor a vácuo 100 está na posição aberta. Uma blindagem 129 protege o fole 126 e o sensor 130 dos arcos. No exemplo mostrado, a blindagem 129 estende-se radialmente a partir de um eixo geométrico longitudinal 103 do interruptor a vácuo 100 e é posicionada entre o sensor 130 e os contatos 110, 114.

[0033] Durante a operação do interruptor a vácuo 100, a pressão do espaço vazio 104 deve ser mantida a uma pressão que é suficientemente baixa, de modo que o espaço vazio 104 proporcione o isolamento elétrico para ajudar a prevenir e extinguir arcos entre os contatos 110, 114 quando eles estão na posição aberta. Por exemplo, a pressão do espaço vazio 104 pode estar em uma pressão que tem uma elevada tensão de resistência (ou alta tensão de ruptura). A tensão de ruptura é a tensão necessária para iniciar uma descarga ou arco entre os eletrodos. Para prover tal isolamento, a pressão do espaço vazio 104 pode ser, por exemplo, na ordem de 10-8 atmosferas, ou 10-5 Torr. Se a pressão do espaço vazio 104 aumentar, a tensão de ruptura pode diminuir, fazendo com que a formação de arco entre os contatos 110, 114 mais difícil para extinguir e degradando o desempenho do interruptor a vácuo 100. Por exemplo, as implementações nas quais a distância 117 é 10 milímetros (mm), quando a pressão do espaço vazio 104 atinge cerca de 2,7xl0-4 atmosferas (cerca de 0,20 Torr), a tensão de ruptura do espaço vazio 104 pode ser diminuída até ao ponto onde o desempenho do interruptor a vácuo 100 começa a se degradar. Assim, se a pressão do espaço vazio 104 aumenta, por exemplo, devido a um vazamento do receptáculo 102 que permite que o ar e/ou outros fluidos escoem para dentro do receptáculo 102, o interruptor a vácuo 100 pode funcionar incorretamente ou tornar-se inoperacional.

[0034] O sistema de detecção de vácuo 131 monitora a condição do espaço vazio 104 de modo que o interruptor a vácuo 100 seja monitorado para a sua operação compatível no campo. O sistema de detecção de vácuo 131 pode ser utilizado para monitorar a condição do espaço vazio 104 enquanto o interruptor a vácuo 100 está em operação, independentemente se o interruptor 100 está em uma posição aberta (Figura 1A) ou posição fechada (Figura 1B). Adicionalmente, o sistema de detecção de vácuo 131 permite que a condição do espaço vazio 104 do receptáculo 102 seja monitorada remotamente e em, em uma base contínua, separada, ou sob demanda.

[0035] O sistema de detecção de vácuo 131 inclui um sensor 130 que mede uma indicação da impedância de uma região dentro do receptáculo 102. A indicação da impedância ou de uma alteração no valor da indicação da impedância pode ser utilizada para detectar uma perda parcial ou completa do vácuo no receptáculo 102, ou um aumento na pressão do espaço vazio 104. A região dentro do receptáculo 102 pode ser o próprio sensor 130 e/ou uma região próxima do sensor 130. O sensor 130 pode medir, por exemplo, uma corrente passando através do sensor 130, uma voltagem atravessando o sensor 130, uma resistência e/ou continuidade do sensor 130, uma impedância do sensor 130, uma impedância de alta frequência do sensor 130 e/ou uma temperatura de um componente próximo do interruptor a vácuo 100.

[0036] Por exemplo, o sensor 130 pode incluir um elemento de detecção com um material que oxida na presença de ar que entra no receptáculo 102 durante um vazamento. A oxidação faz com que a resistência do material incluído no sensor 130 aumente, alterando assim o valor da indicação da impedância (por exemplo, corrente e tensão) produzido pelo sensor 130. Deste modo, a indicação das alterações da impedância como um resultado do vazamento, permitindo que o sensor 130 monitore a condição do espaço vazio 104.

[0037] A indicação da impedância provida pelo sensor 130 pode ser utilizada para detectar pequenas alterações de pressão no receptáculo 102 que conduzem à perda do espaço vazio 104. As propriedades de interrupção e isolamento do espaço vazio 104 são determinadas pela lei de Paschen, que é expressa na Equação (1): V=(a*pd)/[ln(pd)+b] (1) onde V é a tensão de ruptura em volts, a e b são constantes para gases específicos, e pd é o produto de períodos de pressão (em atmosferas) o comprimento da distância dos eletrodos em metros. A tensão de ruptura é a tensão necessária para iniciar uma descarga ou arco entre os eletrodos. No contexto de um interruptor a vácuo, a distância dos eletrodos pode ser o espaçamento entre o contato móvel e o contato estacionário (tal como a distância 117 entre os contatos 110, 114 da Figura 1A), ou entre quaisquer outros dois potenciais.

[0038] Com referência também à Figura 2, é mostrado um exemplo de uma curva de Paschen 200 ideal, que ilustra a relação entre a tensão de ruptura e a pressão para eletrodos com uma distância entre os eletrodos de 10 mm no ar. À pressão padrão (uma atmosfera), a 1 cm de distância entre os eletrodos, com eletrodos em forma esférica e sem intensificação de campo tendo uma tensão de ruptura de aproximadamente 50 quilovolts (kV). Se a pressão do ar é aumentada para dois ambientes, a tensão de ruptura aumenta para cerca de l00kV. Se a pressão é reduzida para metade de uma atmosfera, a tensão de ruptura diminui para apenas inferior a 30kV. A tensão de ruptura continua a diminuir com a diminuição da pressão até ao mínimo de Paschen 205, a qual é a tensão de ruptura mínima sendo alcançada para a faixa de pressões mostrada na curva 200. Para o exemplo mostrado na Figura 2, o mínimo de Paschen 205 ocorre em torno de um nível de vácuo (pressão) de cerca de 7,5 x l0-4 atmosferas (cerca de 0,57 Torr). A tensão de ruptura, no mínimo de Paschen 205 é de cerca de 0,3kV. Continuando a puxar um nível de vácuo profundo mais intenso do que o mínimo de Paschen 205 (que puxa um vácuo a uma pressão mais baixa) resulta em um aumento na tensão de ruptura. Conforme acima discutido, os interruptores a vácuo operam afastados para a esquerda do mínimo de Paschen, na faixa de 10-8 atmosfera, ou 10-5 Torr, onde a emissão de campo e outros aspectos determinam a intensidade de ruptura. A pressão nesta faixa é referida como a pressão de funcionamento profunda.

