DE4310619A1

DE4310619A1 - Verfahren und Apparat zum Nachweisen einer Reduktion im Vakuumgrad eines Vakuumschaltventils

Info

Publication number: DE4310619A1
Application number: DE4310619A
Authority: DE
Inventors: Tadao Kitamura; Toshio Kobayashi; Yukio Oosawa; Noboru Usui; Mamoru Yamada
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1992-04-02
Filing date: 1993-03-31
Publication date: 1993-10-14
Also published as: US5399973A; TW216821B; JP3168751B2; JPH0660780A; KR970007512B1; KR930022416A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Nachweisen einer Reduktion im Vakuumgrad eines Vakuumschaltventils, das in einem Vakuumüberlastschalter oder Vakuumschaltschütz verwendet wird, und eine Vorrichtung zum Ausüben des Verfahrens.

Fig. 6 ist eine Seitenansicht, die einen Vakuumüberlastschalter zeigt. Der Überlastschalter umfaßt ein Vakuumschaltventil 1 mit einer stationären Zuleitung 7 und einer beweglichen Zuleitung 8. Die bewegliche Zuleitung 8 ist über einen Isolierstab 20 mit einem Ende eines Schalthebels 21 verbunden; dessen anderes Ende ist an eine Steuerungseinheit (nicht gezeigt), die in einem Isolierrahmen 13 untergebracht ist, gekoppelt. Die bewegliche Zuleitung 8 ist ferner über einen flexiblen Draht 22 mit einer Hauptstromkreisanschlußklemme 23 verbunden. Die stationäre Zuleitung 7 ist mit einer anderen Hauptstromkreisanschlußklemme 24 verbunden. Diese Hauptstromkreisanschlußklemmen 23 und 24 sind jeweils mit Isolatoren 25 und 26 verbunden. Der Vakuumüberlastschalter ist eine ausziehbare Ausführung, und das untere Ende des Isolierrahmens 13 ist über Räder 27 an den Rahmen einer Stromversorgungseinheit gekoppelt. Das heißt, wenn der Vakuumüberlastschalter in Fig. 1 nach rechts und links bewegt wird, werden die mit den Enden der Hauptstromkreisanschlußklemmen 23 und 24 verbundenen Klemmschellen 23A und 24A angeschlossen an und getrennt von den Hauptstromsammelleitungen (nicht gezeigt).

Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht, die wesentliche Bestandteile des in Fig. 6 gezeigten Vakuumüberlastschalters zeigt. In dem Vakuumschaltventil 1 bilden die stationäre Elektrode 2 und die bewegliche Elektrode 3 eine Kontaktvorrichtung, und ein Funkenschutzschild 4 umgibt die Kontaktvorrichtung. Die Kontaktvorrichtung und das Funkenschutzschild 4 sind in einem zylindrischen Isolierbehälter 5 eingebaut. Der Behälter 5 wird mit Deckeln 6A und 6B an beiden Enden dicht verschlossen, und das Behälterinnere wird im Vakuumgrad hoch evakuiert. Die stationäre Elektrode 2 ist starr am Boden 6A befestigt, und elektrisch über die stationäre Zuleitung 7 mit einem externen Stromkreis verbunden. Das Funkenschutzschild 4 ist starr an den Deckel 6A montiert. Das Funkenschutzschild 4 soll Metalldampf, der durch an der Kontaktvorrichtung gebildete Funken erzeugt wird, die sich beim Ausschalten des Stromkreises bilden, daran hindern, an der inneren, zylindrischen Oberfläche des Isolierbehälters 5 zu haften. In dem in Fig. 7 gezeigten Vakuumschaltventil 1 ist das Funkenschutzschild 4 an den Deckel 6A montiert; es kann jedoch auch an den Deckel 6B montiert werden, oder es kann in der Mitte des Behälters 5 derartig vorgesehen werden, daß es von den zwei Deckeln 6A und 6B isoliert ist. Fig. 7 zeigt das Vakuumschaltventil mit der geschlossenen Kontaktvorrichtung.

