DE2743755C2

DE2743755C2 - Vorrichtung zur Lecküberwachung für Vakuum-Leistungsschalter

Info

Publication number: DE2743755C2
Application number: DE2743755A
Authority: DE
Inventors: Francis Milton Carmel Calif. Howe; Simon Fremont Calif. Yin
Original assignee: HOWE-YIN RESEARCH Co FREMONT CALIF US
Current assignee: HOWE-YIN RESEARCH Co FREMONT CALIF US
Priority date: 1976-09-30
Filing date: 1977-09-29
Publication date: 1981-09-17
Also published as: JPS58103730A; IT1084549B; JPS5919403B2; DE2743755A1; JPS58103731A; CA1084996A; JPS5343875A; US4103291A; GB1576539A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Lecküberwachung für" Vakuum-Leistungsschalter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer bereits bekannten Vorrichtung dieser Art (DE-AS 16 40 209, US-PS 34 03 297) erfolgt eine Lecküberwachung nur während des Schließzustandes der Leistungsschalterkontakte, wogegen bei deren Öffnungszustand der Überwachungsstromkreis unterbrochen ist. Sind die Leistungsschalterkontakte geschlossen, so wird ihre öffnung im Falle des Ansprechens des Überwachungsstromkreises durch öffnung eines Hilfsschalters verhindert Sinti dagegen

ίο die Leistungsschalterkontakte geöffnet, so wird deren Schließung bei Druckabfall nicht verhindert

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine der eingangs genannten Gattung entsprechende Vorrichtung zu schaffen, bei der eine zuverlässige und stets,

ρ auch im geöffneten Zustand der Leistungsschalterkontakte, wirksame Überwachung des Vakuums erfolgt

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst
Möglichkeiten zur vorteilhaften weiteren Ausgestaltung einer solchen Vorrichtung sind in den Patentansprüchen 2,3 und 4 angegeben.

Vorrichtungen nach Anspruch 3 und 4 bieten den besonderen Vorteil der Möglichkeit, festzustellen, ob ein Leck in der Öffnungs- oder in der Schließstellung des in einem in Betrieb befindlichen Stromkreis angeordneten Vakuum-Leistungsschalters auftritt. Wenn ein Leck bei einem nicht geerdeten Dreiphasensystem in der Öffnungsstellung der Kontakte angezeigt wird, kann der Vakuum-Leistungsschalter ohne Gefahr von Funken-

jo oder Lichtbogenentwicklung ausgebaut und ersetzt werden. Wenn aber in einem geerdeten Dreiphasensystem ein Leck in der Schließstellung der Kontakte eines Schalters auftritt, muß zuerst die Spannung auf der Speiseseite des Leistungsschalters abgeschaltet werden, damit Ausbau und Ersatz des Schalters ermöglicht werden. Wenn die Schaltung nicht abgeschaltet wird, tritt bei Ausbau des Schalters eine Lichtbogenentwicklung auf, durch welche die Anlage beschädigt wird.
Im übrigen wird dadurch, daß der Leckdetektor ständig an der Netzspannung des Leitungssystems liegt, in dem die Kontakte des Leistungsschalters angeordnet sind, eine kontinuierliche Überwachung des oder der Vakuum-Leistungsschalter eines ein- oder mehrphasigen Leitungssystems gewährleistet.

Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Vakuum-Leistungsschalter, der mit einer Vorrichtung zur Lecküberwachung gemäß rier Erfindung versehen ist,

F i g. 2 den Schaltplan einer Wechselspannungs-Brükkenschaltung des Leckdetektors einer solchen Vorrichtung und

Fig. 3 den Schaltplan einer Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Lecküberwachung für die in je einer Phase eines Dreiphasensystems angeordneten Vakuum-Leistungsschalter.

Fig. I zeigt einen Vakuum-Leistungsschalter mit einer Metallabschirmung 21, einem Vakuumgehäuse 11 mit einer zylindrischen isolierenden Ummantelung 12 aus Keramik oder Glas und metallischen Endwänden 13, 14, die durch Vakuumdichtungen 16, 17 hermetisch gegen die Ummantelung 12 abgedichtet sind. Die Vakuumdichturigeri 16 und 17 können aus Kovar bestehen, das mit den Endwänden 13 und 14 und der Ummantelung 12 verkittet oder verklebt ist. Die Ummantelung 12 weist zwei Abschnitte 12a und 126 auf, zwischen denen eine ringförmige Halterung 19 abgedichtet angeordnet ist, weiche zur Befestigung der

Metallabschirmung 21 dient

Die Endwand 14 trägt eine feststehende Elektrode 22 mit dem einen Leistungsschalterkontakt 23. Die Endwand 13 trägt eine bewegliche Elektrode 24 mit dem zweiten Leistungsschalterkontakt 27 und ist durch einen einseitig mit der Endwand 13 verbundenen Balg 26 abgedichtet verbunden. Durch Verstellen der Elektrode 24 können die Leistungsschalterkontakte 23 und 27 geschlossen und geöffnet werden.