[0039] Referindo-se novamente às Figuras 1A e 1B, se o receptáculo 102 vaza, a pressão no receptáculo 102 aumenta, aproximando-se e passando através do mínimo de Paschen para o interruptor a vácuo 100 enquanto vaza à pressão atmosférica. Esta perda de vácuo no receptáculo 102 (o aumento na pressão do espaço vazio 104 a partir da pressão operacional profunda a pressões próximas ou acima do mínimo de Paschen) pode causar falha do interruptor a vácuo 100, independentemente se os contatos 110, 114 estão abertos ou fechados. Por exemplo, se os contatos 110, 114 estão abertos quando o vácuo no receptáculo 102 é perdido, ou estão abertos após o vácuo no receptáculo 102 é perdido, um arco pode formar-se entre os contatos 110, 114. Adicionalmente, quando a receptáculo 102 vaza, o oxigênio flui para dentro do receptáculo 102 e pode causar oxidação dos contatos 110, 114 e um correspondente aumento na resistência de contato e na produção de calor adicional quando conduzindo a corrente. Assim, o vazamento do receptáculo 102 pode levar a uma condição de vazamento térmico e/ou uma perda de tensão e isolamento de corrente através dos contatos abertos 110, 114.

[0040] Pode ser um desafio detectar a perda de vácuo no receptáculo 102 de forma mecânica. Por exemplo, um manômetro de vácuo mecânico pode não ser suficientemente preciso para detectar a perda de vácuo no receptáculo 102 (ou o aumento da pressão do espaço vazio 104) quando o interruptor a vácuo 100 está em uso. Um manômetro de vácuo mecânico anexado ao interruptor a vácuo 100 com o espaço vazio 104 tem um nível de vácuo de 3x10-8 atmosferas, ou 2x10-5 Torr, podendo ler - 101,33 quilopascal (kPa), (-14,696 psi) em relação à pressão padrão. Nesta pressão operacional intensa, o interruptor a vácuo 100 funciona corretamente. No e próximo do mínimo de Paschen, o nível de vácuo não é suficiente para proporcionar boas propriedades elétricas do interruptor a vácuo, mas, devido à tensão de ruptura mudando de forma rápida em relação às alterações de pressão próxima do mínimo de Paschen, o nível do vácuo lido a partir de um medidor mecânico no ou próximo do mínimo de Paschen, pode ser quase indistinguível daquele da pressão operacional profunda. Por exemplo, um manômetro de vácuo mecânico lendo uma pressão no mínimo de Paschen, que pode ser de cerca de 7,5xl0-4 atmosferas, ou 0,57 Torr, poderia ler -101,25 kPa (-14,685 psi). O desempenho da tensão de resistência pode ser afetado em pressões que estão próximas do mínimo de Paschen, por exemplo, em torno de 2,7xl0-4 atmosferas, ou 0,21 Torr. Neste nível, um medidor mecânico poderia ler -101,30 kPa (-14,692 psi). Dado outra variabilidade no sistema que pode ocorrer durante a operação, ela pode ser um desafio para diferenciar as leituras de pressão a partir do medidor mecânico no ou próximo do mínimo de Paschen a partir da pressão operacional profunda. Assim, o manômetro de vácuo mecânico pode não conseguir detectar a perda de vácuo no receptáculo 102 (o aumento na pressão do espaço vazio 104).

[0041] Também pode ser difícil detectar a perda de vácuo com uma medição de capacitância. A capacitância é proporcional à constante dielétrica. A constante dielétrica para um vácuo ideal é 1, por definição. Já que o ar na temperatura e pressão padrão a constante dielétrica é cerca de 1,0006. A capacidade de diferenciar entre os valores próximos pode ser difícil sob condições de operação uma vez que, por exemplo, outras variações do sistema podem ocorrer durante a operação do interruptor a vácuo 100.

[0042] No entanto, pequenas alterações na pressão podem causar grandes alterações na indicação da impedância medida pelo sensor 130, e o sistema de detecção de vácuo 131 pode, consequentemente, detectar pequenas alterações na pressão do espaço vazio 104 através das alterações na impedância.

[0043] O sensor 130 do sistema de detecção de vácuo 131 fornece um sinal que está relacionado com a impedância de uma região no interruptor a vácuo 100 para o controlador 140. O controlador 140 comunica-se com o sensor 130 através de uma interface 146. A interface 146 pode incluir fios, cabos eletricamente condutivos, ou qualquer outra conexão. O controlador 140 pode incluir um processador eletrônico 136, um armazenamento eletrônico 137 e um transceptor 138. O armazenamento eletrônico 137 armazena instruções, possivelmente na forma de um programa de computador que, quando executadas, fazem com que o processador eletrônico 136 processe o sinal para determinar uma condição do espaço vazio 104. Por exemplo, o sinal pode ser processado para determinar a impedância do sensor 130 e para comparar essa impedância a uma impedância anterior para detectar se a impedância alterou. Um aumento na impedância do sensor pode indicar que o receptáculo 102 perdeu vácuo (a pressão do espaço vazio 104 aumentou).

[0044] O transceptor 138 fornece uma indicação da condição do espaço vazio 104 para um receptor ou processador que está localizado afastado do interruptor a vácuo 100, por exemplo, em outra parte de um sistema de alimentação (não mostrado) que inclui o interruptor a vácuo 100 ou na estação de um operador (não mostrada). Quando a indicação da condição do espaço 104 mostra que a pressão do espaço 104 foi aumentada além de uma separação limite, o transceptor 138 pode proporcionar um sinal, por exemplo, na estação do operador que seja suficiente para remover o interruptor a vácuo 100, ou um mecanismo de comutação que inclui o interruptor a vácuo 100, a partir do serviço. O controlador 140 inclui, ou é alimentado, por uma fonte de energia 139 que fornece energia para o controlador 140, independentemente de os contatos 110, 114 estão na posição aberta ou fechada. O controlador 140 pode também incluir dispositivos para excitar ou caracterizar o sensor 130, tal como uma fonte de corrente constante e/ou um medidor de tensão.

[0045] A Figura 3 mostra uma implementação exemplificativa de um dispositivo de mecanismos de ligação 301 com um sistema de detecção de vácuo 331. O dispositivo de mecanismos de ligação 301 inclui um interruptor a vácuo 300 com um contato móvel 310 que se move em relação a um contato estacionário 314. O interruptor a vácuo 300 é aberto e fechado através do movimento do contato móvel 310 através de uma haste de acionamento 312 através de um mecanismo (não mostrado). O interruptor a vácuo 300 é mostrado na posição aberta, com o contato móvel 310 e o contato estacionário 314 separados por uma distância 317.

