DD149589A1

DD149589A1 - METHOD FOR INCREASING THE VOLTAGE STRENGTH OF VACUUM SWITCH CHAMBERS

Info

Publication number: DD149589A1
Application number: DD21978480A
Authority: DD
Inventors: Bernd Tschacher; Wolfram Katzmarek
Original assignee: Bernd Tschacher; Wolfram Katzmarek
Priority date: 1980-03-20
Filing date: 1980-03-20
Publication date: 1981-07-15

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektroenergieversorgungseinrichtungen. Die Erfindung zielt auf eine erhoehte und bleibende Wirkung der Verbesserung der Spannungsfestigkeit von Vakuumschaltkammern mittels Entladungen bei Senkung des erforderlichen Aufwandes ohne erforderliche Einbauteile innerhalb von Vakuumschaltkammern ab. Mit der Erfindung wird die Aufgabe, ein Verfahren zur Erhoehung der Spannungsfestigkeit einer Vakuumschaltkammer zu entwickeln, dadurch geloest, dasz vor Einsetzen der Durchschlagformierung die schaltkontakte innerhalb der Vakuumschaltkammergeschlossen werden und an einem Bedampfungsschirm einerseits und andererseits an die geschlossenen Schaltkontakte ein Hochspannungspotential gelegt wird und diese Hochspannung bis zum Auftreten von Spannungsdurchbruechen gesteigert wird. Die Erfindung wird bei der Herstellung von Hochspannungsschaltern angewendet.The invention relates to the field of electric power supply devices. The invention aims at an increased and lasting effect of improving the dielectric strength of vacuum interrupters by means of discharges while reducing the required effort without requiring built-in components within vacuum interrupters. With the invention, the task of developing a method for increasing the dielectric strength of a vacuum interrupter, thereby solves before the onset of breakdown formation, the switch contacts are closed within the vacuum interrupter chamber and on a Bedampfungsschirm on the one hand and on the other hand to the closed switch contacts a high voltage potential and this high voltage is increased until the occurrence of voltage breakthroughs. The invention is used in the manufacture of high voltage switches.

Description

" Berlin, den 20.03.80"Berlin, 20.03.80

Erfinder tInventor t

Dipl*-Ing. Wolfram KatzmarekDipl * Ing. Wolfram Katzmarek

Dr.-Ing· Bernd TschacherDr.-Ing · Bernd Tschacher

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Title of the invention

Verfahren zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit von Vakuumschaltkammern·Method for increasing the dielectric strength of vacuum interrupters

Field of application of the invention

Die Erfindung wird im Bereich der Elektrotechnik, und . zwar bei der Herstellung von Vakuumschaltkammern wirksam·The invention is in the field of electrical engineering, and. Although effective in the manufacture of vacuum interrupters ·

Characteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt, daß die Spannungsfestigkeit zwischen Elektroden mit einem Potentialunterschied innerhalb einer Vakuumisolation durch erwirkte Durchschläge erhöht werden kann» Diese Tatsache wird als Durchschlags· Formierung bezeichnet. Zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit werden deshalb Vakuumsehaltkammern nach dem Montagevorgang und vor dem endgültigen vakuumdichten Verschließen einem Pormierungsprozeß unterworfen. Während dieses Prozesses werden an den Oberflächen der an Potential liegenden Eontaktstücke VerunreinigungenIt is known that the withstand voltage between electrodes with a potential difference within a vacuum insulation can be increased by generated breakdowns. This fact is called breakdown formation. To increase the withstand voltage, therefore, vacuum holding chambers are subjected to a poration process after the assembly process and before the final vacuum-tight sealing. During this process, impurities become contaminants on the surfaces of the potential electrodes

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sowie scharfkantige Mikrospitzen abgetragen. Ebenso können unter Wirkung des elektrischen Feldes, an den Metalloberflächen befindliche mikroskopische und makroskopische Metallteilchen verdampfen· Die bei diesem Formierungsprozeß auftretenden Gasmengen werden für die Dauer des EvakuierungsVorganges aus der SchaItkammer abgeführt·and sharp-edged microtips removed. Likewise, under the effect of the electric field, microscopic and macroscopic metal particles located on the metal surfaces can evaporate. The quantities of gas which occur during this forming process are removed from the sampling chamber for the duration of the evacuation process.

Zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit von Isolationsstrecken im Hochvakuum ist nach der DD-PS 72 299 ein Verfahren bekannt, bei dem nach der Evakuierung eines die Isolationsstrecke enthaltenden Entladungsgefäßes einige Torr eines chemisch aktiven Gases eingelassen werdenι eine an sich bekannte Glimmentladung einige Minuten gezündet und danach das Gas bis zum Hochvakuum wieder abgepumpt wird«To increase the dielectric strength of insulation distances in a high vacuum according to DD-PS 72 299 a method is known in which after the evacuation of a discharge path containing the discharge vessel some torr of a chemically active gas be admittedι a known glow discharge ignited a few minutes and then the gas is pumped out again until the high vacuum «

Die Durchführung dieses Verfahrens erfordert einen großen technischen Aufwand und ist weiterhin sehr kostenaufwendig, da als chemisch aktives Gas spektralreiner Sauerstoff Verwendung findet.The implementation of this method requires a great deal of technical effort and is still very expensive, since as chemically active gas spectrally pure oxygen is used.

Weiterhin ist ein thermisches Verfahren zur Formierung vakuumisolierter Schaltkammern bekannt* Hiernach wird die Vakuumschaltkammer von außen aufgeheizt und gleichzeitig evakuiert. Eine Weiterentwicklung dieses Verfahrens sieht vor, durch Beaufschlagungen mit einem Wechselstrom hoher Leistung eine Lichtbogenbeanspruchung der Oberfläche des Schaltkontaktes herbeizuführen. Damit soll eine ausreichende Sauberkeit der Schaltkontakte erzielt werden. Nachteilig wirkt sich bei der Anwendung dieses Verfahrens der hohe anlagentechnische Aufwand, verbunden mit den hohen Energiekosten bei langen Formierungszeiten aus. Weiterhin erfolgt durch die hohen Lichtbogenströme ein Abtragen von Kontaktmaterial*Furthermore, a thermal method for forming vacuum-insulated switching chambers is known * Thereafter, the vacuum interrupter chamber is heated from the outside and simultaneously evacuated. A further development of this method provides, by applying an alternating current of high power to cause an arc stress on the surface of the switching contact. This is intended to achieve sufficient cleanliness of the switching contacts. A disadvantage is the application of this method, the high investment outlay, combined with the high energy costs at long Formierungszeiten. Furthermore, the high arc currents cause the removal of contact material *

Nach der PR-BS 1 510 382 ist bekannt, zusätzlich bei der Anwendung des o.g. Verfahrens die SchaItkammer mit einem Isoliergas zu spülen und dabei zu reinigen. Dabei vergrößert sich aber lediglich der technische Aufwand·According to PR-BS 1 510 382 it is known, in addition to the application of the above-mentioned. Procedure to rinse the SchaItkammer with an insulating gas and thereby clean. However, only the technical complexity increases ·

Nach der DD-PS 101 055 ist ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zum Formieren von in Vakuumschaltkammern befindlichen Kontakt- und/oder Schirmteilen bzw« anderen Einbauteilen während des Evakuierungsprozesses, wobei die zu formierenden Teile mittels Elektronenbeschuß aufgeheizt werden, bekannt geworden, b3i dem ein für die Elektronenaustrittsarbeit vorgesehenes Heizelement innerhalb der Vakuumschaltkammer angeordnet ist und bei der Formierung in einen Stromkreis einer äußeren Heizspannungsquelle gelegt wird, wobei an die zu formierenden Teile der Pluspol einer äußeren Hochspannungsquelle gelegt wird, deren Minuspol am Heizstromkreis liegt. Nach Abschalten beider Spannungsquellen wird zwecks Verdampfung des Heizelementes dasselbe in den Stromkreis eines Hochspannungsstoßgenerators geschaltet. Dieses Verfahren ist aufwendig und garantiert keinen vollständigen Formierungseffekt, da durch das Verdampfen des Heizelementes Rückstände sich auf den Kontaktflächen absetzen. Hierdurch wird die Durchschlagsfestigkeit nach der Beendigung der Formierung wieder herabgesetzt.According to DD-PS 101 055 a method and a circuit arrangement for forming located in vacuum switch chambers contact and / or screen parts or other components during the evacuation process, wherein the parts to be formed are heated by electron bombardment, b3i the one for the electron work function provided heating element is disposed within the vacuum interrupter chamber and is placed in the formation in a circuit of an external Heizspannungsquelle, being applied to the parts to be formed, the positive pole of an external high voltage source whose negative pole is located on the heating circuit. After switching off both voltage sources the same is switched in the circuit of a high-voltage surge generator for the purpose of evaporation of the heating element. This process is expensive and does not guarantee a complete shaping effect, since residues are deposited on the contact surfaces due to the evaporation of the heating element. As a result, the dielectric strength after termination of the formation is reduced again.

