DE1814410A1

DE1814410A1 - Einrichtung zur kontinuierlichen Anzeige der Druckverhaeltnisse in einem Vakuumschalter

Info

Publication number: DE1814410A1
Application number: DE19681814410
Authority: DE
Inventors: Voshall Roy E
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1968-01-26
Filing date: 1968-12-13
Publication date: 1969-10-23
Also published as: CH487492A; DE1814410B2; AT288526B; ES362280A1; BE727154A; US3594754A; FR2000805A1

Description

Oil

WESTINGHOUSE Erlangen,

Electric Corporation , Werner-von-Siemens-Str.

Pittsburgh, Pa., USA

Unser Zeichen! PLA 68/8253 Wb/Fö

Einrichtung zur kontinuierlichen Anzeige der Druckverhältnisse in einem Vakuumschalter

Pur diese Anmeldung wird die Priorität der entsprechenden US-Anmeldung Serial No. 701,007 vo* 26. Januar 1968 beansprucht.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur kontinuierli- Jj chen Anzeige der Druckverhältnisae in einem Vakuumschalter, der aus einem evakuierbaren Gehäuse besteht, in dessen Innerem zwei sich gegenüberstehende und von einem Kondensationsschirm umgebene Elektroden angeordnet sind, von denen ein© beweglich ist.

Die Überwachung der Druckverhältniase in einem Vakuumschalter ist besonders in Vakuumsohaitern wichtig, die bei Drucken von etwa 10"* Torr und weniger funktionsfähig sein sollen. Zu diesem Zwecke wurde bisher die komplizierte Bestimmung der Spannung herangezogen, die notwendig ist, ua zwischen den getrennten Schalterelektroden einen Funkenüberschlag herzustellen. Diese Methode ist aber in dort oben genannten Druckbereichen zu ungenau. Für Drucke unterhalb 10 Torr ist die übersohlagspannung im Grunde genommen unabhängig für Spaltbraiten in der Funkenstrecke von etwa 1,5 mm oder mehr.

Es ist bereits eine Einrichtung zum Messen des Druckes in Vakuumgefäßen beschrieben worden (US-Patent 2 864 998), bei der zwischen die beiden räumlich getrennten Hauptelektroden dea Vakuumschalters eine Gleichspannungaquelle geschaltet ist, um zwischen diesen Elektroden einen Elektronenstrom zu erzeugen. Die von der negativ geladenen Hauptelektrode emittierten Elektronen kollidieren im Inneren des Schalters mit Gasmolekülen. Dabei entstehen positive Ionen in einer Menge, die abhängig vom Druck im Inneren des Schal-

, ist

ters/i Der Kondensationsschirm des Schalters liegt auf einem negativen Potential bezüglich der negativ geladenen Hauptelektrode und wirkt dadurch als ein Kollektor für die positiven Ionen, die

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im Inneren de3 Schaltera entstanden sind. Ein äußerer eiektriacher Kreis verbindet den Kondenaationaachirm und die negativ geladene Elektrode, so daß ein positiver Ionenstrom in diesem Kreis fließt,und zwar in einer Größe, die abhängig ist von der vom Kondenaationaachirm aufgenommenen Menge an positiven Ionen. · Durch Mesaen dieses positiven Ionenatromes wird eine Anzeige für den Druck innerhalb dee Schalters erhalten.