[0046] O interruptor a vácuo 300 inclui um receptáculo 302 que confina os contatos 310, 314 e é concebido para manter uma vedação a vácuo. O ar é removido do receptáculo 302, deixando um espaço vazio 304. Depois que o ar é retirado, a pressão do espaço vazio 304 pode ser, por exemplo, da ordem de 10-8 atmosferas, ou 10-5 Torr. O receptáculo 302 inclui um isolador elétrico 320 e tampas extremas 322, 324. O interruptor a vácuo 300 inclui, adicionalmente, uma blindagem 329 que se estende radialmente para fora a partir do eixo geométrico longitudinal do interruptor a vácuo e está entre os contatos 310, 314 e o sensor 330. A blindagem 329 protege o sensor 330 a partir da formação de arco que pode ocorrer entre os contatos 310, 314.

[0047] O sistema de detecção de vácuo 331 inclui um sensor 330 e um controlador 340, que é externo ao interruptor a vácuo 300. O controlador 340 inclui um processador eletrônico 336, um armazenamento eletrônico 337 e um transceptor sem fios 338. O fluxo de corrente através do interruptor a vácuo 300 pode ser através de um condutor 342 que está conectado ao interruptor a vácuo 300 por um condutor flexível 344, ou outras trocas de correntes como são conhecidas na técnica.

[0048] O sensor 330 mede uma impedância, ou fornece uma indicação de impedância e é montado no interior do interruptor a vácuo 300. O sensor 330 produz um sinal que inclui valores ou dados representando a impedância medida e fornece o sinal para o controlador 340. O processador eletrônico 336 do controlador 340 analisa o sinal para determinar a condição do espaço vazio 304.

[0049] O sensor 330 pode receber dados a partir de e fornecer dados, incluindo o sinal, ao controlador 340 através dos condutores 346. Um ou mais condutores 346 podem passar através de uma passagem isolada eletricamente 348 em uma parede do receptáculo 302. A passagem isolada 348 é formada para se encaixar em uma abertura na parede do receptáculo 302 e para vedar a abertura. A passagem isolada 348 recebe e prende pelo menos um dos condutores 346. A passagem isolada 348 prende os condutores 346, permitindo que os condutores 346 possam passar através do receptáculo 302 (através da tampa extrema 322, no exemplo da Figura 3) enquanto mantem a vedação do vácuo do receptáculo 302. Mais do que um condutor 346 pode passar através de uma ou mais da passagem 348.

[0050] O controlador 340 e os seus componentes, incluindo o processador eletrônico 336, podem ser alimentados pelo fluxo de corrente que flui através do interruptor a vácuo 300 quando os contatos 310, 314 estão fechados via um transformador de corrente 352 que está posicionado em torno do percurso da corrente. Alternativamente, o processador eletrônico 336 pode ser alimentado por um divisor de tensão 350 que inclui resistor 1 e resistor 2. O valor do resistor 1 é maior comparado ao resistor 2. Por exemplo, o resistor 1 pode ser da ordem de 100 MegaOhms (MQ), comparado ao resistor 2 que pode ser da ordem de 100 kQ. Tanto o resistor 1 ou resistor 2, ou ambos resistor 1 e resistor 2, podem ser montados no interior da haste de acionamento 312, conforme mostrado na Patente US N° 7.473.863, que é aqui incorporada por referência na sua totalidade. O divisor de tensão 350 fornece energia para o controlador 340 mesmo quando os contatos 310, 314 estão abertos. Ao utilizar uma combinação destas técnicas de energização a energia para o controlador 340 pode ser mantida se os contatos 310, 314 estiverem abertos ou fechados. Portanto, o estado ou condição do espaço vazio 304 pode ser monitorado independentemente se os contatos 310, 314 estão abertos ou fechados.

[0051] Deve ser também entendido que embora o processador eletrônico 336 seja mostrado alimentado pelo transformador de corrente 352 e o divisor de tensão 350, o processador eletrônico 336 pode também ser alimentado por apenas um deles. Alternativamente, um divisor de tensão também poderia estar a partir da extremidade móvel 311 para uma extremidade estacionária 313 do interruptor a vácuo 300 para fornecer energia quando os contatos 310, 314 estivem abertos, mas a extremidade estacionária 313 estando energizada. Outras técnicas de captação de energia são também possíveis, e qualquer uma destas pode ser utilizada ao contrário de, ou em adição, aos exemplos acima mencionados. Por exemplo, uma bateria poderia também, ou alternativamente, ser utilizada para fornecer energia para o controlador 340.

[0052] Na implementação representada na Figura 3, o processador eletrônico 336 está em alta tensão, próxima da tensão de uma extremidade móvel 311 do interruptor a vácuo 300, e o estado do espaço vazio 304 é transmitido sem fios pelo receptor sem fios 338 para um receptor (não representado) montado em outro lugar no mecanismo de comutação ou sistema de alimentação (não mostrado). A transmissão sem fios pode ser por luz visível ou invisível, por exemplo, através de um diodo emissor de luz, ou pode ser através de outros métodos de transmissão sem fios, por exemplo, protocolos de Ethernet sem fios, protocolo de comunicações sem fios Bluetooth, protocolos de frequência de rádio fixa e/ou protocolos de rádio de dispersão de espectro. Outros métodos de comunicação podem ser também utilizados.

[0053] A Figura 4 é uma vista em corte transversal lateral parcial de um sensor exemplificativo 430 instalado em um interruptor a vácuo 400. O interruptor a vácuo 400 é semelhante ao interruptor a vácuo 300, e o sensor 430 pode ser utilizado como o sensor 330. Assim, o interruptor a vácuo 400 é descrito com referência à Figura 3.

[0054] Na implementação mostrada na Figura 4, o sensor 430 é um filamento de sensoriamento colocado no interior do receptáculo 302. O filamento 430 está conectado ao controlador 340 (não mostrado) através de condutores 446, um dos quais passa através de uma passagem eletricamente isolada 448 que está posicionada em uma parede do receptáculo 302. A passagem isolada 448 permite que os condutores 446 passem através de uma parede do receptáculo 302, sem interromper a vedação do vácuo do receptáculo 302.

[0055] O filamento 430 pode ser um arame ou uma fita metálica, por exemplo, tungstênio ou zircônio, o qual altera a resistividade (e, portanto, a resistência), de forma significativa dependendo se o metal está puro ou oxidado, tanto por meio de oxidação da superfície ou através da oxidação da maior parte, ou uma combinação das mesmas. Por exemplo, a resistividade elétrica de zircônio puro é 4x10-5 ohm.cm, mas uma vez oxidado, a resistividade é de cerca de 107 ohm.cm, mais de dez ordens de grandeza maior.