Object of the invention

Die Erfindung zielt auf eine erhöhte und bleibende Wirkung der Verbesserung der Spannungsfestigkeit von Vakuumschaltkammern mittels Entladungen, der Durchschlagsformierung, bei Senkung des erforderlichen Aufwandes ohne erforderliche zusätzliche Einbauteile innerhalb der Vakuumsehaltkammer ab₀ The invention aims at an increased and lasting effect of improving the dielectric strength of vacuum interrupters by means of discharges, the breakdown molding, with reduction of the required effort without additional additional fixtures within the Vakuumsehaltkammer from ₀

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erhöhung der ßpannungsfestigkeit einer Vakuumßchaltkammer auf Grund der vorliegenden Erkenntnisse unter Einsatz von Entladungen innerhalb der Vakuumschaltkammer zu entwickeln, das es gestattet, eine einfache Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens einzusetzen· " ' ·The invention has for its object to develop a method for increasing the ßpannungsfestigkeit a Vakuumßchaltkammer on the basis of existing knowledge using discharges within the vacuum interrupter chamber, which allows to use a simple means for carrying out the method · "'·

Diese Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß ein Verfahren zur Erhöhung dor Spannungsfestigkeit von Vakuumschaltkammern mittels Entladungen entwickelt wurde, mit dem erfindungsgemäß vor Einsetzen der Entladungen, der sogenannten Durchschlagformierung, die Schaltkontakte innerhalb der Vakuumschaltkammer geschlossen werden und einerseits eine nach außen geführte Verbindung, die galvanische Kontakte mit einem Bedampfungsschirm innerhalb der Vakuumsehaltkammer hat, andererseits mit Spannungspotential (Hochspannungs- und Erdpotential) verbunden werden und die zwischen den geschlossenen Schaltkontakten und dem Bedampfungsschirm angelegte Hochspannung bis zum Auftreten von Spannungsdurchbrüchen gesteigert wird, d.ho, daß der im Normalbetrieb auf freiem Potential befindliche Bedampfungsschirm ein festes Potential erhalteThis object was achieved in that a method for increasing the dielectric strength of vacuum interrupters was developed by means of discharges, are closed with the invention according to the invention before the onset of discharges, the so-called breakdown molding, the switching contacts within the vacuum interrupter chamber and on the one hand outwardly directed connection, the galvanic contacts with a Bedampfungsschirm within the Vakuumsehaltkammer, on the other hand with voltage potential (high voltage and ground potential) are connected and the voltage applied between the closed switch contacts and the Bedampfungsschirm high voltage is increased to the occurrence of voltage breakthroughs, d.ho that in normal operation at free potential Bedampfungsschirm get a fixed potential

Bei dem Vorhandensein von mehreren Bedampfungsschirmen werden diese gleichzeitig oder nacheinander mit dem Hochspannungspotential verbunden· Die Hochspannungsquelle des Hochspannungspotentials kann dabei sowohl eine Gleichstrom- bzw. eine Wechselstromquelle oder eine Impulsspannungsquelle sein·In the presence of several evaporation screens, these are connected simultaneously or successively to the high-voltage potential. The high-voltage source of the high-voltage potential can be both a DC or an AC source or a pulse voltage source.

Das gesamte Verfahren zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit;, die Durchschlagformierung, kann vor und/oder nach einem hermetischen Verschließen der Vakuumsehaltkammer durchgeführt werden_o The entire method for increasing the dielectric strength, the breakdown molding, can be carried out before and / or after a hermetic sealing of the vacuum holding chamber _o

Example:

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert· In der zugehörigen Zeichnung wird eine Schaltanordnung zur Durchführung der Durchschlagformierung in Vakuum-Löschkammern dargestellt.The invention is explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment. In the associated drawing, a circuit arrangement for carrying out the breakdown molding in vacuum extinguishing chambers is represented.