Mit dieser bekannten Anordnung ist eine Kontinuierliche Überwachung der Druckverhältnisse im Inneren des Schaltgehäuaea nicht möglich. Außerdem muß der Schalter jeweils vom Hauptschaltkreia abgeschaltet werden, wenn der Druck gemessen werden soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur kontinuierlichen Anzeige der Druckverhältniase in einem Vakuumschalter zu schaffen, die einfach und genau arbeitet, ohne daß während der Anzeige die Punktionafähigkeit des Schalters unterbrochen werden muß. Weiterhin aollen durch die Erfindung Keine oder nur wenige zusätzliche Elemente innerhalb des Schalters erforderlich sein, wie z.B. vakuumdichte Verschlüsse.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß außerhalb dea evakuierbaren Gehäuses ein Meßkreis vorgeaehen ist, der einerseits an einer der Elektroden und einem im Abstand von den Elektroden isoliert angeordneten Eltatnt aus elektriach leitendem Material liegt und andererseits an eine Wechselspannungaquelle verhältnismäßig hoher Spannung angeachloaaen ist und daß der Meßkreia Mittel zur Anzeige einea Stromflusses aufweist.

Al3 isoliert angeordnetes Element kann z.B. der Kondenaationaachirm oder eine zusätzlich durch die Gefäßwandung dea evakuierbaren Gefäßes eingeführte Hilfselektrode dienen. Als Mittel zur Anzeige eines Stromflusses kann z.B. eine Neonröhre, eine Neonröhre in Verbindung mit einem Glasfaser-Lichtleiter oder ein Relais vorgesehen sein.

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In einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Meßkreis vorgesehen, durch den eine Spannung an den Kondensationsschirm und einer der trennbaren Elektroden gelegt wird. Der Strom durch diesen Meßkreis dient zum Anregen einer Neonröhre oder zum Betätigen eines Relais, wenn der Strom außergewöhnlich hoch wird, so daß er eine Anzeige dafür liefert, daß die Vakuumverhältnisse im Inneren des Schaltergehäusee ungenügend sind.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist ein Fiberglaslichtleiter vorgesehen, durch den das sichtbare Licht von den Neonröhren an die Seitenwände des geerdeten Gehäuses übertragen wird, da die Neonröhren an einer verhältnismäßig hohen Spannung liegen und es nicht wünschenswert ist, daß diese in zu engen Kontakt mit dem Arbeitspersonal gelangen. In einer weiteren Ausführungsfo rm der Erfindung wird eine Hilfselektrode in das Vakuumgehäuse eingeführt, die anstelle des Kondensationsschirmes in der oben beschriebenen Weise verwendet wird.

Eine Ausführungsform der Erfindung sieht einen Aufwärtstransformator mit Hochspannungssekundärwicklungen vor.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Ee zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Dreiphasenvakuumsehalter s mit einer Einrichtung gemäß der Erfindung, die einen Fiberglas-Lichtleiter und Neonröhren enthält,

Figur 2 eine schematische Darstellung eines Dreiphasenvakuumschalters mit einer Einrichtung gemäß der Erfindung ohne Fiberglae-Lichtleiter,

Figur 3 eine schematische Darstellung eines Vakuumschalters mit einer Einrichtung gemäß der Erfindung mit einer Hilfselektrode,

Figur 4 eine schematische Darstellung eines Vakuumsehaltere mit einer erfindungegeaäßen Einrichtung mit einem Aufwärtstransformator,

Figur 5 eine sehematisehe Darstellung eines Dreiphasenvakuum-

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Schalters mit einer erfindungsgemäßen Meßeinrichtung mit einem Aufwärtstransformator mit drei sekundären Hochspannungswicklungen,

Figur 6 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Über-Bchlagspannung vom Druck im Inneren des Vakuumsehalters.