[0056] Quando um pequeno vazamento ocorre no receptáculo 302, mesmo quando a pressão no receptáculo 302 está próxima do mínimo de Paschen, o ar vaza dentro do receptáculo 302, oxidando o filamento 430. A resistência do filamento 430 aumenta conforme um resultado da oxidação e este aumento na resistência é mensurável pelo controlador 340. O controlador 340 pode medir a resistência do filamento 430, por exemplo, passando uma corrente de uma quantidade conhecida através do filamento 430 e medindo a tensão através do filamento 430 que ocorre devido à corrente. Neste exemplo, para determinar uma indicação da impedância, o processador eletrônico 336 divide a tensão medida pela corrente conhecida para determinar a resistência do filamento 430. O controlador 340 pode medir a resistência do filamento em qualquer outra maneira conhecida.

[0057] Adicionalmente, a microestrutura do filamento 430 pode também ser ajustada através da porosidade, a manipulação de limite da granulação, ou rugosidade superficial para melhorar e/ou aumentar a área de superfície efetiva disponível para a interação com o agente oxidante mediante uma condição de vazamento de vácuo. Ao aumentar a área de superfície efetiva do filamento 430, a alteração na resistência pode ocorrer mais rapidamente, permitindo a alteração na resistência (e, portanto, o aumento na pressão no receptáculo 302) para também ser medido de forma mais rápida. Em algumas implementações, dependendo da perda de vácuo e a quantidade de corrente fluindo através do filamento 430, o filamento 430 pode fundir-se, resultando em uma resistência quase infinita.

[0058] A Figura 5 mostra um sensor exemplificativo 530 instalado em um interruptor a vácuo 500. O interruptor a vácuo 500 é semelhante ao interruptor a vácuo 300, exceto para detalhes sobre o sensor 530. Assim, o interruptor a vácuo 500 é descrito com referência adicional à Figura 3. O sensor 530 pode ser utilizado como o sensor 330.

[0059] O sensor 530 inclui um par de contatos 554, 556 que são colocados no interior do receptáculo 302. Os contatos 554, 556 podem ser feitos de, por exemplo, uma liga de cobre, ou uma liga de tungstênio ou zircônio. Os contatos 554, 556 não são os contatos primários de interrupção 310, 314 e o par de contatos 554, 556 está sempre fechado (um em contato físico com o outro). Os contatos 554, 556 não são, por exemplo, soldados juntos e podem ser separados se um fole, ou outros meios de acionamento, forem concebidos dentro do interruptor 500. No entanto, os contatos 554, 556 são destinados para serem mantidos fechados e em contato físico um com o outro. Uma pequena mola (não mostrada) pode ser utilizada para aplicar uma pressão de contato aos contatos 554, 556 para manter o contato físico entre o contato 554 e o contato 556.

[0060] Se o receptáculo 302 vaza, o oxigênio entra no receptáculo e a pressão no receptáculo 302 aumenta. Os contatos 554, 556 se oxidam na presença do oxigênio levando a um aumento na resistência de contato entre os contatos 554, 556. Deste modo, um aumento na resistência de contato fornece uma indicação do estado ou condição do espaço vazio 304. Para testar um aumento na resistência de contato o controlador 340 (Figura 3) pode enviar uma pequena quantidade de corrente através dos contatos 554, 556 de forma contínua em um intervalo temporário conhecido ou em resposta a intervenção do operador. Se um vazamento ocorre no receptáculo 302, mesmo um pequeno vazamento, a resistência de contato entre os contatos 554, 556 aumenta conforme um resultado da oxidação resultando em uma alteração mensurável na resistência de contato. Da mesma forma que o filamento 430 da Figura 4 a microestrutura do material dos contatos 554, 556 pode ser ajustada através da porosidade, manipulação de limite da granulação, ou rugosidade da superfície para melhorar e/ou aumentar a área de superfície efetiva disponível para a interação com o agente de oxidação, mediante uma condição de vazamento de vácuo.

[0061] A Figura 6 mostra um sensor exemplificativo 630 instalado em um interruptor a vácuo 600. O interruptor a vácuo 600 é semelhante ao interruptor a vácuo 300, exceto para detalhes sobre o sensor 630. Assim, o interruptor a vácuo 600 é descrito com referência adicional à Figura 3. O sensor 630 pode ser utilizado como o sensor 330.

[0062] O sensor 630 inclui um pequeno par de contatos 656, 658 colocados no interior do receptáculo 302 e conectados ao controlador 340 através de condutores 646, pelo menos um dos quais passa através de uma passagem eletricamente isolada 648 que está em uma parede do receptáculo 302. Os contatos 656, 658 são separados a partir dos e em adição aos contatos de interrupção principais 310, 314. Os contatos 656, 658 são mantidos abertos e estão fisicamente separados um do outro por uma distância 660. O sensor 630 pode ser utilizado para medir uma indicação da resistência e uma indicação da condição ou estado do espaço vazio 304 no receptáculo 302. No entanto, ao contrário de medir a resistência, quando o dispositivo sensor 630 é utilizado, o controlador 340 mede a resistência da tensão através da distância 660 entre os contatos 656, 658. Para medir a resistência da tensão através da distância 660, o controlador 340 aplica uma tensão através dos contatos 656, 658.

[0063] Se o nível de vácuo no receptáculo 302 está próximo ou se aproxima do mínimo de Paschen, então a distância 660 irá falhar e uma faísca ou arco se formará através da distância 660. Uma vez que o tamanho da distância 660 é menor do que a abertura 317 (Figura 3) entre os contatos 310, 314 na posição aberta, a diferença de tensão necessária para a falha através da distância 660 é menor do que a diferença de tensão para a falha entre os contatos de vácuo primário 310, 314. Tal como, a distância 660 pode ser ajustada (aumentada ou diminuída) de modo a produzir uma falha em um vácuo mais intenso (pressão mais baixa) do que nos contatos primários 310, 314, e uma indicação de um vazamento no receptáculo 302 pode ser provida pelo controlador 340 mais rápido e sem causar falhas dielétricas em outras partes do interruptor a vácuo 300 ou sistema de energia que inclui o interruptor a vácuo 100.

[0064] Em algumas implementações, a distância 660 pode ser de cerca de um terço a um décimo do tamanho da distância 317. Por exemplo, a distância 660 pode ser menor do que 2 milímetros (mm) e a abertura 317 pode ser da ordem de 6 mm a 16 mm. Alternativamente, um aumento superior do campo geométrico pode também ser utilizado para diminuir a tensão de ruptura da distância de sensoriamento 660.