Innerhalb einer Vakuum-Löschkammer 1 eines nicht näher · dargestellten Vakuumschalters sind ein feststehender Strombolzen 2 mit einem Kontaktstück 3 und ein beweglicher Strombolzen 4 mit einem Kontaktstück 5 vorgesehen. Koaxial 2-r, den Strombolzen 2;4- ist eine Isolierhülle 6, die die Gestalt eines Hohlzylinders aufweist, angeordnet und die die Vakuum-Löschkammer 1 radial begrenzt· Weiterhin ist koaxial zu den Strombolzen 2;4 ein Bedampfungsschutzschirm 7» der die Form eines Hohlzylinders aufweist, innerhalb der Vakuum-Löschkammer 1 zwischen Isolierhülle 6 und den Strombolzen 2;4 vorgesehen· Zur Durchschlagformierung wird eine metallische Verbindung 8, die mit dem Bedampfungsschutzschirm 7 verbunden ist, und die geschlossene Strombahn bestehend aus Strombolzen 2;4 mit Kontaktstücken 3;5 mit einer Hochspannungsquelle elektrisch verbunden,, Diese kann aus einer stufenlos regelbaren Gleichstrom- bzw. Wechselstromquelle oder einer Impulsspannungsquelle bestehen· In der vorliegenden Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Formierung ist eine Wechselstromquelle eingesetzt.Within a vacuum quenching chamber 1 of a vacuum switch not shown in detail, a fixed current pin 2 with a contact piece 3 and a movable current pin 4 with a contact piece 5 are provided. Coaxial 2-r, the power bolt 2, 4- is an insulating sheath 6, which has the shape of a hollow cylinder, and which limits the vacuum quenching chamber 1 radially Furthermore, coaxial with the power bolt 2, 4 is a Dämampfungsschutzschirm 7 »of the form a hollow cylinder is provided within the vacuum quenching chamber 1 between the insulating sleeve 6 and the power bolt 2, 4 · For breakdown molding, a metallic connection 8, which is connected to the Bedampfungsschutzschirm 7, and the closed current path consisting of current pin 2, 4 with contact pieces 5 electrically connected to a high voltage source. This may consist of a continuously variable DC or pulsed voltage source. In the present circuit arrangement for carrying out the method of forming, an AC source is employed.

Die Hochspannungsquelle besteht aus einem Hochspannungstransformator 9» dessen Eingangswicklung mit der Ausgangswicklung eines Stelltransformators 10 verbunden ist· Hierdurch kann die Spannung, die an der Eingangswicklung des Hochspannungstransformators 9 anliegt, stufenlos geregelt werden und somit auch die Hochspannung an der Ausleitung 13ο Eine Ausleitung 11 der Ausgangswicklung des des Hochspannungstransformators 9 ist auf ErdpotentialThe high-voltage source consists of a high-voltage transformer 9 whose input winding is connected to the output winding of a variable transformer 10. This allows the voltage applied to the input winding of the high-voltage transformer 9, be controlled continuously and thus the high voltage at the outlet 13 o A discharge 11 of the output winding of the high voltage transformer 9 is at ground potential

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gelegt, auf dem auch die Strombolzen 2;4 liegen, während die andere Ausleitung 13 mit der metallischen Verbindung 8 zum Bedampfungsschutzschirm 7 verbunden ist und auf Hochspannungspotential liegt,, Mittels eines Spannungsteilers 14, der zwischen einer Hochspannungszuführung 15 und einer mit dem Erdpotential 12 verbundenen Ausleitung 16 liegt, wird die Spannungsmessung während des Formierungsvorganges vorgenommeneThe other outlet 13 is connected to the metallic connection 8 to the Bedampfungsschutzschirm 7 and is at high voltage potential, by means of a voltage divider 14, which is connected between a high voltage supply 15 and one connected to the ground potential 12 Outlet 16 is the voltage measurement is made during the forming process

Mit der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird es möglich, eine Vakuum-Löschkammer einer Durchschlagformierung zu unterziehen, ohne diese selbst baulich zu verändern, indem keine Sondere inbaumaJßnahmen vorgenommen werden müssen· Außerdem bleibt der technische Aufwand, der betrieben werden muß, gering, da die gleiche Wechselspannungsquelle verwendet werden kann, die ohnehin für eine Stückprüfung im Rahmen einer fertigungstechnischen Endkontrolle vorhanden sein muß.With the application of the method according to the invention, it is possible to subject a vacuum quenching chamber of a breakdown molding without even structurally change it, by no special construction measures must be made · In addition, the technical effort that must be operated, low because the same AC source can be used, which must be present anyway for a routine inspection in the context of a final production control.

Claims

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1. A method for increasing the dielectric strength of Vakuumschaltkammerη by means of discharges, characterized in that the switching contacts (355) are closed, a potential (high voltage ground potential) to the closed current path of the current poles (2; 4) and switching contacts (3; 5) and another potential (ground high-voltage potential) is applied to a metallic connection (8) which is in contact with a vapor-proof protection screen (7) and the applied high voltage is increased until the occurrence of voltage breakdowns.

2 * Method according to item 1, characterized in that at several arranged in the vacuum-quenching Bedampfungsschutzschirmen this simultaneously or sequentially connected to the high voltage potential

3 · Method according to item 2, characterized in that the high voltage is represented by any voltage type ₀

4-O method according to items 1 to 3, characterized in that the punch-through molding is carried out before and / or after hermetically closing the vacuum interrupter chamber _#

For this 1 sheet drawing