DE3733107A1 - Method and device for proving the vacuum of encapsulated vacuum switching tubes, especially in the case of SF6-insulated switching installations - Google Patents

Method and device for proving the vacuum of encapsulated vacuum switching tubes, especially in the case of SF6-insulated switching installations

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DE3733107A1
DE3733107A1 DE19873733107 DE3733107A DE3733107A1 DE 3733107 A1 DE3733107 A1 DE 3733107A1 DE 19873733107 DE19873733107 DE 19873733107 DE 3733107 A DE3733107 A DE 3733107A DE 3733107 A1 DE3733107 A1 DE 3733107A1
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    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
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    • H01H33/668—Means for obtaining or monitoring the vacuum

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Abstract

In order to test for the presence of the operating vacuum in built-in vacuum switches, high voltage can be applied between the contacts at a predetermined contact displacement, and the breakdown resistance tested. When vacuum switches are used in SF6-insulated switching installations, however, it is not possible to make any unambiguous statement since, because of the good dielectric strength of the SF6, the high voltage is maintained after penetration into the switching tube, above a specific pressure. The process according to the invention comprises a contact displacement (h) being selected which is less than the rated displacement of the vacuum switch, the X-ray radiation produced in the vacuum in the case of this contact displacement (h) and high voltage (U) as a result of the field-electron emission between the contacts of the contact surfaces acting as anode being detected, and being evaluated as proof of the presence of a vacuum within the switching tube. In the case of the associated device, an X-ray detector (20, 21), preferably a Geiger-Müller counting tube, is assigned to the vacuum switching tube (15) and is connected to the high-voltage unit (25) via an evaluation circuit (30 to 50) which is used for detecting and displaying the operating vacuum and disconnects the high-voltage unit (25) in order to minimise the X-ray dose. As a result of the X-ray emission, which is stopped well before it reaches unacceptable levels, unambiguous proof of vacuum can be carried out. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Vakuumnachweis bei gekapselten Vakuumschaltröhren, insbesondere bei SF6-iso­ lierten Schaltanlagen, bei dem bei vorgegebenem Kontakthub Hochspannung zwischen den Kontakten angelegt und die Durch­ schlagsfestigkeit geprüft wird. Daneben bezieht sich die Er­ findung auch auf die zugehörige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer Hochspannungseinheit zur Lieferung einer Prüfspannung für die mit definiertem Kontakthub geöffne­ ten Schaltkontakte der in einem Behälter gekapselten Vakuum­ schaltröhre.The invention relates to a method for vacuum detection in encapsulated vacuum interrupters, especially in SF 6 -isolated switchgear, in which high voltage is applied between the contacts and the dielectric strength is checked for a given contact stroke. In addition, the invention relates to the associated device for performing the method with a high-voltage unit for supplying a test voltage for the switching contacts opened with a defined contact stroke of the encapsulated vacuum interrupter in a container.

In SF6-isolierten Schaltanlagen werden u. a. auch Vakuumschalt­ röhren verwendet. Zur Qualitätsüberwachung des Vakuumzustandes werden die Vakuumschaltröhren üblicherweise vor Auslieferung mit einer Meßeinrichtung nach dem Magnetron-Meßprinzip geprüft. Aufgrund der modernen Fertigungstechnologie kann im Normalfall ein Vakuumverlust in der Schaltröhre auch nach längerer Zeit nicht auftreten. Trotzdem wird die Forderung erhoben, den Innendruck eines in der Schaltanlage eingebauten Vakuumschal­ ters kontrollieren zu können, ohne hierzu die Schaltröhre aus dem Behälter auszubauen.Vacuum interrupters are also used in SF 6 -insulated switchgear. For quality monitoring of the vacuum condition, the vacuum interrupters are usually checked before delivery with a measuring device based on the magnetron measuring principle. Due to the modern manufacturing technology, a vacuum loss in the switching tube cannot normally occur even after a long time. Nevertheless, the demand is raised to be able to control the internal pressure of a vacuum switch installed in the switchgear without removing the switch tube from the container.

Für Schaltröhren ohne SF6-Isolierung kann der Anwender durch Einsatz mobiler Meßgeräte, beispiels­ weise mit Meßverfahren nach dem Hochspannungstest oder durch modifizierte Magnetron-Geräte mit Permanentmagneten, den Innen­ druck sicher kontrollieren.For switching tubes without SF 6 insulation, the user can safely control the internal pressure by using mobile measuring devices, for example using measuring methods after the high voltage test or using modified magnetron devices with permanent magnets.