[0065] De forma alternativa ou adicional, a corrente de fuga pode ser medida através da distância 660. Se um pequeno vazamento de vácuo ocorrer o valor da corrente de fuga também iria aumentar. Assim, uma medição pelo controlador 340 que a corrente de fuga foi aumentada é uma indicação da perda de vácuo no receptáculo 302 (ou um aumento na pressão do espaço vazio 304).

[0066] As implementações das Figuras de 4 a 6 conectam os sensores 430, 530, 630, respectivamente, ao controlador 340 com fios ou condutores 446, 546, 646 que passam através de uma parede do receptáculo 302. Se os fios passam através de uma das tampas extremas 322, 324, do interruptor a vácuo, em seguida os fios devem ser isolados um do outro. Um dos fios pode ser diretamente anexado à tampa extrema 322 e mantendo o potencial de tensão da tampa extrema 322. No entanto, pelo menos um fio passa, respectivamente, através da passagem isolada 448, 548, 648, que é montado na tampa extrema 322. Deve ser entendido que um ou ambos fios podem atravessar a passagem 448, 548, 648, contanto que os fios estejam eletricamente isolados entre si.

[0067] A Figura 7 mostra um sensor exemplificativo 730 instalado em um interruptor a vácuo 700. O interruptor a vácuo 700 é semelhante ao interruptor a vácuo 300, exceto para detalhes sobre o sensor 730 e a falta de uma passagem atravessando uma parede do receptáculo 302. Assim, o interruptor a vácuo 700 é descrito com referência adicional à Figura 3. O sensor 730 pode ser utilizado como o sensor 330.

[0068] O sensor 730 inclui uma sonda de condutividade 762 e um sensor 730 montado no interior do isolador cerâmico 320 do receptáculo de vácuo 302. O sensor 730 pode ser, por exemplo, um filamento ou fita que é pelo menos parcialmente metálica eletricamente condutiva e experimenta a oxidação na presença de um agente oxidante, tal como ar. A sonda de condutividade 762 é colocada do lado de fora do isolador cerâmico 320 (e externa ao interruptor a vácuo 300) após o interruptor a vácuo 300 ter sido soldado. A sonda de condutividade 762 é acoplada ao controlador 340 através de condutores 746. No exemplo mostrado, os condutores 746 incluem um condutor de excitação, um condutor comum e um condutor não comum.

[0069] Conforme acima discutido, se o interruptor a vácuo 700 vaza, a pressão no receptáculo 302 aumenta. Adicionalmente, o vazamento permite que o ar e outros fluidos entrem no receptáculo 302. O ar e/ou outros fluidos provocam a oxidação do sensor 730 aumentando a resistência do sensor 730. Consequentemente, um aumento na resistência do sensor 730 pode indicar que a pressão está aumentando no espaço vazio 304.

[0070] A sonda de condutividade 762 é utilizada para medir a condutividade ou a resistência elétrica do sensor 730. A sonda de condutividade 762 gera campos magnéticos, tanto sinais de corrente alternada (CA) de alta frequência (tais como, por exemplo, um 1 kHz-1 MHz) ou por sinais de corrente contínua (CC) pulsando. Os campos magnéticos gerados pela sonda de condutividade 762 geram correntes parasitas (“eddy currents”) em metais próximos, incluindo o sensor 730. A sonda de condutividade 762 mede os campos magnéticos gerados, os quais são afetados pelas correntes parasitas em metais próximos. Por exemplo, a resistência elétrica do metal reduz a amplitude das correntes parasitas. Assim, as amplitudes dos campos magnéticos gerados medidas pela sonda de condutividade 762 estão correlacionadas com a resistência do sensor 730. Deste modo, a sonda de condutividade 762 pode medir a resistência elétrica do sensor 730 a partir das correntes parasitas geradas.

[0071] Adicionalmente, ao contrário das implementações mostradas nas Figuras 4-6, o dispositivo sensor 730 não necessita de uma vedação de vácuo adicional, tal como os furos de passagem isolados 348, 448, 548, e 648. Assim, a resistência do sensor 730 pode ser medida sem a colocação de vedações de vácuo adicionais através das paredes do receptáculo 302.

[0072] Outras implementações estão dentro do escopo das reivindicações. Por exemplo, outras configurações da blindagem 129 são possíveis. Em algumas implementações, a blindagem 129 pode se estender verticalmente ao longo do eixo geométrico longitudinal 103 e entre o sensor 130 e os contatos 110, 114, ao contrário de se estender radialmente a partir do eixo geométrico longitudinal 103.

[0073] Nas implementações discutidas acima, os sensores 130, 230, 330, 430, 530, 630, 730 estão posicionados próximos da tampa extrema 122 ou 322 que está mais próxima da haste móvel 112, 312. Em outras implementações, os sensores podem estar localizados mais próximos da tampa extrema 124, 324.

[0074] O transformador de corrente 352 e o divisor de tensão 350 podem ser utilizados com o interruptor a vácuo 100 para prover energia ao controlador 140 e seus componentes.

[0075] Os sensores 430, 530, 630, 730 podem ser utilizados com outros interruptores a vácuo. Por exemplo, qualquer um dos sensores 430, 530, 630, 730 pode ser utilizado no interruptor a vácuo 100, como o sensor 130 e acoplado ao controlador 140.

[0076] O armazenamento eletrônico 137 do controlador 140 e o armazenamento eletrônico 337 do controlador 340 podem ser memória volátil, tal como RAM. Em algumas implementações o armazenamento eletrônico 137, 337 pode incluir porções ou componentes tanto voláteis e não-voláteis. Os processadores eletrônicos 136, 336 podem ser um ou mais processadores adequados para a execução de um programa de computador tal como um microprocessador de propósito especial ou geral e qualquer um ou mais processadores de qualquer tipo de computador digital. Geralmente, um processador recebe instruções e dados a partir de uma memória apenas de leitura ou uma memória de acesso aleatório ou ambas.

[0077] Os processadores eletrônicos 136, 336 podem ser qualquer tipo de processador eletrônico e podem ser mais do que um processador eletrônico. O armazenamento eletrônico 137, 337 armazena instruções, talvez como um programa de computador que, quando executado, faz com que o processador eletrônico 136, 336 se comunique com outros componentes no controlador 140, 340 e/ou no sensor 130, 330. Por exemplo, as instruções podem ser instruções para fornecer uma corrente através do sensor 130, 330 e medir uma tensão resultante. O armazenamento eletrônico 137, 337 pode armazenar uma representação digital de um sinal gerado pelo sensor 130, 330 e de sinais gerados pelo sensor 130, 330 no passado (em um momento anterior). O armazenamento eletrônico 137, 337 pode também armazenar os valores limites para comparar o sinal a partir do sensor 130, 330 ou o sinal processado.