Der Vakuüm-Leistungsschalter liegt hier in der Spannung führenden Leitung 31 eines einphasigen Leitungssystems, das aus der Stromquelle 33 gespeist wird und dessen Masse- oder Nulleiter von der Leitung 32 gebildet wird. Zwischen der Leitung 32 und der Metallabschirmung 21 ist der Leckdetektor 34 angeordnet. Die Metallabschirmung ist mit den Elektroden des Vakuum-Leistungsschalters durch den (fiktiven) Leckwiderstand 36 und die Streukapazität 37 gekoppelt

Fig.2 zeigt die Einzelheiten eines geeigneten Leckdetektors. Dieser besteht aus einer abgeglichenen Brückenschaltung mit vier Zweigen 41, 42, 43 und 44. Zwei sich gegenüberliegende Klemmen 46 und 47 sind mit der Spannung führenden Leitung 31 bzw. dem Masse- oder Nulleiter 32 verbunden, während die beiden anderen, sich ebenfalls gegenüberliegenden Klemmen 48 und 49 mit einer Abtast- und Kopplungs schaltung 51 verbunden sind. Der Leckwiderstand 36 und die Streukapazität 37 sind in dem Brückenzweig 41 dargestellt. Der Kondensator 52 und der Widerstand 5$ liegen in dem Brückenzweig 42; ihre Werte sind so bemessen, daß sie praktisch denen des Leckwiderstandes und der Streukapazität gleich sind. In den Brückenzweigen 43 und 44 sind Widerstände praktisch gleicher Größe angeordnet, so daß die Brückenschaltung unter normalen Betriebsbedingungen abgeglichen ist und kein Ausgangssignal an die Abtastschaltung 51 abgegeben wird. Beim Auftreten eines Lecks werden innerhalb des Vakuumgehäuses 11 Ionen gebildet. Sie führen aufgrund der Änderung des Leckwiderstandes zu einem Ungleichgewicht der Brücke. Der Ausgangsstrom dei Brücke ändert sich daher nach Phase und Größe. Die Abtast- und Kopplungsschaltung 51 kann eine Phasendetektorschaltung oder eine Atiplitudendetektorschaltungsein.

Die hier dargestellte Ausführungsform der Abtastschaltung besteht aus einer Leuchtdiode 56, die beim Ansprechen einen als Detektor dienenden Fotowiderstand 57 bestrahlt, der mit einer Speisespannungsquelle 54 verbunden ist. Der Stromdurchgang innerhalb der Schaltung ist abhängig von der Beleuchtungsstärke des Fotowiderstandes. Von einem in Reihe mit dem Fotowiderstand 57 geschalteten Widerstand 55 kann eine Ausgangsspannung abgegriffen werden, die das Vorhandensein eines Lecks anzeigt. Gewünschtenfalls können die Klemmen 48,49 der Brückenschaltung auch mit einer Abtastschaltung von komplizierterem Aufbau wie z. B. Amplituden- und Phasenmeßkreis verbunden sein.

Das Anzeige- oder Logiksignal ist von den Hochspannungssignalen in der Brückenschaltung und im Stromkreis durch eine Lichtkupplung (optische Kupplung) getrennt. Es lassen sich auch andere Kopplungsarten wie z. B. eine mittels eines abgeschirmten Übertragers Verwenden, dessen Primärwicklung mit den Klemmen 48 und 49 und dessen Sekundärwicklung mit dem Detektor oder siiier Anzeigevorrichtung verbunden ist

Als Beispiel für die Möglichkeit der Lecküberwachung mehrerer in den einzelnen Phasen eines mehrphasigen Leistungssystems angeordneter Vakuum-Leistungsschalter zeigt Fig.3 ein Dreiphasensystem in Sternschaltung mit einer Dreiphasenlast Die Eingangsklemmen Φ 1, Φ 2 und Φ 3 sind mit den

■-, Primärwicklungen 61, 62, 63 eines Transformators 64 verbunden, dessen Sekundärwicklungen 66, 67, 68 in Sternschaltung angeordnet sind, wobei der Sternpunkt 69 durch eine Überbrückung 71 geerdet sein kann. Die Sekundärwicklungen des Transformators sind mit Lastimpedanzen 72, 73 und 74 verbunden, die gleichfalls in Sternschaltung angeordnet sind, wobei der Sternpunkt über eine Überbrückung 72 geerdet sein kann.