Nicht anwendbar sind derart vorbekannte Verfahren und Meßgeräte für in SF6-isolierten Schaltanlagen eingebaute Vakuumschalt­ röhren. Insbesondere bei dem bisher üblichen Hochspannungstest würde die gute Isolierfähigkeit des SF6 trotz eines eventuellen Lecks an der Schaltröhre bei Nennhub die Testspannung halten und damit gutes Vakuum vortäuschen. Es kann also mit diesem Verfahren nicht sicher zwischen Vakuum und SF6-Füllung, d. h. einem Leck in der Schaltröhre, unterschieden werden.Such methods and measuring devices for vacuum switching tubes installed in SF 6 -insulated switchgear are not applicable. In particular in the high voltage test that has been customary up to now, the SF 6's good insulation ability would maintain the test voltage despite a possible leak on the switching tube at the nominal stroke and thus simulate a good vacuum. It is therefore not possible to distinguish between vacuum and SF 6 filling, ie a leak in the switching tube, with this method.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine zu­ gehörige Vorrichtung vorzuschlagen, mit denen festgestellt wer­ den kann, ob ein funktionsfähiges Betriebsvakuum in den Vakuum­ schaltröhren vorliegt und ob insbesondere kein Isolierglas durch Lecks in das Innere der Röhre gelangt ist, ohne daß dafür die Schaltröhren aus dem SF6-Behälter ausgebaut werden müssen.The object of the invention is therefore to propose a method and an associated device with which it can be determined whether there is a functional operating vacuum in the vacuum interrupters and whether in particular no insulating glass has leaked into the interior of the tube without this the switching tubes must be removed from the SF 6 container.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Verfahren der ein­ gangs genannten Art durch folgende Verfahrensmerkmale gelöst:The object of the invention is in a method of The type mentioned above was solved by the following process features:

  • a) Es wird ein Kontakthub unterhalb des Nennhubes des Vakuum­ schalters gewählt,a) There is a contact stroke below the nominal stroke of the vacuum switch selected,
  • b) die bei diesem Kontakthub im Vakuum aufgrund der Feldelek­ tronenemission zwischen den Kontakten von den als Anode wirkenden Kontaktflächen erzeugte Röntgenstrahlung wird erfaßt undb) in this contact stroke in a vacuum due to the field electronics electron emission between the contacts as an anode X-rays generated contact surfaces captured and
  • c) als Nachweis für das Vorliegen von Betriebsvakuum innrhalb der Schaltröhre ausgewertet.c) as evidence of the presence of an operating vacuum within the switching tube evaluated.

Bei der zugehörigen Vorrichtung zur Durchführung dieses Ver­ fahrens ist der Vakuumschaltröhre ein Röntgenstrahldetektor, vorzugsweise Geiger-Müller-Zählrohr, zugeordnet, der mit der Hochspannungseinheit über eine Auswerteschaltung verbunden ist, die zur Feststellung und Anzeige von Betriebsvakuum oder eines Lecks dient und die zur Minimierung der Röntgendosis die Hoch­ spannungseinheit abschaltet.In the associated device for performing this Ver the vacuum interrupter is an X-ray detector, preferably assigned Geiger-Müller counter tube, the one with the High-voltage unit is connected via an evaluation circuit, those for determining and displaying the operating vacuum or one Serves leaks and the high to minimize the x-ray dose voltage unit switches off.

Im Rahmen der Erfindung wird also für die Vakuumkontrolle ein modifiziertes Hochspannungsgerät in Kombination mit einem Röntgenstrahlungsmeßgerät und einer entsprechenden Signalaus­ werteschaltung verwendet. Es wird die bei einem Hochspannungs­ test speziell bei gegenüber dem Nennhub reduziertem Schaltkon­ takthub zwangsläufig erzeugte Röntgenstrahlung ausgenutzt. Bei Nennhub tritt dagegen keine meßbare Röntgenstrahlung auf.In the context of the invention, a vacuum control is therefore used modified high-voltage device in combination with a X-ray measuring device and a corresponding signal value circuit used. It will be the case of a high voltage  test especially with switching cone reduced compared to the nominal stroke cycle stroke inevitably generated X-rays used. At On the other hand, no nominal X-ray radiation occurs at the nominal stroke.

Die Messung von Röntgenemissionen der Kontaktoberflächen bei Nennhub ist vom Stand der Technik prinzipiell vorbekannt: In der US-PS 45 34 741 und der JP-OS 60-49 520 wird im einzelnen beschrieben, daß die durch Feldelektronenemission zwischen den Kontakten von den jeweils gegenüberliegenden Kontaktoberflächen emittierte Röntgenstrahlung als Detektor ausgenutzt werden kann. Dabei geht es jedoch ausschließlich um die Prüfung der dielektrischen Eigenschaften der Kontaktoberflächen, wobei in diesem Fall das Vorliegen von Vakuum innerhalb der Schaltröhre vorausgesetzt wird. Die erfindungsgemäße Lehre dahingehend, die Röntgenemission als Detektor speziell für das Vorliegen von Betriebsvakuum, ihr Ausbleiben dagegen für das Auftreten von Lecks bzw. Gasflutung heranzuziehen, hat mit obigem Stand der Technik kein Zusammenhang.The measurement of X-ray emissions of the contact surfaces In principle, nominal stroke is known from the prior art: In the US-PS 45 34 741 and JP-OS 60-49 520 is in detail described that the field electron emission between the Contacts from the opposite contact surfaces emitted x-rays can be used as a detector can. However, this is all about testing the dielectric properties of the contact surfaces, wherein in in this case the presence of vacuum inside the switching tube is assumed. The teaching of the invention in that X-ray emission as a detector especially for the presence of Operating vacuum, however, their absence for the occurrence of With the above status, the use of leaks or gas flooding has the Technology no connection.