In Figur 1 ist ein Vakuumschalter für drei Phasen dargestellt und allgemein mit ^ bezeichnet. Dieser Vakuumschalter setzt sich aus drei einzelnen Vakuumschaltern 2, 3 und 4 zusammen. Wie aus der Figur ersichtlicht ist, besteht jeder Vakuumschalter für sich aus einem vakuumdichten Gehäuse 5» das einen Isolatienamants,l aus einem isolierenden Material und ein Paar metallene Endkappen 6, 7 enthält, die das Gehäuse 5 an beiden Seiten abschließen. Weiterhin ist im Inneren des Gehäuses 5 ein Paar trennbare Elektroden mit den Kontakten 9t 10 angeordnet. Diese Elektroden bestehen aus einem geeigneten leitenden Material, wie z.B. aus Kupfer oder M_olybdän. Die Elektrode 9 ist eine stationäre Elektrode und ist mit der oberen Bndkappe 6 verbunden, wogegen die Elektrode 10 beweglich ausgeführt ist und durch die Öffnung 7a in der unteren Endkappe 7 geführt ist. Zwischen der Endkappe 7 und der beweglichen Elektrode 10 ist ein flexibler metallener Balg vorgesehen, um die Elektrode 10 in vertikaler Richtung bewegen zu können, ohne daß dabei das Vakuum im Inneren des Schalters verschlechtert wird. Der Balg 11 vermittelt außerdem eine leitende Verbindung zwischen der beweglichen Elektrode 10 und der Endkapp· 7.

Wenn die bewegliche Elektrode 10 aus der geschlossenen Stellung in die offene Stellung geführt wird, bildet sich zwischen den Enden der Elektroden 9 und 10 ein Spalt, in dem ein Lichtbogen brennt, durch den, obwohl schnell gelöscht, Material der Elektroden 9 und 10 verdampft wird. Um zu verhindern, daß sich dieses verdampfte Material an den inneren Isolations wanden 5a des Gehäuses 5 kondensiert, ist tin metallener Schirm U vorgesehen, der vorzugsweise zylindrisch ausgeführt ist. Die in Figur 1 gezeigten äußeren elektrischen Verbindungn zwischen den einzelnen Elementen des Schalters sind zum Zwecke der Messung des Vakuums

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- 5 -äußeren innerhalb des/Gehäuse· 25 angeordnet und werden im nachfolgenden einzeln beschrieben. Insbesondere sei darauf hingewiesen, daß der Schalter während der Messung voll funktionsfähig bleibt.

Der Schirm 14 ist von beiden Elektroden 9 und 10 elektrisch isoliert angeordnet. Das Isolationsgehäuse 5 wird von swei koaxial angeordneten Glas- oder Keramikröhren 5b und 5o gebildet. Beide Höhren werden durch Keramik-Metall- oder Glas-Metall-Verachlüsae zusammengehalten, die metallische Scheiben 16 aufweisen und zwischen den sioh gegenüberstehenden Endfläohen der Höhren 5b, 5c angeordnet sind. Sie innere Peripherie der Scheibe 16 ist z.B. durch Schweißen Bit den Schirm 14 verbunden, wodurch dieser vom Gehäuse 5 0»stUtit ist. Die äuBere Peripherie der Scheibe 16 erstreokt sich vorzugsweise radial seitlich nach außen über die äußere Peripherie des Gehäuses 5 wie bei 16a dargestellt ist.

Wenn sich zwischen den beiden Hauptelektroden 9 und 10 ein Lichtbogen ausbildet, werden duroh Verdampfung Metallpartikel frei und werden vom Schirm 14 aufgefangen und kondensieren an diesem.

Die Punktionsfähigkeit des Vakuumschalters hängt wesentlich davon ab, ob der Druok im Inneren des Gehäuses 5 unterhalb von 10~⁴ Torr bleibt. TJm eine kontinuierliche An« β ige zu erreichen, ob der Druck unter diesem Niveau bleibt, ist erfindungsgemäß eine Wechselspannung V an die Elektrode 9 und an den Schirm 14 gelegt. Der Überschlagstrom wird entweder angezeigt duroh visuelle Mittel, wie z.B. eine Lampe, oder durch akustische Mittel, wie z.B. eine Glocke, oder duroh in Betätigungsetzen eines Heiais. Die notwendige Spannung V kann z.B. von den drei zu schaltenden Phasen entnommen werden, entweder zwischen zwei Phasen oder zwischen einer Phase und dem Nulleiter. Wenn der Kreis nicht den genauen Wert der Spannung liefert, kann zusätzlich ein Aufwärts- oder ein Abwärtstransformator verwendet werden.