Das Vakuumschaltventil 1 ist hermetisch abgedichtet, so daß der Vakuumdruck in dem Isolierbehälter 5 kleiner als 10^-4 Torr ist. Falls die Abdichtung des Isolierbehälters beeinträchtigt wird, das heißt, falls der Vakuumdruck in dem Isolierbehälter 5 erhöht wird, wird das Vakuumschaltventil in den Durchschlag- und Isolierkenngrößen herabgesetzt und ist daher nicht länger brauchbar. Somit ist der Nachweis des Vakuumgrades des Vakuumschaltventils 1 wesentlich für die Instandhaltung des Vakuumüberlastschalters.

Um den Vakuumgrad des Vakuumschaltventils nachzuweisen, und dabei zu bestimmen, ob die Abdichtung des letzteren zufriedenstellend ist oder nicht, wird bislang eine hohe Spannung über die offen gehaltene Kontaktvorrichtung angelegt; das heißt, ein Test der Spannungsfestigkeit wird am letzteren durchgeführt. Dieses Verfahren beruht auf der Tatsache, daß die Überschlagsspannung der Kontaktvorrichtung verringert wird, wenn sich der Vakuumdruck verringert.

Das oben beschriebene, herkömmliche Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß, um das Vakuumschaltventil zu testen, letzteres vom Hauptstromkreis getrennt werden muß. Spezifischer, um eine hohe Spannung an das Vakuumschaltventil anzulegen, muß das Vakuumschaltventil vom Hauptstromkreis getrennt werden, indem es aus der Stromversorgungseinheit herausgezogen wird. Deshalb beansprucht die Instandhaltung viel Zeit und Arbeit, und der elektrische Strom wird für einen langen Zeitraum ausgeschaltet.

Der Vakuumgrad des Vakuumschaltventils kann mit einem damit verbundenen Vakuummeßinstrument gemessen werden. Dieses Verfahren leidet jedoch an den folgenden Schwierigkeiten: wie oben beschrieben wurde, ist es wesentlich, den Vakuumgrad des Vakuumschaltventils hoch aufrechtzuerhalten. Beim Verbinden des Vakuummeßinstrumentes mit dem im Test befindlichen Vakuumschaltventil ist es somit notwendig, sicher zu verhindern, daß die Abdichtung des Vakuumschaltventils an der Verbindungsstelle zum Vakuummeßinstrumentes beeinträchtigt wird. Schlimmstenfalls kann die Verbindung des Vakuummeßinstrumentes zum Vakuumschaltventil die Zuverlässigkeit des letzteren herabsetzen. Somit ist das Verfahren, das den Vakuumgrad mit einem Vakuummeßinstrument mißt, nicht praktisch.

Folglich ist ein Ziel dieser Erfindung, es zu ermöglichen, eine Reduktion im Vakuumgrad eines in Betrieb befindlichen Vakuumschaltventils nachzuweisen, ohne die Zuverlässigkeit des letzteren herabzusetzen.

Spezifischer ist ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum Nachweisen einer Reduktion im Vakuumgrad eines in Betrieb befindlichen Vakuumschaltventils ohne Herabsetzen der Zuverlässigkeit des letzteren und eine Vorrichtung zum Ausüben des Verfahrens zu schaffen.

Gemäß eines Gesichtspunktes der Erfindung wird ein Verfahren zum Nachweisen einer Reduktion im Vakuumgrad eines Vakuumschaltventils vorgesehen mit: einem Isolierbehälter, der evakuiert ist; einer Kontaktvorrichtung bestehend aus einer beweglichen Elektrode und einer stationären Elektrode; und einem Funkenschutzschild, wobei die Kontaktvorrichtung und das Funkenschutzschild in dem Isolierbehälter derartig eingerichtet werden, daß das Funkenschutzschild die Kontaktvorrichtung umgibt; darin wird das Funkenschutzschild auf demselben Potential wie eine der beweglichen und stationären Elektroden gehalten, es wird eine Ausbuchtung an der äußeren zylindrischen Oberfläche des Funkenschutzschildes oder an der inneren Oberfläche des Isolierbehälters gebildet, und eine Nachweiselektrode wird der äußeren Oberfläche des Isolierbehälters mit einem Luftspalt dazwischen gegenüberstehend eingerichtet und über einen Stromsensor geerdet, wobei der Stromsensor einen Entladestrom, der über die Ausbuchtung induziert wird, wenn der Vakuumgrad des Vakuumschaltventils reduziert wird, nachweist, um dadurch die Reduktion im Vakuumgrad des Vakuumschaltventils nachzuweisen.