Im Rahmen der Erfindung ist es besonders vorteilhaft, daß die Röntgenemission zwar für die Meßzwecke ausgenutzt werden kann, aber weit vor Erreichen der nach der Strahlenschutzverordnung vorgegebenen, unzulässigen Grenze gestoppt wird.In the context of the invention, it is particularly advantageous that the X-ray emission can be used for measurement purposes, but well before reaching the radiation protection ordinance predetermined, impermissible limit is stopped.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbei­ spielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den weiteren Patentansprüchen. Es zeigtFurther advantages and details of the invention emerge from the following figure description of execution play with the drawing in connection with the others Claims. It shows

Fig. 1 eine graphische Darstellung der Durchschlagfestigkeit zwischen Vakuumschalterkontakten in Abhängigkeit vom Kontakthub, Fig. 1 is a graph showing the dielectric strength between the vacuum switch contacts in response to the contact travel,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer dreipoligen gekapsel­ ten SF6-Schaltanlage mit Prüfvorrichtung zum Vakuumnach­ weis und Fig. 2 is a schematic representation of a three-pole encapsulated SF 6 switchgear with test device for vacuum detection and

Fig. 3 blockschaltbildmäßig eine Auswerteschaltung für eine Prüfvorrichtung in der Schaltanlage nach Fig. 2. Fig. 3 block diagram of an evaluation standard for a testing device in the switchgear of FIG. 2.

In den Figuren sind identische Teile in unterschiedlicher Dar­ stellung der einzelnen Figuren mit gleichen Bezugszeichen ver­ sehen. Die Figuren werden nachfolgend teilweise zusammen be­ schrieben.In the figures, identical parts are in different dar position of the individual figures with the same reference numerals see. The figures will be partly together below wrote.

Im Diagramm nach Fig. 1 ist als Abszisse der Kontakthub h in Millimetern und als Ordinate die Durchschlagfestigkeit als Hochspannung U in Kilovolt effektiver Wechselspannung angege­ ben. Bekannterweise ist die Durchschlagfestigkeit jeweils eine monoton steigende Funktion vom Kontakthub, wobei in Fig. 1 mit 1 eine erste funktionale Abhängigkeit für Vakuum als Parameter und mit 2 eine zweite funktionale Abhängigkeit mit 1,5 bar SF6 als Parameter angegeben ist. Diese funktionalen Abhängigkeiten bedeuten, daß vorgegebene Spannungen unterhalb der experimen­ tel ermittelten Kurven gehalten werden, während sie oberhalb dieser Kurven zum Durchschlag zwischen den Kontakten führen.In the diagram according to FIG. 1, the contact stroke h is given as the abscissa in millimeters and the dielectric strength as the ordinate is given as high voltage U in kilovolts of effective alternating voltage. Known manner, the dielectric strength is each a monotonically increasing function of the contact travel, being indicated as a parameter in FIG. 1 1 is a first functional dependence for vacuum as a parameter and with 2 a second functional dependence with 1.5 bar of SF 6. These functional dependencies mean that predetermined voltages are kept below the experimentally determined curves, while above these curves they lead to breakdown between the contacts.

Üblicherweise haben Vakuumschalter einen Nennhub zwischen 10 und 20 mm. Für Prüfzwecke werden Kontakthübe darunter, insbe­ sondere im Bereich zwischen 1 und 8 mm, beispielsweise 3 mm, verwendet.Vacuum switches usually have a nominal stroke between 10 and 20 mm. For test purposes, contact strokes are underneath, esp especially in the range between 1 and 8 mm, for example 3 mm, used.

Mit den VDE-Vorschriften ist eine Prüfwechselspannung für die Prüfung von Vakuumschaltröhren vorgegeben. Üblicherweise wird in der Praxis an geschalteten Anlagen zu einem späteren Zeit­ punkt als zur Prüfung der neuen, ungeschalteten Anlage mit Werten von 0,8 × der Prüfwechselspannung gearbeitet, welcher Wert beispielsweise bei 40 kV effektiv liegt. Diese Grenze ist als Parallele 3 zur Abszisse eingezeichnet. Durch Vorgabe eines bestimmten Kontakthubes von beispielsweise 3 mm wird nun ein Arbeitspunkt definiert, welcher im Diagramm der Fig. 1 mit 4 bezeichnet ist. Dies bedeutet, daß an diesem Arbeitspunkt unter Vakuum die Prüfspannung gehalten wird, während sie bei Flutung mit SF6 von 1,5 bar zum Durchschlag führt.The VDE regulations stipulate an AC test voltage for testing vacuum interrupters. Usually, in practice, switched systems are operated at a later time than when testing the new, unswitched system with values of 0.8 × the test alternating voltage, which value is, for example, 40 kV effective. This limit is drawn as a parallel 3 to the abscissa. By specifying a specific contact stroke of, for example, 3 mm, an operating point is now defined, which is denoted by 4 in the diagram in FIG. 1. This means that the test voltage is kept under vacuum at this operating point, while it leads to breakdown when flooded with SF 6 of 1.5 bar.