Der in der Figur 1 dargestellte Schaltkreis 18 für das Meflsyatem 19 benutzt Neonröhren 21 zum Anzeigen des Übersohlagstromea. In der Figur ist eine Dreiphasenspannungsquell© dargestellt;

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jedoch kann der Kreis modifiziert werden. In Figur 1 ist die Spannung V zwischen zwei Phasen entnommen.Die Neonlaep· 21 liegt auf einem hohen Potential gegenüber Erde. Fiberglaa-Lichtleiter 23 sind zwischen die Neonlampe 21 und dem äußeren geerdeten Metallgehäuse 25 zwischengeschaltet. Durch diese Maßnahme wird für genügende elektrische Isolation gesorgt und gleichzeitig die visuelle Beobachtung d«s Lichtes der Neonlampe 21 durch einen Beobacner außerhalb des Gehäuses 25 gewährleistet. (Bezüglich der Glasfaser-Lichtleiter und ihrer Anwendungen wird auf die US-Patentschrift 3 335 367 verwiesen.) Ein Widerstand 27 begrenzt den Überschlagstrom und der Widerstand 29 parallel zur Neonlampe 21 sorgt für die Zündspannung der Neonlampe 21.

In Figur 2 ist als Spannungsquelle E die Spannung zwischen einer Phase und dem Nulleiter vorgesehen. Die Neonlampen 21 sind an dem äußeren Gefäß 25 befestigt, vorausgesetzt daß der Nulleiter auf dem gleichen Potential liegt wie das Gehäuse 25. Aus diesem Grunde sind in diesem Falle keine Fiberglas-Lichtleiter 23 erforderlich.

In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, den Schirm 14 nicht als eine der Elektroden für den Überschlagtest zu verwenden. In diesem Falle ist eine andere Elektrode 31, wie es in Figur 3 dargestellt ist, im Inneren des Schalters vorgesehen. Jetzt wird die Testspannung an die Elektrode 10 und an die zusätzlich eingeführte Elektrode 31 gelegt. Die Elektrode 31 kann kugelförmig, spitzenförmig oder plattenförmig ausgebildet sein. Der Abstand D zwischen den Elektroden 10 und 31 ist in Abhängigkeit von der gewünschten Überschlagspannung bei Drücken größer als 10 Torr eingestellt. Im anderen Fall ist der Abstand D so ausgewählt, daß die Überschlagspannung bei Drücken um 10 ^J Torr größer ist als bei Atmosphäredruck. Deshalb wird der Schaltkreis anzeigen, wenn der Druck P zwischen einem Wert oberhalb 10~⁴ Torr bis mindestens Atmosphäredruck liegt. Die Leitung 31a zur zusätzlichen Elektrode 31 ist durch die Glaswandung 5* des SchalterB 1a hindurchgeführt.

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■ In Figur 4 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die einen Aufwärtstransformator 4_I zur Lieferung einer · verhältnismäßig hohen Spannung über einen Widerstand 42 zwischen dem Kondensationsschirm 43 und einer der Elektroden 44 des VaKuumschalters 45 aufweist. Eine Neonlampe 48 ist in Parallelschaltung zu einem Widerstand 50 vorgesehen, der im Niederspannungskreis £2_ zwischen der Phase und dem Nulleiter liegt. Die Arbeitsweise dieser modifizierten Meßeinrichtung £EJ ist im allgemeinen die gleiche, wie sie bereits oben beschrieben wurde, nämlich so, daß der Teilchenstrom zwischen dem Kondensationsschirm 43 und der Elektrode 44 einen genügend hohen Spannungsabfall hervorruft, so daß die Neonlampe angeregt wird und so die Druckverhältnisse im Inneren des evakuierten Gehäuses 60 anzeigt.