In jeder der Dreiphasenleitungen sind Vakuum-Leistungsschalter 76, 77 und 78, wie oben beschrieben,

π angeordnet Außerdem sind zwischen den Abschirmungen dieser Vakuum-Leistungsschalter und jeweils einer anderen Phase des Leitungssystems Leckdetektoren 81, 82, 83, wie oben beschrieben, vorgesehen, die somit je durch die Spannung zwischen zwei Phasen des

>n Leitungssystems gespeist werden. Die Ausgänge der Leckdetektoren sind über je ein Kr pelglied 86, 87, 88, das zur Trennung des I iochspannun^jS'stcrns von dem mit Niederspannung betriebenen Teil dient, mit je einem Lichtbogenanzeigeglied 91, 92 bzw. 93 verbunden. Bei

.>> einwandfreiem Vakuum der drei Vakuum-Leistungsschau^ 76, 77, 78 bestehen die Ausgangssignale der Koppelglieder 86, 87 und 88 aus je einem logischen Wert Null (0 Volt). Daher spricht dann keines der Anzeigeglieder 91,92 und 93 an.

ju Während des öffnens oder Schließ?ns der Vakuum-Leistungsschalter liegt Hochspannung an deren Kontakten an. Dabei wird das Gleichgewicht der Leckdetektoren kurzzeitig geslört, weil die in jedem Vakuum-Leistungsschalter auftretende Lichtbogenentwicklung und

j') die dadurch verursachte Freisetzung von Teilchen eine kurzzeitige Leitfähigkeit und infolgedessen ein Ungleichgewicht der Brückenschaltung zur Folge hat. Daher entsteht am Ausgang jedes Koppelgliedes 86,87, 88 ein Ausgangssignal in Form einer logischen Fins (I).

Dadurch werden die Anzeigeglieder 91, 92, 93 kurzzeitig zum Aufleuchten gebracht. Dieses kurzzeitig. Aufleuchten bedeutet aber lediglich, daß die Leckdetektoren die Koppelglieder und die Anzeigeglieder einwandfrei arbeiten.

4Ί Von den Anzeigegliedern 91, 92, 93 fuhrt je eine Leitung zu einer Torschaltung Ai, Λ 2, A3 und von dieser aus über eine Logikschaltung mit Toren oder Gattern A4 bis /4 12 und eine Reihe von hierdurch selektiv in Abhängigkeit von unterschiedlichen Be-

■io triebszuständen eines Störungsfalles steuerbaren FaII-klappenmeldern % bis 99 sowie einer allen Vakuum-Leistungsschaltern 76 bis 78 gemeinsam zugeordneten Alarmvorrichtung 101. Der jeweils zweite Eingang der Torochalter oder Gatter Ai, 4 2, Λ 3 ist über ein ODER-Gatter /?4 und einen Inverter /1 mit Schaller-Stellwicklungen JQ2 und 103 verbunden. Die Logikschaltung enthält ferner ODER-Gatter Pi. R2. /?3 und Inverter /2 bis /6 zur Einführung zusätzlicher Signale in Abhängigkeit davon, ob das dreiphasige Leitungssystem geerdet oder nit lit geerdet ist und ob die Vakuum-Leistungsschalter sich in der Öffnungs- oder in der Schließstellung befinden.

Das ODER'Gatter A4 und der Inverter /I verhindern eine Betätigung der Fallklappenmelder Und

der Alarmvorrichtung 101 beim Anlegen eines öffnungen oder Schlußsignals an die zum öffnen oder Schließen der Vakuum-Leistungsschalter dienenden Wicklungen 102, 103 liefern die ODER-Gatter Λ 4

jeweils ein logisches Ausgangssignal 1. Dieses wird durch den Inverter /1 zu einer logischen 0. Die Ausgänge der Gatter A I, Ai, A3 liefern daher bei Anlegen eines Öffnungs- oder Schließbefehls an die Schalter unabhängig von den Ausgangssignalen der Leckdetektoren das logische Ausgangssignai 0. Darhit sind die Ausgänge der Leckdetektoren bei jedem Öffnen oder Schließen der Vakuum-Leistungsschalter von der Logikschaltung getrennt.

