DE3643672C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung der Vakuumschaltkammer eines Vakuumschalters und eine Ein­ richtung zur Durchführung des Verfahrens.

Vakuumschaltkammern sind in Vakuumschaltern das eigent­ liche Schaltelement zum Verbinden und Unterbrechen von elektrischen Leitungen im stromlosen Zustand oder unter Last. Im Inneren dieser Vakuumschaltkammern sind meist zwei Kontakte angeordnet, von denen einer beweglich ist. Im geschlossenen Zustand berühren sich die Kontakte und im geöffneten Zustand befindet sich zwischen den Kontak­ ten eine Vakuumstrecke, die die Trennfunktion übernimmt und eine entsprechende Isolationsfestigkeit aufweisen muß.

Bei Öffnen des Schaltgerätes unter Last (Ausschalthand­ lung) bildet sich nach der Trennung der Kontakte zwi­ schen diesen ein Lichtbogen aus, der bei ausreichendem Kontaktabstand im folgenden Stromnulldurchgang ver­ lischt. Sowohl das Verlöschen des Lichtbogens im Vakuum im Nulldurchgang des Stromes als auch die dielektrische Festigkeit der Vakuumstrecke im geöffneten Zustand des Schaltgerätes sind nur dann sichergestellt, wenn das Vakuum einen Mindestdruck hat, der in der Größenordnung­ von 10^-4 mbar beträgt. Üblicherweise ist der Druck in einer Kammer niedriger, und zwar im Neuzustand nach Kon­ ditionierung etwa 10^-10 mbar, so daß ein einwandfreies Funktionieren sichergestellt ist. Sollte jedoch durch einen Defekt, der beispielsweise durch eine mechanische Beschädigung der Vakuumschaltkammer auftreten kann, der Druck im Inneren der Kammer auf Umgebungsdruck anstei­ gen, so ist das Schaltgerät nicht mehr funktionsfähig, weil die in Luft erforderliche Isolierstrecke nicht mehr gegeben ist und weil keine Lichtbogenlöschung stattfin­ den kann.

Daher werden die Vakuumschaltkammern eines Vakuumschal­ ters vor dessen Inbetriebnahme überprüft. Diese Überprü­ fung wird bereits im Herstellerwerk vorgenommen.

Es ist bekannt, zur Überprüfung des Vakuums eine Innen­ druckbestimmung mittels Magnetroneinrichtung vorzuneh­ men. Dabei wird die zu prüfende Schaltkammer in das In­ nere einer stromdurchflossenen Spule eingebracht und es wird der Ableitstrom bei Anlegen einer Spannung an die geöffnete Vakuumstrecke gemessen. Die Höhe dieses Ab­ leitstromes steht in direktem Verhältnis zur Anzahl der Restgasmoleküle und stellt so ein Maß für den Druck in der Schaltkammer dar, wodurch durch vergleichende Mes­ sungen nach einer festgelegten Lagerzeit auf die Dich­ tigkeit der Schaltkammern geschlossen und über den je­ weilen Einsatz entschieden werden kann (siehe Calor- Emag-Mitteilungen, Heft 1/2, 1986, Seite 33 bis 38, ins­ besondere Seite 35). Dieses sehr genaue Verfahren ist jedoch für die Prüfung von Vakuumschaltkammern am fertig montierten Schaltgerät nicht geeignet.