Gemäß eines anderen Gesichtspunktes der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Nachweisen einer Reduktion im Vakuumgrad eines Vakuumschaltventils vorgesehen mit: einem Isolierbehälter, der evakuiert ist; einer Kontaktvorrichtung bestehend aus einer beweglichen Elektrode und einer stationären Elektrode; und einem Funkenschutzschild, wobei die Kontaktvorrichtung und das Funkenschutzschild in dem Isolierbehälter derartig eingerichtet werden, daß das Funkenschutzschild die Kontaktvorrichtung umgibt, das umfaßt: eine Ausbuchtung, die an der äußeren zylindrischen Oberfläche des Funkenschutzschildes, das auf demselben Potential wie eine der beweglichen und stationären Elektroden liegt, gebildet wird; einer Nachweiselektrode, die der äußeren Oberfläche des Isolierbehälters mit einem Luftspalt dazwischen gegenübersteht und über einen Stromsensor geerdet ist, wobei der Stromsensor einen Entladestrom nachweist, der, wenn der Vakuumgrad des Vakuumschaltventils reduziert wird, über die Ausbuchtung induziert wird, um eine Ausgabe zu schaffen; und eine Signalverarbeitungseinheit, die in Erwiderung auf die Ausgabe des Stromsensors ein Alarmsignal ausgibt, um die Reduktion im Vakuumgrad des Vakuumschaltventils anzuzeigen.

In der Vorrichtung ist die Ausbuchtung eine Metallkontaktfeder, die mit der inneren Oberfläche des Isolierbehälters in Kontakt gehalten wird.

In der Vorrichtung ist der Stromsensor ein Stromtransformator mit einer Primärwicklung an der Eingangsseite und einer Sekundärwicklung an der Ausgangsseite, wobei die Sekundärwicklung mit einem Resonanzkondensator parallel geschaltet wird, und der Stromtransformator ein Signal ausgibt, das auf eine besondere Frequenzkomponente in einem Frequenzbereich von 100 kHz bis 200 kHz des Entladestroms abgestimmt wird.

Überdies besteht in der Vorrichtung der Stromsensor aus ersten und zweiten Stromtransformatoren jeder mit einer Primärwicklung an der Eingangsseite und einer Sekundärwicklung an der Ausgangsseite, wobei eine Anschlußklemme der Primärwicklung des ersten Stromtransformators mit der Nachweiselektrode verbunden wird, und die andere Anschlußklemme mit der Primärwicklung des zweiten Stromtransformators verbunden wird, und die Sekundärwicklungen der Stromtransformatoren jeweils mit Resonanzkondensatoren parallel geschaltet werden. Der erste Stromtransformator gibt ein Signal aus, das auf eine besondere Frequenzkomponente in einem Frequenzbereich von 100 kHz bis 200 kHz abgestimmt wird, während der zweite Stromtransformator ein Signal aus gibt, das auf eine besondere Frequenzkomponente in einem Frequenzbereich von 1 MHz bis 10 MHz abgestimmt wird, und die Ausgangssignalpegel der ersten und zweiten Stromtransformatoren werden verglichen, um ein Alarmsignal, das einen Betrag der Reduktion im Vakuumgrad des Vakuumschaltventils anzeigt, auszugeben.

Gemäß der Erfindung wird die Ausbuchtung an der äußeren, zylindrischen Oberfläche des Funkenschutzschildes, das auf demselben Potential wie eine der beweglichen und stationären Elektroden gehalten wird, oder an der inneren Oberfläche des Isolierbehälters gebildet, und die Nachweiselektrode wird der äußeren Oberfläche des Isolierbehälters mit einem Luftspalt dazwischen gegenüberstehend eingerichtet. Mit dem Luftspalt auf einen geeigneten Wert eingerichtet wird daher das elektrische Feld in dem Vakuumschaltventil an dem Ende der Ausbuchtung stark erhöht, wenn die Betriebsspannung an das Vakuumschaltventil angelegt wird. Wenn das Vakuumschaltventil im Vakuumgrad reduziert wird, das heißt, der Vakuumgrad des Isolierbehälters verringert wird, wird die Durchschlagsfestigkeit im Vakuum verringert. In der Vakuumröhre besteht jedoch, wie oben beschrieben wurde, das hohe elektrische Feld lokal an dem Ende der Ausbuchtung und daher tritt Durchschlag nur in dem Vakuumraum am Ende der Ausbuchtung auf (er tritt nicht abrupt im ganzen Raum des Vakuumschaltventils auf), so daß dort Teilentladungen induziert werden.