[0078] Em algumas implementações, um processador totalmente digital pode não ser necessário. Por exemplo, o sensor 130, 330 pode ser um filamento e o fluxo de corrente através dos filamentos energizam um LED. Nesta implementação, o processador 136, 336, pode ser um fotodiodo com um nível de detecção de luz limite.

[0079] Adicionalmente, apesar de o sensor ser mostrado esquematicamente nas orientações radiais ou axiais, o sensor poderia estar em outras orientações, bem como, por exemplo, em orientações coaxiais ou circunferenciais. Por exemplo, a Figura 8 mostra uma vista em corte transversal lateral parcial de um sensor exemplificativo 830 instalado em um interruptor a vácuo 800. O sensor 830 é um filamento de detecção semelhante em função ao sensor 430, mas o sensor 830 é colocado em uma orientação circunferencial ao contrário de uma radial orientação.

[0080] Em outro exemplo, a Figura 9 mostra uma vista em corte transversal lateral parcial de um sensor exemplificativo 930 instalado em um interruptor a vácuo 900. O interruptor a vácuo 900 é semelhante ao interruptor a vácuo 500, no entanto, os contatos de detecção 954, 956 são colocados de forma coaxial com a passagem isolada 948.

[0081] Adicionalmente, em algumas implementações, apenas um contato pode ser adicionado e pode ser combinado com porções pré-existente do interruptor a vácuo, por exemplo, uma tampa extrema ou uma blindagem. Adicionalmente, embora os contatos estejam mostrados como conectados ao controlador através dos furos de passagem na tampa extrema 322, os furos de passagem podem também ser através de outros componentes do interruptor a vácuo 100, 300 ou do receptáculo 102, 302, por exemplo, a isolador cerâmico 120, 320.

[0082] Por exemplo, a Figura 10 mostra uma vista em corte transversal parcial do sensor 1030 instalado em um interruptor a vácuo 1000 semelhante ao interruptor a vácuo 500, no entanto, os contatos de detecção 1054, 1056 são colocados de forma coaxial com um isolador 1020 e um contato móvel 1010. Na implementação da Figura 10, o contato 1054 é emparelhado com uma tampa extrema 1022 do interruptor a vácuo de 1000, com a tampa extrema 1022 atuando como o contato 1056. A passagem de alimentação isolada 1048, ao invés de atravessar a tampa extrema 1022 é coaxial com o isolador 1020 e é substancialmente do mesmo diâmetro interno e externo com o isolador 1020, permitindo que um sinal isolado 1046 passe entre a passagem de alimentação isolada 1048 e o isolador 1020.

[0083] Em implementações nas quais uma resistência ou uma corrente de fuga ou uma alteração na resistência ou na corrente de fuga de um sensor é monitorada ou rastreada, outros parâmetros podem também ou, de forma alternativa, serem monitorados ou rastreados. Por exemplo, a temperatura do sensor ou de uma região próxima do sensor pode ser rastreada. Uma alteração na resistência de um elemento eletricamente condutivo provoca uma alteração correspondente na temperatura do elemento quando a corrente flui através do elemento. Por exemplo, para uma dada quantidade de corrente passando através de um elemento eletricamente condutivo, um aumento na resistência do elemento faz com que o elemento produza mais calor quando a corrente flui no elemento.

[0084] Assim, em algumas implementações, a temperatura dos componentes eletricamente condutivos no interruptor a vácuo 100, 300 pode ser rastreada e/ou monitorada como uma medida indireta da pressão no receptáculo 102, 302. Por exemplo, a temperatura dos contatos primários (ou principais) 110, 114 ou 310, 314 pode ser rastreada adicionalmente ou ao contrário da temperatura do sensor e a temperatura dos contatos primários pode ser comparada com uma temperatura de referência conhecida para a condução de corrente e das condições ambientais. Em implementações nas quais a temperatura é rastreada ou monitorada, o sensor pode ser, por exemplo, um termopar ou qualquer outro sensor que mede temperatura, tal como um dispositivo de temperatura de resistência ou um dispositivo termistor.

[0085] A Figura 11 mostra um exemplo de tal sensor. A Figura 11 é uma vista em corte transversal de um dispositivo de comutação com um interruptor a vácuo 1100 que foi encapsulado em isolamento sólido 1121 conforme mostrado, por exemplo, nas Patentes US Nos. 5.917.167 e 6.760.206, as quais são aqui incorporadas por referência na sua totalidade. O dispositivo de comutação 1101 pode incluir muitos dos elementos que são semelhantes àqueles do dispositivo de comutação 301, incluindo um sensor de corrente 1152 e uma haste de acionamento 1112 contendo um sensor de tensão 1170, que inclui um resistor R1. Um resistor R2 está no lado da baixa tensão deste sistema no mecanismo (não mostrado) ou no sistema de controle (não mostrado). O dispositivo de comutação 1101 também inclui um sensor de tensão 1170 e uma cavidade operacional 1172. Um sensor térmico 1132, que pode ser um termopar, um termistor, ou qualquer outro sensor configurado para medir a temperatura, também foi incorporado no isolamento sólido 1121 que circunda o dispositivo 1101. O sensor térmico 1132 é colocado na proximidade do interruptor a vácuo 1100.

[0086] A Figura 12 mostra uma plotagem exemplificativa de um gradiente térmico esperado em graus Celsius (C) do aumento de calor conforme uma função da corrente fluindo através do dispositivo de comutação 1101. Este calor é gerado pela perda de energia e é uma função da impedância do dispositivo de comutação 1101 e o quadrado da corrente fluindo através do dispositivo. O fluxo de corrente é medido pelo sensor de corrente 1152, assim, a temperatura em qualquer ponto no dispositivo de comutação 1101, por exemplo, na localização do sensor térmico 1132 pode ser prevista. Ao comparar a saída do sensor térmico 1132 ao de um sensor medindo a temperatura ambiente em outras partes do sistema o sensor térmico 1132 pode também medir esse aumento de calor. O valor previsto com base no sensor de corrente 1152 pode ser comparado ao valor medido a partir do sensor 1132. Se a temperatura medida pelo sensor 1132 é mais quente do que o valor esperado por um limite predeterminado, por exemplo, 10°C, então a oxidação dos contatos do interruptor a vácuo 1110, 1114, a partir da perda de vácuo ou outras falhas no sistema, pode ser a causa e o sistema pode reagir de forma adequada antes de ocorrer danos. Alternativamente, ao contrário de comparar a um aumento de calor esperado calculado, em um sistema de três fases, as saídas dos três sensores 1132 podem ser comparadas entre si. Se um dos três sensores detecta mais quente do que os outros dois por uma quantidade predeterminada, em seguida novamente, o sistema pode reagir de forma adequada antes de ocorrer danos.