In Fig. 2 ist eine komplette Schaltwarte mit 10 bezeichnet. Diese besteht im vorliegenden Fall aus drei Schaltfeldern, die jeweils drei SF6-gekapselte Schalter aufweisen. Die Behälter für die Aufnahme des SF6 sind mit 11 bezeichnet. Darin befindet sich jeweils eine Vakuumschaltröhre 15, deren beide Kontaktbol­ zen 16 und 17 mit den Funktionseinheiten der Schaltanlage, auf die hier im einzelnen nicht eingegangen wird, elektrisch ver­ bunden sind. Der bewegliche Kontaktbolzen ist mechanisch über ein Gestänge 18 mit einem in der Fig. 2 nicht dargestellten Antrieb verbunden, der das Öffnen bzw. Schließen der Schaltkon­ takte bewirkt. Über nicht erkennbare Verbindungselemente ist das Gestänge 18 mit einer Antriebswelle 12 gekoppelt. Unabhän­ gig von dem vorgegebenen Nennhub der Kontakte kann an der externen Antriebswelle 12 mittels Nocken 13 und Stoßdämpfer 14 der Kontakthub h über ein manuell einbringbares Distanzstück 19 so vorgegeben werden, daß er für Prüfzwecke erheblich unterhalb des Nennhubes, beispielsweise auf 3 mm, begrenzt ist.In FIG. 2 a complete control room is denoted by 10. In the present case, this consists of three panels, each with three SF 6 encapsulated switches. The containers for the SF 6 are designated 11 . There is a vacuum interrupter 15 , the two Kontaktbol zen 16 and 17 with the functional units of the switchgear, which are not discussed in detail here, are electrically connected. The movable contact pin is mechanically connected via a linkage 18 with a drive, not shown in FIG. 2, which causes the opening or closing of the switching contacts. The linkage 18 is coupled to a drive shaft 12 via connecting elements which cannot be recognized. Are indepen gig from the predetermined nominal stroke of the contacts can be connected to the external drive shaft 12 by means of cams 13 and shock absorbers 14 of the contact travel h specified via a manually can be introduced spacer 19 so that it is for test purposes considerably below the rated travel, for example mm to 3, limited.

Der Vakuumschaltröhre 15 ist in Fig. 2 außerhalb des Behälters 11 ein Geiger-Müller-Zählrohr (GMZ) 20 angeordnet. Dem Geiger- Müller-Zählrohr 20 ist ein Meßgerät 21 nachgeschaltet, das über einen Schalter mit einer Hochspannungseinheit 25 gekoppelt ist. Die Hochspannungseinheit 25 ist mit den beiden Kontaktbolzen 16 und 17 bei geöffneten Kontakten verbunden. Mit einer derartigen Anordnung läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren ausführen:
Die Erfindung macht sich das Phänomen zunutze, daß bei geöffne­ ten Kontakten bei hinreichend niedrigem Abstand bzw. hinrei­ chend hoher Spannung zwischen den Kontakten durch Feldemission Elektronen erzeugt werden, welche jeweils die Gegenelektrode (Anode) zu Röntgenstrahlung anregen. The vacuum interrupter 15 is arranged in Fig. 2 outside the container 11, a Geiger-Müller counter tube (GMZ) 20 . The Geiger-Müller counter tube 20 is followed by a measuring device 21 which is coupled to a high-voltage unit 25 via a switch. The high-voltage unit 25 is connected to the two contact pins 16 and 17 when the contacts are open. The method according to the invention can be carried out with such an arrangement:
The invention takes advantage of the phenomenon that electrons are generated at Geöffne th contacts at a sufficiently small distance or sufficiently high voltage between the contacts by field emission, which each excite the counter electrode (anode) to X-rays.

Für die Prüfung einer Vakuumschaltröhre auf Vakuum muß die gesamte Schaltanlage 10 vom Netz getrennt werden, und es müssen beide Kontaktbolzen 16 und 17 für den Anschluß des Prüfgerätes verfügbar sein. In Fig. 2 sind die elektrischen Verbindungen nur im Prinzip dargestellt, in der Praxis wird die Kontaktierung im Schaltfeld durchgeführt. Das Distanzstück 19 wird zwischen Nocken 13 und Stoßdämpfer 14 eingebracht, das auf den Schaltan­ trieb 18 einwirkt und somit den Schalter-Kontakthub auf bei­ spielsweise 3 mm begrenzt. Das Hochspannungskabel und das Erd­ kabel werden an die zwei Pole der Vakuumschaltröhre 15 ange­ schlossen. Das Zählrohr des Geiger-Müller-Zählers 20 befindet sich außerhalb des SF6-Behälters 11 in ca. 5 cm Abstand von der Behälterwand in Höhe der Mitte des Schalterkontaktspaltes.To test a vacuum interrupter for vacuum, the entire switchgear 10 must be disconnected from the mains and both contact bolts 16 and 17 must be available for the connection of the test device. In Fig. 2 the electrical connections are shown only in principle, in practice the contacting is carried out in the control panel. The spacer 19 is inserted between the cam 13 and shock absorber 14 , which drives the Schaltan 18 acts and thus limits the switch contact stroke to 3 mm for example. The high voltage cable and the earth cable are connected to the two poles of the vacuum interrupter 15 . The counter tube of the Geiger-Müller counter 20 is located outside the SF 6 container 11 at a distance of approximately 5 cm from the container wall at the level of the center of the switch contact gap.