Die Überprüfung der Dichtigkeit von Vakuumschaltkammern an fertig montierten Schaltgeräten bzw. bei in Anlagen eingebauten Schaltgeräten geschieht deshalb üblicherwei­ se durch eine Messung der Gleichspannungsfestigkeit der geöffneten Vakuumschaltstrecke. Eine intakte Schaltkam­ mer hat eine signifikant größere Gleichspannungsfestig­ keit als eine mit Luft gefüllte defekte Schaltkammer. Entsprechende Prüfgeräte, mit denen die Dichtigkeit nach diesem Verfahren überprüft werden kann, sind bekannt. In SF₆-Gas eingebaute Schaltkammern können jedoch nach die­ sem Prinzip kaum überprüft werden, da die Gleichspan­ nungsfestigkeit einer mit SF₆ gefüllten und einer intak­ ten Vakuumschaltkammer vergleichbar ist und daher nicht als Entscheidungskriterium herangezogen werden kann. Bei SF₆-Überdruck kann eine defekte, mit SF₆ gefüllte Va­ kuumschaltkammer sogar eine höhere Gleichspannungsfe­ stigkeit aufweisen als eine intakte Schaltkammer. Zu­ sätzlich sind auch wegen der erforderlichen Prüfhoch­ spannung besondere Vorsichtsmaßnahmen bei der Prüfung erforderlich, wodurch infolge des notwendigen Isolati­ onsaufwandes das Gerät, mit dem dieses Verfahren durch­ geführt werden kann, vergleichsweise teuer ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überprüfung des Vakuums von Vakuumschaltkammern zu schaffen, das sowohl bei in Luft befindlichen als auch bei in SF₆-Atmosphäre eingebauten Vakuumschaltern an­ wendbar ist; dabei soll auch eine Einrichtung zur Durch­ führung des Verfahrens angegeben werden, bei der die Bedienung einfach und problemlos ist, da Hochspannung nicht benötigt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei dem Verfahren zum Prüfen einer Vakuumschaltkammer eines Vakuumschalters ein hochfrequenter Strom an die geschlossene Vakuumschaltkammer angelegt wird und nach einer bestimmten Zeitdauer die Schaltkontakte der Va­ kuumschaltkammer geöffnet werden, und daß der nach Öff­ ung der Schaltkontakte ggf. noch fließende Strom detek­ tiert wird.

Erfindungsgemäß wird die Tatsache ausgenutzt, daß eine intakte Vakuumstrecke eine erheblich größere Wiederver­ festigungsgeschwindigkeit hat als eine gleiche, mit Luft oder SF₆ gefüllte Strecke, und daß demzufolge ein in einer solchen Strecke frei brennender Hochfrequenzlicht­ bogen im Vakuum beim ersten Stromnulldurchgang ver­ lischt, während er in Luft oder SF₆ auch bei nur gerin­ ger Speisespannung weiterbrennt. Die Höhe des Stromes ist vorteilhaft so zu bemessen, daß nach Öffnen der Kon­ takte ein diffuser Lichtbogen brennt.

Man kann daher festhalten, daß dann, wenn nach Öffnen der Schaltkontakte vom nächsten oder übernächsten Null­ durchgang ab nach Erreichen einer ausreichenden Trenn­ strecke zwischen den Kontakten kein Strom mehr fließt, die Schaltkammer intakt ist, wogegen dann, wenn nach Öffnung der Schaltkontakte noch über mehrere Stromnull­ durchgänge hinweg Strom fließt, die Schaltkammer defekt ist. Dabei ist also zu berücksichtigen, daß je nach Fre­ quenz des Stromes der Trennabstand der Schaltkontakte erst dann ausreichend groß ist, wenn ggf. ein oder zwei Stromnulldurchgänge erfolgt sind.

Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist er­ findungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den Schaltkontakten zur Erzeugung des hochfrequenten Stromes eine Reihenschaltung einer Induktivität und ei­ ner von einem Ladegerät aufladbaren Kapazität vorgesehen ist und daß zwischen der Kapazität und der Induktivität ein Schalter zum Einschalten des dadurch gebildeten Schwingkreises vorgese­ hen ist.

Solange die Kontakte der Vakuumschaltkammer noch ge­ schlossen sind, fließt der hochfrequente Strom nahezu ungedämpft, und nach Öffnen der Kontakte reicht ein kur­ zer Zeitbereich aus, in dem das Verlöschen oder Nicht­ verlöschen des nun durch den entstandenen Lichtbogen gedämpften Hochfrequenzstromes erkannt werden kann. Die innerhalb der aufladbaren Kapazität zu speichernde Ener­ gie ist deshalb gering, wodurch vorteilhaft eine Ein­ richtung zur Durchführung des Verfahrens mit kleiner Baugröße und geringem Gewicht aufgebaut werden kann. Damit können kleine kompakte tragbare Meß- bzw. Prü­ fungseinrichtungen geschaffen werden.