[0087] É apreciado que os técnicos no assunto possam reconhecer que a proximidade do sensor 1132 do interruptor a vácuo 1100 pode afetar a sua precisão de detecção. Alternativamente, a tensão elétrica entre o sensor 1132 e 1100 pode aumentar à medida que os dois se aproximam. Estes dois podem estar equilibrados para permitir a precisão do sensor de forma adequada sem colocar tensão elétrica indevida no sistema.

[0088] A discussão das Figuras 11 e 12 assume um sistema dielétrico confiável. As temperaturas de outros sistemas de isolamento, por exemplo, óleo mineral ou SF6 podem ser utilizadas e também monitoradas.

[0089] Alternativamente, um sensor térmico, tal como o sensor térmico 1132, pode também ser utilizado para medir uma temperatura próxima de qualquer um dos interruptores a vácuo mostrados nas Figuras de 4 a 9. Os dados medidos resultantes podem ser utilizados para fazer uma decisão de avaliação da impedância daqueles sensores ou do nível de vácuo de forma correspondente.

[0090] O monitoramento da resistência dos filamentos, fitas, conjuntos de contato e outras técnicas semelhantes, inclui o monitoramento das partes reais e/ou imaginárias da impedância. De forma semelhante, deve ser entendido que as tensões ou correntes de controle ou formas de onda podem ser de qualquer número de frequências e/ou sinais modulados para melhor monitorar e interpretar as condições físicas do nível de vácuo. As combinações de modulação elétrica/material podem ser otimizadas dependendo da aplicação e implementação do produto físico.

Claims (25)

1. Sistema de detecção de um interruptor a vácuo, dito sistema de detecção compreendendo: - um sensor (130, 330, 430, 530, 730, 830, 930, 1030, 1132) compreendendo um material (110, 114, 310, 314, 554, 556, 954, 956, 1054, 1056, 1010, 1110, 1114) que se oxida na presença de ar e sendo, pelo menos parcialmente, posicionado em um espaço vazio (104, 304) de um interruptor a vácuo (100, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100), o sensor sendo configurado para produzir uma indicação da impedância do material; e - um sistema de controle (140) acoplado ao sensor, o sistema de controle (140) compreendendo um processador eletrônico (136) e um armazenamento eletrônico (137) que armazena instruções que, quando executadas, faz com que o processador eletrônico (136) a: - acessar uma indicação da impedância produzida pelo sensor, - determinar uma medida da impedância do material do sensor com base na indicação acessada da impedância, e - determinar uma condição do espaço vazio do interruptor a vácuo com base na medida da impedância determinada, caracterizado pelo fato de o material (110, 114, 310, 314, 554, 556, 954, 956, 1054, 1056, 1010, 1110, 1114) ser inicialmente não oxidado e se torna oxidado em resposta ao ar que entra no espaço vazio (104, 304).

2. Sistema de detecção, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de para determinar uma condição do espaço vazio (104, 304), o processador (136) determina se uma pressão do espaço vazio foi elevada com base na medida da impedância determinada.

3. Sistema de detecção, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a indicação da impedância compreender uma de uma tensão através do sensor (130, 330, 430, 530, 730, 830, 930, 1030, 1132) ou uma corrente através do material (110, 114, 310, 314, 554, 556, 954, 956, 1054, 1056, 1010, 1110, 1114), e a medida da impedância determinada compreender uma impedância do material.

4. Sistema de detecção, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o sensor compreender uma pluralidade de contatos (554, 556) que são mantidos em contato físico um com o outro, cada um da pluralidade de contatos (554, 556) compreendendo o material (110, 114, 310, 314, 554, 556, 954, 956, 1054, 1056, 1010, 1110, 1114) que se oxida na presença de ar.

5. Sistema de detecção, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o sensor compreender um contato (1054, 1056) e uma ou mais de uma tampa extrema (122, 124, 322, 324, 1022) e uma blindagem (128, 129, 329) do interruptor a vácuo.

6. Sistema de detecção, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o armazenamento eletrônico (137) armazenar adicionalmente uma segunda medida de impedância, uma diferença limite e instruções que, quando executadas, fazem com que o processador eletrônico (136) a: - comparar a medida da impedância determinada com a segunda medida da impedância para determinar uma diferença da impedância, - se a diferença determinada for igual a ou maior do que a diferença limite, gerar um sinal que seja suficiente para proporcionar informações para submeter a um mecanismo de ligação que inclui o interruptor a vácuo (100, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100) fora de serviço.

7. Sistema de detecção, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de a segunda medida da impedância ser uma medida da impedância determinada com base em uma medida da impedância acessada obtida a partir do sensor (130, 330, 430, 530, 730, 830, 930, 1030, 1132) em um momento anterior.

8. Sistema de detecção, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o armazenamento eletrônico (137) armazenar adicionalmente uma medida da impedância limite e instruções que, quando executadas, fazem com que o processador eletrônico (136) a: - comparar a medida da impedância determinada com a medida da impedância limite, - se a medida da impedância determinada for igual a ou maior do que a impedância limite, gerar um sinal que seja suficiente para prover informações para submeter a um mecanismo de ligação que inclui o interruptor a vácuo (100, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100) fora de serviço.

9. Método para detectar uma perda de vácuo em um interruptor a vácuo, dito método compreendendo: - medir uma indicação da impedância de um material (110, 114, 310, 314, 554, 556, 954, 956, 1054, 1056, 1010, 1110, 1114) que oxida na presença de ar e é delimitado em um espaço vazio (104, 304) que é interno a um interruptor a vácuo (100, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100); - determinar, com base na indicação da impedância medida do material, uma indicação de pressão do espaço vazio; e - gerar um sinal que represente uma condição do espaço vazio com base na indicação de pressão determinada, caracterizado pelo fato de o material (110, 114, 310, 314, 554, 556, 954, 956, 1054, 1056, 1010, 1110, 1114) que se oxida na presença de ar ser inicialmente não oxidado e se torna oxidado em resposta ao ar que entra no espaço vazio (104, 304).

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de a indicação da impedância medida compreender uma temperatura do material (110, 114, 310, 314, 554, 556, 954, 956, 1054, 1056, 1010, 1110, 1114).

11. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de a indicação da impedância medida ser uma ou mais de uma tensão, uma corrente, uma condutividade e uma resistividade.

12. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente: - medir uma segunda indicação da impedância do material (110, 114, 310, 314, 554, 556, 954, 956, 1054, 1056, 1010, 1110, 1114) que se oxida ao ar; - comparar a indicação da impedância medida com a segunda indicação da impedância medida para determinar uma diferença entre a segunda indicação da impedância medida e a indicação da impedância medida; - comparar a grandeza da diferença a um valor de limite; e - quando a grandeza da diferença se iguala ao ou se excede o limite, gerar um sinal que seja suficiente para prover informações para submeter a um mecanismo de ligação que inclui o interruptor a vácuo (100, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100) fora de serviço.

13. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de: - o interruptor a vácuo (100, 300, 1100) compreender contatos principais (110, 114, 310, 314, 1110, 1114) que se abrem para impedir o fluxo de corrente através do interruptor a vácuo e se fecham para permitir que a corrente flua através do interruptor a vácuo, e - o material (110, 114, 310, 314, 554, 556, 954, 956, 1054, 1056, 1010, 1110, 1114) que se oxida em ar ser separado e distinto dos contatos principais (110, 114, 310, 314, 1110, 1114).

14. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de: - o interruptor a vácuo (100, 300, 1100) compreender contatos principais (110, 114, 310, 314, 1110, 1114) que se abrem para impedir o fluxo de corrente através do interruptor a vácuo e se fecham para permitir que a corrente flua através do interruptor a vácuo, - a indicação da impedância compreender a temperatura, e - o material (110, 114, 310, 314, 554, 556, 954, 956, 1054, 1056, 1010, 1110, 1114) que se oxida em ar compreender uma porção dos contatos principais (110, 114, 310, 314, 1110, 1114).

15. Interruptor a vácuo, compreendendo: - um contato estacionário (110, 310, 1010, 1110); - um contato móvel (114, 314, 1114) configurado para se mover em relação ao contato estacionário entre uma posição aberta e uma posição fechada, o contato estacionário (110, 310, 1010, 1110) e o contato móvel (114, 314, 1114) estando separados na posição aberta e estando em contato na posição fechada; - um receptáculo (102, 302) que circunda o contato móvel e o contato estacionário em um espaço vazio (104, 304); e - um sensor (130, 330, 430, 530, 730, 830, 930, 1030, 1132) configurado para produzir uma indicação da impedância de uma região no espaço vazio, caracterizado pelo fato de o sensor (130, 330, 430, 530, 730, 830, 930, 1030, 1132) compreender um material (110, 114, 310, 314, 554, 556, 954, 956, 1054, 1056, 1010, 1110, 1114) que se oxida na presença de ar, sendo que o material é inicialmente não oxidado e se torna oxidado em resposta ao ar que entra no espaço vazio (104, 304).

16. Interruptor a vácuo, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de o material (110, 114, 310, 314, 554, 556, 954, 956, 1054, 1056, 1010, 1110, 1114) que se oxida na presença de ar compreender uma parte de um ou mais do contato estacionário (110, 310, 1010, 1110) e do contato móvel (114, 314, 1114).

17. Interruptor a vácuo, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de o sensor (130, 330, 430, 530, 730, 830, 930, 1030, 1132) ser configurado para produzir a indicação da impedância em uma ou mais na posição aberta e na posição fechada.

18. Interruptor a vácuo, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de a indicação da impedância ser uma ou mais de uma quantidade de corrente passando através do sensor (130, 330, 430, 530, 730, 830, 930, 1030, 1132), uma tensão através do sensor, uma condutividade do sensor, uma impedância do sensor, uma temperatura do sensor, e uma temperatura de uma região próxima ao sensor ou do interruptor a vácuo (100, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100).

19. Interruptor a vácuo, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de - o sensor compreender contatos (656, 658) que estão fisicamente separados um do outro por uma distância, os contatos (656, 658) do sensor sendo separados e distintos do contato móvel e do contato estacionário, e - a indicação da impedância de uma região no espaço vazio (104, 304) compreender uma tensão através do espaço entre os contatos (656, 658) do sensor.

20. Interruptor a vácuo, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de o receptáculo (102, 302) compreender uma ou mais tampas extremas (122, 124, 322, 324, 1022) e uma blindagem (128, 129, 329), e um dos contatos (656, 658) do sensor sendo uma das tampas extremas ou a blindagem.

21. Interruptor a vácuo, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de a indicação da impedância compreender uma tensão de ruptura do espaço vazio (104, 304).

22. Sistema, compreendendo: - um interruptor a vácuo (100, 300, 1100) compreendendo: - um contato estacionário (110, 310, 1010, 1110); - um contato móvel (114, 314, 1114) configurado para se mover em relação ao contato estacionário entre uma posição aberta e uma posição fechada, o contato estacionário (110, 310, 1010, 1110) e o contato móvel (114, 314, 1114) estando separados na posição aberta e estando em contato na posição fechada; e - um receptáculo (102, 302) que envolve o contato móvel e o contato estacionário em um espaço vazio (104, 304); e - um sensor (130, 330, 430, 530, 730, 830, 930, 1030, 1132) configurado para produzir uma indicação da impedância de uma região que está no espaço vazio (104, 304), caracterizado pelo fato de o sensor (130, 330, 430, 530, 730, 830, 930, 1030, 1132) compreender um material (110, 114, 310, 314, 554, 556, 954, 956, 1054, 1056, 1010, 1110, 1114) que se oxida na presença de ar, sendo que o material é inicialmente não oxidado e se torna oxidado em resposta ao ar que entra no espaço vazio (104, 304); e -um sistema de controle (140) acoplado ao sensor e configurado para receber dados a partir do e para prover dados ao sensor, o sistema de controle (140) compreendendo um processador eletrônico (136) e um armazenamento eletrônico (137) que armazena instruções que, quando executadas, fazem com que o processador eletrônico (136) a: - acessar a indicação da impedância da região que está no espaço vazio, e - determinar uma condição do espaço vazio com base na indicação da impedância acessada.

23. Sistema, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de o sensor (130, 330, 430, 530, 730, 830, 930, 1030, 1132) estar no espaço vazio (104, 304).

24. Sistema, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de o sensor compreender um sensor térmico (1132) e o material compreender pelo menos uma parte de um ou mais do contato estacionário (110, 310, 1010, 1110) e do contato móvel (114, 314, 1114).

25. Sistema, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente um isolador (1020, 1121) que circunda pelo menos parcialmente o receptáculo, e sendo que o sensor térmico (1132) está posicionado no isolador (1020, 1121) e do lado de fora do espaço vazio (104, 304).

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