In Figur 5 ist schematisch ein Aufwärtstransformator 61 dargestellt, der drei HochspannungsSekundärwicklungen 62, 63 und 64 besitzt. Jeweils eine Sekundärwicklung ist an eine Elektrode und den Kondensationsschirm 14 der drei einzelnen Vakuumschalter 65, 66 und 67 gelegt.

Um den Zustand des Vakuums in, allen drei Schaltern 65, 66 und 67 zu bestimmen, wird die hohe Spannung, wie es anhand der Figur 1 bereits beschrieben wurde, angelegt. Fließt ein merklicher Strom, dann ist eine TeilSekundärwicklung kurzgeschlossen| dadurch fließt im Primärkreis 68 ein Strom, der auf ein Relais 69 einwirkt. Dieses Relais 69 öffnet seine Kontakte 70 und bringt das Alarmrelais 71 zum Abfallen. Die Ruhekontakte 72 des Relais 71 schalten einen Alarnutreis ein. So ist eine dauernde Beobachtung des Vakuumzustandes bzw. Druckzustandes in allen drei Vakuumschaltern möglich.

In Figur 6 ist ein Diagramm dargestellt, das die Abhängigkeit der Überschlagspannung zwischen dem Schirm 14 und der Elektrode 9 vom Druck P innerhalb eines Vakuumschalter darstellt. Auf der Absziase ist der Logarithmus P in Torr und auf der Ordinate der Mittelwert der überechlagspannung in Kilovol't abgetragen. Die Elektroden 9 und 10 des Schalters waren bei den Kessungen in ge-

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achlossener Position und eine 60 Hz-Spannung wurde zwischen den Schirm H und die Elektroden 9 und 10 gelegt. Diese Spannung wurde mit einer Geschwindigkeit von 1,4 kV pro SeKunde gesteigert, bis ein Überschlag eintrat. Jeder Punkt auf der Kurve stellt den mittleren Wert von zwanzig Versuchen dar. In dem Fall, in dem die Überschlagspannung niedriger ist als 20 kV, ist die Funktionsfähigkeit des Schalters als BChlecht anzusehen. Tritt der Überschlag oberhalb 20 kV auf, so ist die Funktionsfähigkeit des Schalters gut.

8 Patentansprüche
6 Figuren

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Claims

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Patentansprüche

1, Einrichtung zur kontinuierlichen Anzeige der Druckverhältnisse in einem Vakuumschalter, der aus einem evakuierbaren Gehäuse besteht, in dessen Innerem zwei sich gegenüberstehende und von einem Kondensationsschirm umgebene Elektroden angeordnet sind, von denen einen beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, dafl außerhalb des evakuierbaren Gehäuses (5) ein Meßkreis (19) vorgesehen ist, der einerseits an einer der Elektroden (9, 10) und einem im Abstand von den Elektroden (9, 10) isoliert angeordneten Element (14, 31) aus elektrisch leitendem Material liegt und andererseits an eine Wechselspannungsquelle (V) verhältnismäßig hoher Spannung angeschlossen ist und daß der Meßkreis (19) Mittel zur Anzeige eines Stromflusaea aufweist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensationsschirm (14) als isoliert axipordnetes Element dient.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hilfselektrode (31) als isoliert angeordnetes Element dient.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dafl als Wechsel3pannungaquelle (V) die vom Schalter zu schaltende Wechselspannung dient.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Stromanzeigemittel eine Neonröhre (21, 48) vorgesehen ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Verbindung mit der Neonröhre (21) ein Glasfaser-Lichtleiter (23) vorgesehen ist.

7. Einrichtung na,eh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Wecheelspannungsquelle (V) die Hochspannungswickiungen eines

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Aufwärtstranafomiators (41, 61) dienen.

8. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Neonröhre (48) in Parallelschaltung mit einem ohmschen Widerstand (50) im Niederspannungskreis (52) eines Aufwärtstransformators (41) liegt.

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