Wenn, wie oben beschrieben wurde, die Teilentladungen mit der im Vakuumschaltventil gebildeten Ausbuchtung induziert werden, fließt ein Entladestrom mit hohen Frequenzkomponenten. Spezifischer, fließt der Entladestrom zu der Nachweiselektrode durch von dem Isolierbehälter, dem Vakuumraum, dem Luftspalt usw. gebildete elektrostatische Kapazitäten. Auf der anderen Seite wird die Nachweiselektrode über den Stromsensor geerdet, dessen Ausgabe mit der Signalverarbeitungseinheit verbunden wird. Auf Nachweis des Entladestroms hin legt daher der Sensor ein Nachweissignal an die Signalverarbeitungseinheit. In Erwiderung auf das Nachweissignal gibt die Signalverarbeitungseinheit ein Alarmsignal aus, das die Reduktion im Vakuumgrad des Vakuumschaltventils anzeigt.

Die an dem Funkenschutzschild gebildete Ausbuchtung wird mit der inneren Oberfläche des Isolierbehälters in Kontakt gehalten. Da an der Kontaktzone das elektrische Feld extrem erhöht wird, wird ein Vakuumbereich, bei dem Teilentladungen induziert werden, vergrößert, und folglich kann eine Reduktion im Vakuumgrad mit höherer Empfindlichkeit nachgewiesen werden.

Überdies wird die Metallkontaktfeder als Ausbuchtung verwendet. Wenn das Funkenschutzschild in den Isolierbehälter eingefügt wird, wird die Kontaktfeder mit dem Isolierbehälter sicher in Kontakt gehalten, dies ermöglicht, daß Entladungen dauerhaft induziert werden, wenn der Vakuumgrad des Vakuumschaltventils erniedrigt wird.

Überdies wird erfindungsgemäß der Stromtransformator als der Stromsensor verwendet. Die Primärwicklung des Stromtransformators wird mit der Nachweiselektrode verbunden, und die Sekundärwicklung wird mit dem Resonanzkondensator, der mit einer besonderen Frequenz in einem Bereich von 100 kHz bis 200 kHz in Resonanz tritt, parallel geschaltet und mit der Signalverarbeitungseinheit verbunden. Der Stromtransformator, der auf das besondere Signal abgestimmt wird, gibt das elektrische Signal über die Sekundärwicklung aus. Wenn der Vakuumgrad des Vakuumschaltventils verringert wird, oder sich der Vakuumdruck verändert, so daß die Durchschlagsfestigkeit minimal ist, werden die Hochfrequenzkomponenten des Entladestroms verringert, so daß die verbleibenden Hochfrequenzkomponenten bei 100 kHz bis 200 kHz liegen. Indem der Stromsensor auf die besonderen Frequenzkomponenten im Frequenzbereich von 100 kHz bis 200 kHz abgestimmt wird, kann deshalb eine Vakuumreduktion der Vakuumröhre unabhängig von dem Vakuumdruck der Vakuumröhre sicher nachgewiesen werden.

Überdies besteht der Stromsensor erfindungsgemäß aus den ersten und zweiten Stromtransformatoren. Eine Anschlußklemme der Primärwicklung des ersten Stromtransformators wird mit der Nachweiselektrode verbunden, und die andere Anschlußklemme wird mit der Primärwicklung des zweiten Stromtransformators verbunden, und die Sekundärwicklungen der Stromtransformatoren werden mit den Resonanzkondensatoren parallel geschaltet und jeweils mit den Signalverarbeitungseinheiten verbunden. Einer der Kondensatoren wird auf eine besondere Frequenzkomponente in einem Frequenzbereich von 100 kHz bis 200 kHz abgestimmt, während der andere auf eine besondere Frequenzkomponente in einem Frequenzbereich von 1 MHz bis 10 MHz abgestimmt wird, so daß die Stromtransformatoren elektrische, jeweils auf diese besonderen Frequenzkomponenten abgestimmte Signale, die an den Komparator angelegt werden, ausgeben. Der Komparator vergleicht die Ausgangssignalpegel der zwei Stromtransformatoren, um das Signal aus zugeben, das einen Betrag der Reduktion im Vakuumgrad des Vakuumschaltventils anzeigt. Das wird sehr zur Instandhaltung des Vakuumschaltventils beitragen.