Bei Auftreten eines Lecks in einem der drei Vakuum-Leistungsschalter des Systems, z. B. in dem Schalter 76, arbeitet die Logiksteuerschaltung wie folgt: Das Logiksignal 0 aus dem Leckdetektor 81 ruft ein Logiksignal 1 am Koppelglied 88 hervor. Dieses bringt das Anzeigeglied 93 zum Aufleuchten und liegt außerdem an einem Eingang des UND-Gatters A 1 an. Sofern nun weder ein Schließ- noch ein Öffnungssignal an den Schalterstellwicklungen 102, 103 angelegt ist, befinden sich beide Eingänge des ODER-Gatters R 4 auf dem Logikweri 0. Das Lugiksignui 0 de» Gäiiers R 4 wird durch den Inverter /1 zu einem Logiksignal 1 invertiert und an das UND-Gatter A 1 angelegt. Dieses führt ein Logiksignal I als Ausgangssignal, das an das ODER-Gatter R1 angelegt wird, so daß dessen Ausgangssignal ebenfalls ein Logiksignal I ist.

Unter der Annahme, daß die Schalter 77 und 78 keinen Vakuumverlust haben und die Ausgänge ihrer Leckdetektoren den Logikwert 0 aufweisen, sind die Ausgänge der UND-Gatter A 2 und A 3 Logiksignale mit dem Wert 0. Die Ausgänge der UND-Gatter A4. A 5 und A 6 befinden sich daher ebenfalls auf dem Logikwert 0. Die Logiksignale 0 der Gatter A 4. A 5 und A 6 gelangen an die Eingänge des ODER-Gatters R2, so daß dessen Ausgangssignal den Logikwert 0 hat. In entsprechender Weise führt ein Leck an einem der beiden anderen Vakuum-Leistungsschalter stets dazu, daß das ODER-Gatter R 1 ein Logiksignal 1 und das ODER-Gatter R 2 ein Logiksignal 0 aufweist.

Handelt es sich beispielsweise um ein geerdetes Leitungssystem, so nimmt der Schalter 5Wl die untere An Schaltstellung ein. so daß dem Inverter /4 ein Logiksignal 0 zugeführt wird. Das Logiksignal 1 am Auieane des Inverters /4 lieet dann an einem Eingang des Gatters A 7 an. Der andere Eingang des Gatters A 7 ist mit dem Ausgang des Gatters R 1 verbunden. Wie 4¹; bereits festgestellt, ist das Ausgangssignal des ODER-Gatters /? 1 eine logische 1. Beide Eingänge des UND-Gatters A 7 führen daher das logische Ausgangssignal 1 und der Ausgang des UND-Gatters 4 7 ist gleichfalls eine logische 1 Das logische Ausgangssignal so 1 des IfND Gatters 4 7 wird an das ODER-Gatter /?5 angelegt, so daß Hessen Ausgang ebenfalls eine logische 1 ist. Diese logische I wird, wie dargestellt, an die beiden UND-Gatter/ 11 Und A 12 gelegt.

Wenn sich der Schalter in der Öffnungsstellung befindet, steht der entsprechende Hilfsschatter in seiner oberen Stellung und legt ein logisches Signal 1 an den Inverter 15 an. Das logische Ausgangssignal 0 des Inverters 15 wird dann durch den Inverter 16 zu einer logischen 1 invertiert, welche an das UND-Gattter A 11 angelegt wird. Zusammen mit dem logischen Eingangssignal 1 vom ODER-Gatter 5 erscheint am UND-Gatter A 11 das logische Ausgangssignal I₁ welches den Fallklappenmelder 97 zum Ansprechen bringt und die Alarmvorrichtung über das ODER-Gatter R3 ansteuert. Mit Hilfe der Fallklappenmelder kann einer Bedienungsperson angezeigt werden, weiche Abhilfemaßnahmen im Störungsfall zu treffen sind. Solche Anzeigemöglichkeiten sind in der nachfolgenden Tabelle veranschaulicht.

Tohollp

Fallkluppen- Beschriftung
mcldcr

I) Schalter nicht ausbauen.
97 2) Strom sofort abschalten.