In vorteilhafter Ausgestaltung ist zusätzlich ein Steu­ ergerät zum automatischen Betätigen des Ladegerätes, der Schaltkammer und des Antriebs des Vakuumschalters vorge­ sehen, wodurch der Prüfvorgang automatisiert ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen und weitere Vorteile näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Einrichtung und

Fig. 2 Zeit-Stromdiagramme einer intakten und defek­ ten Schaltkammer.

Die Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Prüfgerät 10, das zwei Anschlußklem­ men 11 und 12 aufweist, an denen eine Vakuumschaltkammer 13 mit zwei Schaltkontakten 14 und 15 angeschlossen ist. Der Schaltkontakt 15 ist der bewegliche Schaltkontakt, der von einem Antrieb 16 über eine Antriebsstange 17 angetrieben wird. Die Vakuumschaltkammer 13 ist eine übliche Vakuumschaltkammer, wie sie überall in Vakuum­ schaltern eingebaut ist.

Das Prüfgerät 10 enthält eine Induktivität 20 und eine Kapazität 21, die beide in Reihe geschaltet sind und zwischen denen sich ein Schalter 22 befindet. In Reihe mit der Kapazität 21 ist ein Meßwiderstand 23 geschal­ tet, dessen Funktion weiter unten erläutert wird. Die Reihenschaltung der Induktivität 20, des Schalters 22, der Kapazität 21 und des Widerstandes 23 ist mit jeweils einem Ende an die Anschlußklemme 11 und mit dem anderen Ende an die Anschlußklemme 12 angeschlossen.

Parallel zur Kapazität 21 ist ein Ladegerät 24 geschal­ tet, das die Kapazität 21 aufladen soll. Parallel zum Meßwiderstand 23 befindet sich eine den Spannungsabfall am Meßwiderstand 23 erfassende Meßeinrichtung 25, die mit einem Anzeigegerät 26 verbunden ist. Am Anzeigegerät 26 wird das bewertete Ergebnis der in der Meßeinrichtung 25 durchgeführten Auswertung angezeigt.

Das Prüfgerät 10 besitzt eine Steuereinrichtung 27, die auf das Ladegerät 24, den Schalter 22, den Antrieb 16 und die Meßeinrichtung 25 jeweils mit strichlierten Li­ nien 28, 29, 30 und 31 dargestellt einwirkt.

Parallel zu den Schaltkontakten 14, 15 der Vakuumschalt­ röhre kann gegebenenfalls eine Steuerkapazität 35 (punk­ tiert in Fig. 1 dargestellt) geschaltet werden, durch die der Spannungsanstieg nach einer Bogenlöschung beein­ flußt werden kann.

Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist wie folgt:

Zu Beginn des Prüfvorgangs für die Vakuumschaltkammer 13 sind die Schaltkontakte 14 und 15 zu schließen, was über die Steuereinrichtung 27 durch Betätigung des Antriebes erfolgt. Kurz nach Schließen der Schaltkontakte 14 und 15 steuert die Steuereinrichtung 27 das Ladegerät 24 an, wodurch der Kondensator 21 aufgeladen wird. Während die­ ses Vorganges ist der Schalter 22 geöffnet. Wenn die Kapazität 21 geladen ist, wird der Schalter 22 geschlos­ sen und nach einer Zeitspanne Δ t₁ werden die Schaltkon­ takte 14 und 15 der Vakuumschaltkammer 13 geöffnet.

Es sei nun Bezug genommen auf die Fig. 2.

Die Fig. 2a zeigt ein Diagramm, bei der der Strom i auf der Ordinate und die Zeit t auf der Abszisse eingetragen ist. Vor dem Zeitpunkt t=0 sind die Schaltkontakte 14 und 15 geschlossen und der Schalter 22 geöffnet. Die Kapazität 21 ist aufgeladen. Mit dem Zeitpunkt t=0 wird der Schalter 22 geschlossen und ein hochfrequenter Strom fließt eine Zeitspanne Δ t₁ über die geschlosse­ nen Schaltkontakte 14 und 15, wobei die Amplituden des Stromes leicht abnehmen wegen einer geringen im Inneren des Schaltkreises vorhandenen Dämpfung. Nach der Zeit Δ t ₁ werden die Schaltkontakte 14 und 15 geöffnet und bei der Anordnung gemäß Fig. 2a erlischt der zwischen den beiden Schaltkontakten 14 und 15 brennende Schalt­ lichtbogen beim Stromnulldurchgang zum Zeitpunkt t ₂.