Nach dem Einstellen der Hochspannung auf etwa 57 kV (Gleich­ spannung) bzw. 40 kVeff (Wechselspannung) entsteht bei einwand­ freiem Vakuum der Schaltröhre 15 durch Feldelektronenemission Röntgenstrahlung (Gammastrahlen), die eine nach der Strahlen­ schutzverordnung vorgegebene Grenze außerhalb des SF6-Behälters 11, die bei beispielsweise 1 µSv/H liegt, nicht überschreiten darf. Das Geiger-Müller-Zählrohr 20 liefert Zählimpulse pro Zeiteinheit, d. h. Röntgenquanten pro Sekunde, die in einer Schaltungsanordnung verarbeitet werden und nach Erreichen einer einstellbaren Schwelle die Abschaltung der Hochspannungseinheit bewirken. Darauf wird weiter unten im einzelnen eingegangen. Ist dagegen SF6 durch ein Leck in die Vakuumschaltröhre 15 ein­ gedrungen, so wird die Spannung bis zu einem bestimmten SF6- Druck, beispielsweise von etwa 2 bar, nicht gehalten. Es tritt ein Spannungsdurchschlag auf, der registriert werden kann. Rönt­ genstrahlung entsteht in diesem Fall nicht.After setting the high voltage to approximately 57 kV (direct voltage) or 40 kV eff (alternating voltage), X-ray radiation (gamma rays) is generated when the switching tube 15 is in perfect vacuum due to field electron emission, which is a limit specified in the radiation protection regulation outside the SF 6 container 11 , which is, for example, 1 µSv / H, must not exceed. The Geiger-Müller counter tube 20 delivers counting pulses per unit of time, ie X-ray quanta per second, which are processed in a circuit arrangement and, after reaching an adjustable threshold, cause the high-voltage unit to be switched off. This will be discussed in more detail below. If, however, SF 6 has entered the vacuum interrupter 15 due to a leak, the voltage is not maintained up to a certain SF 6 pressure, for example of approximately 2 bar. A voltage breakdown occurs that can be registered. X-ray radiation does not arise in this case.

In Fig. 3 sind das Vakuumschaltrohr 15, das ihm zugeordnete Geiger-Müller-Zählrohr 20 mit sich daran anschließendem Meß­ gerät 21 schematisch angedeutet. Die blockschaltbildmäßig dar­ gestellte Auswerteschaltung besteht im wesentlichen aus zwei Einheiten 30 und 40, die nachfolgend im Funktionszusammenhang im einzelnen erläutert werden:In Fig. 3, the vacuum switching tube 15 , the Geiger-Müller counter tube 20 associated with it with the subsequent measuring device 21 are indicated schematically. The evaluation circuit shown in block diagram form essentially consists of two units 30 and 40 , which are explained in detail below in the functional context:

Der Block 30 besteht im einzelnen aus der schon erwähnten Hochspannungseinheit 25 für die Erzeugung der Prüfspannung, der in einem Schaltkreis eine Einheit 31 für eine Grenzwertab­ schaltung, eine nachfolgende Steuerlogik 32, und eine Schalt­ einheit 33 für das Ein- bzw. Ausschalten der Hochspannungs­ einheit 25 zugeordnet ist. Von der Steuerlogikeinheit 32 wird eine Anzeigeeinrichtung, bestehend aus Signalverstärker 34 und Signallampe 35 angesteuert.The block 30 consists in detail of the already mentioned high-voltage unit 25 for the generation of the test voltage, the circuit in a circuit 31 for a limit value switching, a subsequent control logic 32 , and a switching unit 33 for switching the high-voltage unit on and off 25 is assigned. The control logic unit 32 controls a display device consisting of signal amplifier 34 and signal lamp 35 .

Der gesamte Block 30 ist über eine Signalleitung mit dem Block 40 verbunden, welcher letzterer die Einheit 33 zur Ein- bzw. Ausschaltung der Hochspannungseinheit 25 ansteuert. Der Block 40 besteht im einzelnen aus einem Zähler 41, der von den Zähl­ impulsen des Meßgerätes 21, das dem Geiger-Müller-Zählrohr 20 nachgeschaltet ist, angesteuert wird. Im Zählgerät 41 werden die in einer vorgegebenen Zeit, die mittels eines Zeitgebers 42 einstellbar ist, beispielsweise eine Sekunde, anfallenden Im­ pulse aufsummiert. Der Zählwert wird auf einen Komparator 44 gegeben, und mit einem mittels eines Codierschalters 43 vor­ gebbaren Wert verglichen. Das Antwortsignal gelangt auf eine Kippstufe 46, z. B. Flip-Flop, die gleichzeitig von einer Ein­ schalteinheit 45 angesteuert wird.The entire block 30 is connected via a signal line to the block 40 , the latter controls the unit 33 for switching the high-voltage unit 25 on and off. The block 40 consists in detail of a counter 41 , which is driven by the counting pulses of the measuring device 21 , which is connected downstream of the Geiger-Müller counter tube 20 . In the counting device 41 , the pulses occurring in a predetermined time, which can be set by means of a timer 42 , for example one second, are added up. The count value is given to a comparator 44 and compared with a value which can be given by means of a coding switch 43 . The response signal arrives at a flip-flop 46 , e.g. B. flip-flop, which is controlled simultaneously by a switching unit 45 .

Von der Kippstufe 46 wird gleichermaßen eine Anzeigeeinrich­ tung aus Signalverstärker 47 und Signallampe 48 sowie ein UND- Glied 50 angesteuert, das über die Einschalteinrichtung 45 und einen Meßzeitgeber 49, der die Meßdauer auf beispielsweise 30 s begrenzt, betätigt wird.From the flip-flop 46 a device from signal amplifier 47 and signal lamp 48 as well as an AND gate 50 is actuated, which is actuated via the switch-on device 45 and a measuring timer 49 , which limits the measuring time to, for example, 30 s.