Die Beschaffenheit, das Prinzip und der Nutzen der Erfindung werden aus der folgenden, detaillierten Beschreibung der Erfindung besser verstanden, wenn sie in Verbindung mit den Zeichnungen gelesen wird.

In den Zeichnungen:

ist Fig. 1 eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Vakuum-Reduktion-Nachweis-Vorrichtung für ein Vakuumschaltventil zeigt, die eine erste Ausführungsform der Erfindung darstellt;

ist Fig. 2 eine Querschnittsansicht, die ein anderes Beispiel einer Vakuum-Reduktion-Nachweis-Vorrichtung zeigt, die eine zweite Ausführungsform der Erfindung darstellt;

ist Fig. 3 eine Querschnittsansicht, die ein anderes Beispiel einer Vakuum-Reduktion-Nachweis-Vorrichtung zeigt, die eine dritte Ausführungsform der Erfindung darstellt;

ist Fig. 4 eine Querschnittsansicht, die ein anderes Beispiel einer Vakuum-Reduktion-Nachweis-Vorrichtung zeigt, die eine vierte Ausführungsform der Erfindung darstellt;

ist Fig. 5 eine Querschnittsansicht, die ein anderes Beispiel einer Vakuum-Reduktion-Nachweis-Vorrichtung zeigt, die eine fünfte Ausführungsform der Erfindung darstellt;

ist Fig. 6 eine Seitenansicht, die die Anordnung eines Vakuumüberlastschalters zeigt;

ist Fig. 7 eine Querschnittsansicht, die wesentliche Teile des in Fig. 6 gezeigten Vakuumüberlastschalters zeigt; ist Fig. 8 eine graphische Darstellung, die Beziehungen zwischen Vakuumdrücken und Durchbruchspannungen in Vakuumisolation anzeigt;

ist Fig. 9 ein erklärendes Diagramm, das eine Vakuumschaltventil-Teilentlade-Nachweis-Schaltung zeigt;

ist Fig. 10 ein Zeitdiagramm, das Entladeströme zeigt;

ist Fig. 11 ein erklärendes Diagramm, das eine Teilentlade- Nachweis-Schaltung in der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform zeigt; und

Fig. 12 ist eine graphische Darstellung, die Frequenzspektren der Entladeströme anzeigt.

Bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung werden in bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden.

Zuerst wird in bezug auf Fig. 1 eine Vorrichtung zum Nachweisen einer Reduktion im Vakuumgrad eines Vakuumschaltventils (im folgenden wird sich auf "eine Vakuum- Reduktion-Nachweis-Vorrichtung" bezogen), die eine erste Ausführungsform der Erfindung darstellt, beschrieben werden. Die Vorrichtung wird zum Nachweisen einer Reduktion im Vakuumgrad (im folgenden wird sich wenn zutreffend auf "eine Vakuum- Reduktion" bezogen) des in Fig. 7 gezeigten Vakuumschaltventils gebildet. In dem in Fig. 1 gezeigten Vakuumschaltventil wird jedoch eine ringförmige Ausbuchtung 10 an der äußeren, zylindrischen Wand des Funkenschutzschildes 4, das an dem Deckel 6A befestigt ist und auf demselben Potential wie die stationäre Elektrode 2 liegt, gebildet, und eine Nachweiselektrode 11 wird an einen Isolierrahmen 13 derartig montiert, daß sich ein Luftspalt G zwischen der Elektrode 11 und dem Isolierbehälter 5 befindet. Spezifischer wird die Nachweiselektrode an den Isolierrahmen 13 mit Isolierbolzen 12 befestigt und wird über einen Stromsensor 14 geerdet. Die Ausgabe des Stromsensors 14 wird an eine Signalverarbeitungseinheit 15 angelegt, die ein Alarmsignal 15S ausgibt.

Um die Vakuum-Reduktion-Nachweis-Theorie der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung zu beschreiben, werden zuerst ein Vakuumisoliermerkmal und ein Teilentlademerkmal beschrieben werden.