Man muß dabei beachten, daß unter Umständen nicht schon bei dem ersten Nulldurchgang nach Ausschalten bzw. Tren­ nen der beiden Schaltkontakte 14 und 15 eine Löschung erfolgt, weil der Abstand der beiden Schaltkontakte 14 und 15 zu diesem Zeitpunkt noch zu gering ist, als daß eine ausreichende Löschstrecke bzw. Trennstrecke vorhan­ den ist. Diese Trennstrecke ist beim Zeitpunkt t ₂ vor­ handen.

Die Fig. 2a zeigt den Strom-Zeitverlauf für eine intak­ te Schaltkammer, bei der das Vakuum noch die ursprüngli­ che Güte hat.

In der Fig. 2b ist ebenfalls der Strom-Zeitverlauf des hochfrequenten Stromes eingetragen. Man erkennt aber, daß nach dem Zeitpunkt Δ t ₁ der Stromfluß nicht unter­ brochen wird, sondern entsprechend der an der Trenn­ strecke vor allem durch den Lichtbogen bewirkten Dämp­ fung abklingt, bis er zum Zeitpunkt t ₃ seinen Null-Wert erreicht. Bevor die Schaltkontakte 14 und 15 geöffnet haben, wird der hochfrequente Strom durch den Schwing­ kreis selbst leicht gedämpft, Dämpfungslinie D₁, und nach Ausschalten der Schaltkammer bzw. Trennen der Schaltkontakte zum Zeitpunkt t₁ verkleinern sich die Amplituden gemäß einer durch eine durch die Trennstrecke bewirkte Dämpfung entstehende Dämpfungskurve D₂, die durch den Lichtbogen zwischen den Schaltkontakten in Luft bzw. in SF₆-Gas erzeugt wird.

Wird nun nach einer Zeit Δ t₂ nach Ausschalten der Schaltkammer bzw. nach Trennen der Schaltkontakte der Strom i durch den Meßwiderstand 23 gemessen, so ist das Meßergebnis unterschiedlich für intakte und für defekte Schaltkammern.

Bei intakten Schaltkammern ist in diesem Zeitpunkt kein Strom meßbar, da der Lichtbogen bereits verlöscht ist (Fig. 2a). Bei defekten, mit Luft oder SF₆ gefüllten Schaltkammern brennt hingegen der Lichtbogen noch und der hochfrequente gedämpfte Strom kann gemessen werden (Fig. 2b).

Es kann also in Abhängigkeit davon, ob zum Zeitpunkt t ₂ nach Trennen der Schaltkontakte noch ein Strom ge­ messen wird, darauf geschlossen werden, ob die Schalt­ kammer intakt oder defekt ist. In dem Anzeigegerät 26 wird das Ergebnis dieser Auswertung angezeigt.

Claims (4)

1. Verfahren zum Prüfen einer Vakuumschaltkammer eines Vakuumschalters, dadurch gekennzeichnet, daß ein hochfrequenter Strom an die geschlossene Vakuumschalt­ kammer (13) angelegt wird und nach einer bestimmten Zeitdauer die Schaltkontakte der Vakuumschaltkammer (13) geöffnet werden, und daß der nach Öffnung der Schaltkon­ takte (14, 15) ggf. noch fließende Strom detektiert wird.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den Schaltkontakten (14, 15) zur Erzeugung des hochfrequen­ ten Stromes eine Reihenschaltung einer Induktivität (20) und einer von einem Ladegerät (24) aufladbaren Kapazität (21) vorgesehen ist und daß zwischen der Kapazität und der Induktivität ein Schalter (22) zum Einschalten des dadurch gebildeten Schwingkreises vorgesehen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Steuergerät (27) zum automatischen Betätigen des Ladegerätes (24), des Schalters (21) und des Antriebes der Vakuumschaltkammer (13) vorgesehen ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den Schaltkon­ takten (14, 15) zusätzlich eine Steuerkapazität (35) geschaltet ist.