Mittels der so beschriebenen Auswerteschaltung kann also einer­ seits das Vorliegen von Betriebsvakuum in der Schaltröhre 15 eindeutig erkannt werden, ohne daß unzulässig hohe Röntgen-Emis­ sion entsteht. Andererseits kann ein Leck im Schaltergehäuse und insbesondere ein Fluten mit SF6 angezeigt werden, wozu noch einmal auf die grafische Darstellung nach Fig. 1 Bezug genommen wird: Oberhalb des Graphen 2 mit 1,5 bar SF6 (d. h. 0,5 bar Über­ druck SF6) wird die Prüfspannung von 0,8 × der vorgegebenen Prüfwechselspannung bei beispielsweise 3 mm Hub nicht mehr ge­ halten und bricht zwischen den Kontakten durch. Die Signallampe 35 leuchtet dann nach Ablauf der durch den Zeitgeber vorgegebe­ nen Meßzeit auf und meldet hierdurch eine defekte Röhre, d. h. Vakuumverlust durch SF6-Eintritt.By means of the evaluation circuit described in this way, on the one hand, the presence of the operating vacuum in the switching tube 15 can be clearly recognized without impermissibly high X-ray emissions being produced. On the other hand, a leak in the switch housing and in particular a flooding with SF 6 can be indicated, for which purpose reference is made once again to the graphical representation according to FIG. 1: Above the graph 2 with 1.5 bar SF 6 (ie 0.5 bar overpressure SF 6 ) the test voltage of 0.8 × the specified test AC voltage is no longer maintained at a 3 mm stroke, for example, and breaks through between the contacts. The signal lamp 35 then lights up after the expiry of the measurement time given by the timer and thereby reports a defective tube, ie vacuum loss due to SF 6 entry.

Bei einem relativ großen Kontakthub von 10 mm würde dagegen gemäß Fig. 1 in beiden Fällen die Spannung gehalten. Es tritt aber auch bei gutem Vakuum keine meßbare Röntgenemission auf. In diesem Fall könnte also nicht mehr zwischen SF6 und Vakuum unterschieden werden. Insgesamt ergibt sich, daß der zur Prü­ fung verwendete Kontakthub bei vorgegebener Prüfwechselspannung zwischen 1 und 8 mm liegen sollte und unter anderem auch in Ab­ hängigkeit vom beim Vakuumschalter verwendeten Kontaktwerkstoff gewählt werden muß, da der Werkstoff der Röntgenemission beein­ flußt. Hierzu wird auf die Dissertation von D. Dohnal "Untersu­ chungen zur Röntgenstrahlung an Hochspannungs-Hochvakuum-Anord­ nungen" (TU Braunschweig 1981) verwiesen. Wird dagegen der Kontakthub h zu klein gewählt, kann ebenfalls nicht zwischen Vakuum und SF6 unterschieden werden, da in diesem Fall die Prüfspannung niedriger gewählt werden müßte und die dadurch weichere Röntgenstrahlung unter Umständen vom Schaltergehäuse 15 bzw. Behälter 11 absorbiert würde.With a relatively large contact stroke of 10 mm, however, the voltage would be maintained in both cases according to FIG . However, no measurable X-ray emission occurs even in a good vacuum. In this case, it would no longer be possible to differentiate between SF 6 and vacuum. Overall, it follows that the contact stroke used for the test should be between 1 and 8 mm for a given test alternating voltage and must also be selected, inter alia, as a function of the contact material used for the vacuum switch, since the material influences the x-ray emission. For this, reference is made to the dissertation by D. Dohnal "Investigations on X-rays on high-voltage high-vacuum arrangements" (TU Braunschweig 1981). If, on the other hand, the contact stroke h is chosen too small, a distinction cannot also be made between vacuum and SF 6 , since in this case the test voltage would have to be selected lower and the softer X-ray radiation would possibly be absorbed by the switch housing 15 or container 11 .

Mit einem vorgegebenen Wert von 57 kV Gleichspannung, der mit einer effektiven Wechselspannung von ca. 40 kV vergleichbar ist, d. h. wiederum dem Wert von 0,8 × der Prüfwechselspannung, wird unter gutem Vakuum die Spannung bei 3 mm Kontakthub ge­ halten. Hierbei entsteht Röntgen-Emission, die durch den Block 40 der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 unmittelbar bei Erreichen des vorgegebenen Wertes die Hochspannungseinheit 25 abschaltet. Durch die Signalleuchte 48 wird das Vorliegen von Vakuum angezeigt, und zwar so lange, bis gegebenenfalls durch die Starttaste 45 für eine zweite Messung als Kontrollmessung die Hochspannung wieder eingeschaltet wird.With a predetermined value of 57 kV direct voltage, which is comparable to an effective alternating voltage of approx. 40 kV, ie again the value of 0.8 × the test alternating voltage, the voltage is kept at 3 mm contact stroke under a good vacuum. This results in X-ray emission, which switches off the high-voltage unit 25 as soon as the predetermined value is reached by the block 40 of the circuit arrangement according to FIG. 3. The presence of a vacuum is indicated by the signal lamp 48 , until the high voltage is possibly switched on again by the start button 45 for a second measurement as a control measurement.