3) Schalter zur Reparatur ausbauen.

1) Schalter nicht öffnen.

2) Strom sofort abschalten.

3) Schalter öffnen.

4) Schalter zur Reparatur ausbauen.

1) Schalter zur Reparatur ausbauen.

1) Schalter öffnen.

2) Schalter zur Reparatur ausbauen.

99 J-, Der Fallklappenmelder 97 zeigt der Bedienungsperson in der richtigen Reihenfolge die zu treffenden Abhilfsmaßnahmen für einen einzigen, in der Öffnungsstellung befindlichen Schalter in einem geerdeten Dreiphasensystem an.

Wenngleich vorstehend nur die Arbeitsweise der Logiksteuerschaltung beim Auftreten eines Lecks in einem einzigen Schalter, und zwar bei einem geerdeten Dreiphasen-Leitungssystem, beschrieben wurde, die zum Ansprechen der Fallklappe 97 führt, so ist doch für den Fachmann unschwer erkennbar, in welcher Weise die Schaltung beim Auftreten von Lecks unter anderen Kombinationen von Umständen arbeitet, welche das Ansprechen der Fallklappenmelder 96, 98 oder 99 zur Folge haben.

Hierzu 2 HUiIt Zeichnungen

Claims

97 Aq 7RR Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Lecküberwachung für Vakuum-Leistungsschalter mit einem ortsfesten und einem bewegbaren Kontakt, der zwei Endstellungen aufweist und von einer Betätigungsvorrichtung betätigbar ist, mit einer metallischen Abschirmelektrode und mit einem elektrischen Leckdetektor, von dem im Falle eines Lecks ein Steuersignal über eine Leitungsverbindung an eine Alarmvorrichtung abgebbar ist, und mit einer Sperrschaltung, die in definierten Schaltzuständen des Vakuum-Leistungsschalters die Abgabe des Steuersignals verhindert, dadurch gekennzeichnet, daß der Leckdetektor (34) ständig an der Netzspannung des Leitungssystems (31, 32) liegt, in dem die Kontakte (23, 27) des Leistungsschalter angeordnet sind, und daß im Zuge der Leitungsverbindung die Sperrschaltung liegt, die aus einer Torschaltung (A 1 bzw. A 2 bzw. A T. besteht, an deren einen Eingang die Leitungsverbindung angeschlossen ist und deren anderer Eingang elektrisch mit der Betätigungsvorrichtung verbunden ist, von der beim Betätigen des Vakuumschalters ein elektrisches Signal abgegeben wird, mit der die Torschaltung sperrbar ist und damit den Durchgang des Steuersignals in den beiden Endstellungen des bewegoaren Kontaktes (27) freigibt, ihn aber beim öffnen und Schließen unterbindet

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, Haß der Leckdetektor (34) eine Brückenschaltung mit vier Zweigen aufweist, bei der ein Brückenzweig (41) den a.i Leckwiderstand (36) dienenden Scheinwiderstand, gebildet aus der Parallelschaltung der Streut ipazität (37) und des fiktiven ohmschen Widerstandes (36) zwischen dem spannungsführenden Kontakt (24) und der Abschirmelektrode (21) des Vakuumschalters (11), enthält und bei der zwei sich gegenüberliegende Klemmen (46,47) jeweils mit der Spannung führenden Leitung (31) bzw. dem Null-Leiter (32) des Leitungssystems und die beiden anderen Klemmen (48, 49) mit einer Abtast- und Kopplungsschaltung (56 bzw. 51) verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Lecküberwachung für mehrere in den einzelnen Phasen eines mehrphasigen Leitungssystems angeordnete Vakuum-Leistungsschalter, dadurch gekennzeichnet, daß den Vakuum-Leistungsschaltern (76, 77, 78) je ein Leckdetektor (81, 82, 83) und je eine Torschaltung (A 1, A 2, A 3) in getrennten Leitungsverbindungen zugeordnet und die Ausgänge der Torschaltung (A 1. A 2, A3) mit einer gemeinsamen Alarmvorrichtung (101) verbunden sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindung zwischen den Ausgängen der Torschaltungen (A 1, A 2, A 3) und der Alarmvorrichtung (101) eine Logikschaltung (A 4 bis A 12) und eine Reihe von hierdurch selektiv in Abhängigkeit von unterschiedlichen Betriebszuständen eines Störüngsfälles steuerbaren Fallklappenmeldern (96 bis 99) Vorgesehen sind.