Fig. 8 ist ein charakteristisches Diagramm, das Beziehungen zwischen Vakuumdruck und Durchbruchspannung in bezug auf Vakuumisolation zeigt. In Fig. 8 stellt die horizontale Achse Vakuumdrücke (Torr) und die vertikale Achse Durchbruchspannungen (kV) dar. Ferner ist in Fig. 8 die charakteristische Kurve 34 für den Fall, daß die Spaltstrecke 7 mm ist. Die charakteristische Kurve 34 ist V-förmig und wird "Paschen Kurve" genannt. Es ist bekannt, daß die Paschen Kurve genau eine Kurve wird, wenn die horizontale Achse die Produkte aus Vakuumdrücken und Spaltstrecken darstellt. Wie aus Fig. 8 deutlich wird, ist die Durchbruchspannung minimal, wenn der Vakuumdruck bei ungefähr 0,3 Torr liegt. Lassen Sie uns diese minimale Durchbruchspannung "Paschen Minimum" nennen, und es wird vorgegeben, daß der dem Paschen Minimum entsprechende Vakuumdruck durch Pm dargestellt wird. Der Vakuumdruck Pm wird zur höheren Seite verschoben, wenn die Spaltstrecke zunimmt. In diesem Zusammenhang sollte erwähnt werden, daß im allgemeinen der Vakuumdruck wie folgt verstanden wird: wenn der Vakuumdruck im Wert klein ist, ist der Vakuumgrad hoch; wogegen wenn er groß ist, ist der Vakuumgrad niedrig (eine Reduktion im Vakuumgrad).

Wie vorher beschrieben wurde, ist normalerweise das Innere des Vakuumschaltventils hoch im Vakuumgrad, wobei der Vakuumdruck kleiner als 10^-4 Torr ist. Diese Bedingung liegt im linken Bereich der Fig. 8 vor, der weit weg von Pm ist, und das Innere des Isolierbehälters ist daher in der Durchschlagsfestigkeit ziemlich hoch. Wenn jedoch eine Vakuumreduktion im Vakuumschaltventil auftritt, wird die Durchschlagsfestigkeit allmählich verringert, und schließlich wird der Paschen Minimaldruck erreicht.

Selbst wenn eine Vakuumreduktion im Vakuumschaltventil auftritt, erreicht der Vakuumdruck im allgemeinen kaum einige zehn Torr oder höher, wo der Paschen Minimaldruck Pm überschritten wird. Der Vakuumdruck erreicht nur einige zehn Torr, wenn das Vakuumschaltventil zerbrochen wird, oder der Deckel entfernt wird, das heißt, wenn ein großes Loch im Vakuumschaltventil gebildet wird. Dieser Defekt kann leicht durch visuelle Prüfung befunden werden. In dem Fall, wo das Vakuumschaltventil einen äußerst kleinen Bruch hat, schreitet die Vakuumreduktion äußerst langsam fort. Selbst wenn eine Vakuumreduktion im Vakuumschaltventil auftritt, wird daher im allgemeinen der Vakuumdruck um den Paschen Minimalwert gehalten. Somit ist es für die Vakuum-Reduktion-Nachweis-Vorrichtung wesentlich, eine Reduktion im Vakuumgrad im Vakuumschaltventil nachzuweisen, bevor der Vakuumdruck den Paschen Minimalwert erreicht.

Wenn eine Vakuumreduktion im Vakuumschaltventil auftritt, wird die Durchschlagsfestigkeit im Vakuum verringert und das Vakuum wird teilweise gebrochen, bevor es in seiner Gesamtheit gebrochen wird; das heißt Vakuumabschnitte, wo die elektrische Feldstärke hoch ist, werden zuerst gebrochen wodurch Teilentladungen folgen. Wenn sich das elektrische Feld erhöht, wird der Bereich der Drücke, bei denen Teilentladungen induziert werden, erhöht; als eine Folge werden Teilentladungen bei niedrigeren Vakuumdrücken induziert.