Es hat sich gezeigt, daß es sinnvoll ist, die Messung für die Anzeige des Vorliegens von Vakuum über Erfassung von Röntgen- Emission auf 30 Sekunden zu begrenzen, worauf der Meßzeit­ geber 49 abgestellt ist. Bei diesen Werten kann der Vakuum­ zustand von Schaltröhren sowohl bei neuen als auch bei bereits geschalteten Kontaktoberflächen geprüft werden. Die Empfind­ lichkeit des Geiger-Müller-Zählrohrs 20 ist im allgemeinen so hoch, daß bereits eine Strahlen-Dosis von 1 µSv erfaßt wird. Da dieser Wert im Bereich des Nulleffektes der natürlichen Umgebungsstrahlung liegt, kann in diesem Bereich unbedenklich gearbeitet werden.It has been shown that it makes sense to limit the measurement for the indication of the presence of vacuum to 30 seconds via detection of X-ray emission, whereupon the measuring time transmitter 49 is switched on. With these values, the vacuum status of switching tubes can be checked for both new and already switched contact surfaces. The sensitivity of the Geiger-Müller counter tube 20 is generally so high that a radiation dose of 1 µSv is already detected. Since this value lies in the area of the background effect of the natural ambient radiation, it is safe to work in this area.

Aufgrund der guten Isolationseigenschaften von SF6 wird bei Erreichen eines bestimmten SF6-Überdruckes gegebenenfalls auch die Spannung im Schaltrohr gehalten. In Fig. 1 würde ein Graph für beispielsweise 2 bar SF6 zwischen den Kurven 1 und 2 liegen. Es kann somit auch bei Null-Emission der Röntgenstrah­ lung zwischen einem geringfügigen Leck, das noch nicht voll­ ständig zur Flutung geführt hat, und einer kompletten SF6-Flu­ tung, bei der trotz Null-Emission an Röntgenstrahlung eine Prüfspannung gehalten wird, unterschieden werden.Due to the good insulating properties of SF 6 6 -Überdruckes optionally also kept the tension in the switching tube when a certain SF. In Fig. 1, a graph for example 2 bar SF 6 would lie between curves 1 and 2 . It is thus possible to distinguish between a slight leak that has not yet completely led to flooding, even with zero emission of the X-ray radiation, and a complete SF 6 flow, in which a test voltage is maintained despite the zero emission of X-rays .

Bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann zweck­ mäßigerweise die Prüfspannung von einem niedrigen Wert mit an­ steigender Charakteristik auf den Arbeitspunkt eingestellt wer­ den, wobei bereits mit ansteigender Spannung die Auswerteschal­ tung in Betrieb ist. When carrying out the method according to the invention, purpose can moderate the test voltage from a low value on increasing characteristic set to the working point the, the evaluation scarf already with increasing voltage device is in operation.  

Für die Auswerteschaltung nach Fig. 3 kann auch ein Mikropro­ zessor eingesetzt werden, bei dem die anhand der Blöcke 30 und 40 und den Einheiten 31 bis 50 dargestellten Funktionen soft­ waremäßig ausgeführt werden.For the evaluation circuit shown in FIG. 3, a microprocessor can also be used, in which the functions shown on the basis of blocks 30 and 40 and units 31 to 50 are carried out in a soft manner.

Claims (14)

1. Verfahren zum Vakuumnachweis bei gekapselten Vakuum­ schaltröhren, insbesondere bei SF6-isolierten Schaltanlagen, wobei bei vorgegebenem Kontakthub Hochspannung zwischen den Kontakten angelegt und die Durchschlagfestigkeit geprüft wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrens­ merkmale:
  • a) Es wird ein Kontakthub (h) unterhalb des Nennhubes des Vakuumschalters gewählt,
  • b) die bei diesem Kontakthub (h) und Hochspannung (U) im Vakuum aufgrund der Feldelektronenemission zwischen den Kontakten von den als Anode wirkenden Kontaktflächen erzeugte Röntgen­ strahlung wird erfaßt und
  • c) als Nachweis für das Vorliegen von Betriebsvakuum innerhalb der Schaltröhre ausgewertet.
1.Vacuum detection method for encapsulated vacuum interrupters, in particular for SF 6 -insulated switchgear, with high voltage applied between the contacts and the dielectric strength being checked for a given contact stroke, characterized by the following method features:
  • a) A contact stroke (h) below the nominal stroke of the vacuum switch is selected,
  • b) the X-ray radiation generated at this contact stroke (h) and high voltage (U) in a vacuum due to the field electron emission between the contacts from the contact surfaces acting as the anode is detected and
  • c) evaluated as evidence of the presence of operating vacuum within the switching tube.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Kontakthub (h) und/oder Prüfspannung (U) in Abhängigkeit vom Kontaktwerkstoff der Kontakte gewählt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the contact stroke (h) and / or test voltage (U) are selected depending on the contact material of the contacts. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei einem Kontakthub zwischen 1 und 8 mm, vorzugsweise bei 3 mm, gearbeitet wird.3. The method according to claim 2, characterized records that with a contact stroke between 1 and 8 mm, preferably at 3 mm. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mit Gleichspannung von 30 bis 100 kV, vorzugsweise etwa 57 kV, und einem Gleichstrom von unterhalb 12 mA gearbeitet wird.4. The method according to claim 2, characterized records that with DC voltage from 30 to 100 kV, preferably about 57 kV, and a direct current from below 12 mA is worked. 5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mit Wechselspannung zwischen 25 und 70 kVeff, vorzugsweise 40 kVeff, und einem Strom unter 3 mA gearbeitet wird. 5. The method according to claim 2, characterized in that an AC voltage between 25 and 70 kV eff , preferably 40 kV eff , and a current below 3 mA is used. 6. Verfahren nach Anspruch 2 sowie Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüf­ spannung mit ansteigender Charakteristik von einem niedrigen Wert auf den Arbeitspunkt eingestellt wird.6. The method according to claim 2 and claim 4 or 5, characterized in that the test voltage with increasing characteristic from a low Value is set to the operating point. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Röntgenstrahlung quantitativ ge­ messen wird und bei Erreichen vorgegebener Schwellwerte der Röntgendosis eine Abschaltung der Hochspannung bewirkt und damit weitere Röntgenemission vermieden wird, wobei gleicher­ maßen eine Anzeigeeinrichtung zur Bestätigung des einwandfreien Betriebsvakuums aktiviert wird.7. The method according to claim 1, characterized records that the X-ray radiation quantitatively ge is measured and when predetermined threshold values are reached X-ray dose causes the high voltage to be switched off and so that further x-ray emission is avoided, the same measure a display device to confirm the flawless Operating vacuum is activated. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Null-Emission der Röntgenstrahlung die Betriebsspannung über eine vorgegebene Prüfzeit, beispiels­ weise 30 Sekunden, als Prüfspannung gehalten und dann erst abgeschaltet wird, wobei mit der Abschaltung eine Anzeigeein­ richtung zur Anzeige eines Lecks an der Schaltröhre aktiviert wird.8. The method according to claim 1, characterized records that with zero emission of x-rays the operating voltage over a predetermined test time, for example as 30 seconds, held as a test voltage and only then is switched off, with the display being switched on direction activated to indicate a leak on the switch tube becomes. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Null-Emission Spannungsdurchschläge erfaßt und unmittelbar zur Abschaltung der Prüfspannung führen, wobei gleichermaßen mit der Abschaltung die Anzeigeeinrichtung zur Anzeige eines Leckes an der Schaltröhre aktiviert wird.9. The method according to claim 8, characterized records that at zero emission voltage breakdowns detected and immediately lead to the test voltage being switched off, equally with the shutdown the display device is activated to indicate a leak on the switching tube. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestä­ tigung der Anzeige der Röntgenaktivierung zyklisch wiederholbar ist.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that for confirmation The display of the X-ray activation can be repeated cyclically is. 11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 10 mit einer Hochspannungseinheit zur Erzeugung einer Prüfspannung für die mit definiertem Kon­ takthub geöffneten Schaltkontakte der in einem Behälter gekap­ selten Vakuumschaltröhre, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Vakuumschaltröhre (15) ein Röntgen­ strahldetektor (20, 21), vorzugsweise Geiger-Müller-Zählrohr, zugeordnet ist, der mit der Hochspannungseinheit (25) über eine Auswerteschaltung (30 bis 50) verbunden ist, die zur Fest­ stellung und Anzeige von Betriebsvakuum oder eines Leckes dient und die zur Minimierung der Röntgenstrahlung die Hochspannungs­ einheit (25) abschaltet.11. The device for carrying out the method according to claim 1 or one of claims 2 to 10 with a high-voltage unit for generating a test voltage for the switching contacts opened with a defined con tact stroke of the capsules in a container seldom vacuum interrupter, characterized in that the vacuum interrupter ( 15 ) an X-ray detector ( 20, 21 ), preferably Geiger-Müller counter tube, is assigned, which is connected to the high-voltage unit ( 25 ) via an evaluation circuit ( 30 to 50 ), which is used to determine and display the operating vacuum or a leak and which switches off the high-voltage unit ( 25 ) to minimize the X-rays. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Röntgenstrahldetektor (20) in definiertem Abstand von der gekapselten Vakuumschalt­ röhre (11, 15), vorzugsweise 5 cm vom Behälter (15) angeordnet ist und die Röntgenemission zur Abschaltung der Hochspannungs­ einheit (25) auf diesen Abstand normiert ist.12. The apparatus according to claim 11, characterized in that the X-ray detector ( 20 ) is arranged at a defined distance from the encapsulated vacuum switching tube ( 11, 15 ), preferably 5 cm from the container ( 15 ) and the X-ray emission for switching off the high-voltage unit ( 25 ) is standardized to this distance. 13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in den Antrieb (12 bis 14) für die Kontaktbewegung der Vakuumschaltröhre (15) ein Distanzstück (19) vor Vorgabe eines definierten, unterhalb des normalen Nennhubes liegenden Kontakthubes einbringbar ist.13. The apparatus according to claim 11, characterized in that in the drive ( 12 to 14 ) for the contact movement of the vacuum interrupter ( 15 ), a spacer ( 19 ) can be introduced before specifying a defined, below the normal nominal stroke contact stroke. 14. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Auswerteschaltung mittels eines Mikroprozessors softwaregesteuert ist.14. The apparatus according to claim 11, characterized ge indicates that the evaluation circuit by means of of a microprocessor is software controlled.
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