Fig. 9 zeigt eine herkömmliche Teilentlademeßschaltung für ein Vakuumschaltventil. In Fig. 9 ist eine Hälfte eines Vakuumschaltventils 100 gezeigt, und seine stationäre Elektrode 2 und bewegliche Elektrode 3 sind in einem Isolierbehälter 5 untergebracht und stehen miteinander in Kontakt; das heißt, die Kontaktvorrichtung bestehend aus den zwei Elektroden 2 und 3 ist eingeschaltet, und ein Funkenschutzschild 41 ist eine Zwischenelektrode, die von diesen Elektroden isoliert ist. Das Vakuumschaltventil 100 ist mit einem Stromkreisleiter 44 mit einer Systemspannungsquelle 42 verbunden. Zur Messung der Teilentladungen steht eine Nachweiselektrode 11 dem Vakuumschaltventil 100 gegenüber und ist mit einem geerdeten Anschluß 43 über einen Stromsensor 14 verbunden. Der Stromkreisleiter 44 ist mit einem Kondensator 45 verbunden, der über einen Sensor 140 mit dem geerdeten Anschluß 43 verbunden ist. Die Ausgänge dieser Sensoren 14 und 140 sind jeweils mit Teilentlademeßeinheiten 46 und 47 verbunden.

In der oben beschriebenen Schaltung sind elektrostatische Kapazitäten, durch punktierte Linien angezeigt, vorhanden. Das heißt, in Fig. 9 bezeichnen C₀ und C₁ die elektrostatischen Kapazitäten, die zwischen den Hauptstromkreisleitern 44, verbunden mit den Hauptstromkreisanschlußklemmen des Vakuumschaltventils 100, und dem Erdanschluß 43 gebildet werden; das heißt, sie stellen die Kapazitäten zwischen Erde und Bauteilen wie Lasten, Kabeln und andere elektrische Leistungsgeräte dar. Überdies bezeichnen die Referenzzeichen C₅, C₆ und C₇ jeweils die elektrostatische Kapazität zwischen dem Funkenschutzschild 41 und der inneren, zylindrischen Oberfläche des Isolierbehälters 5, diejenige zwischen der inneren und äußeren, zylindrischen Oberfläche des Isolierbehälters 5, und diejenige zwischen der äußeren, zylindrischen Oberfläche des Isolierbehälters 5 und der Nachweiselektrode 11. Außerdem sind elektrostatische Kapazitäten zwischen Erde und der stationären Zuleitung 7 und der beweglichen Zuleitung 8 vorhanden. Derartige elektrostatische Kapazitäten werden von den oben beschriebenen elektrostatischen Kapazitäten C₀ und C₁ mit einbezogen.

Es wird angenommen, daß in Fig. 9 eine Vakuumreduktion im Vakuumschaltventil 100 auftritt, und Teilentladungen, wie bei 48 angezeigt, zwischen dem Funkenschutzschild 41 und der stationären Elektrode 2 induziert werden. Die Teilentladungen ändern abrupt den Potentialunterschied zwischen dem Funkenschutzschild 41 und der stationären Elektrode 2, wodurch ein Verschiebungsstrom, nämlich ein Entladestrom I gebildet wird. Der Entladestrom I fließt durch die elektrostatischen Kapazitäten C₅, C₆ und C₇ zur Erde. Auf der anderen Seite wird der Entladestrom I in zwei Ströme I₀ und I₁ geteilt. Der Strom I₀ fließt durch die elektrostatische Kapazität C₀ zu der stationären Elektrode 2, während der Strom I₁ durch die elektrostatische Kapazität C₁ und den Kopplungskondensator 45 zu der stationären Elektrode 2 fließt. Wann immer die Teilentladung 48 auftritt, werden die geteilten Entladeströme durch die Stromsensoren 14 und 140 fließen. Die geteilten Entladeströme werden verstärkt und jeweils von den Teilentlademeßeinheiten 46 und 47 gemessen. Beim Messen des Entladestroms ist es jedoch unnötig, zwei Stromsensoren vorzusehen. Bei der Messung nur mit dem Stromsensor 14 kann der Kopplungskondensator 45 entfernt werden. Wenn nur der Stromsensor 14 verwendet wird, kann die Nachweiselektrode 11 entfernt werden. In diesem Fall wird die elektrostatische Kapazität C₇ zwischen der äußeren, zylindrischen Oberfläche des Isolierbehälters 5 und dem Erdungsanschluß 43 gebildet. In dem oben beschriebenen Fall ist die Kontaktvorrichtung dem Vakuumschaltventils 1 geschlossen; selbst in dem Fall, wo die Kontaktvorrichtung offen gehalten wird, wird jedoch die Teilentlademeßschaltung unverändert in der Anordnung beibehalten, es sei denn, daß eine elektrostatische Kapazität zwischen der stationären Elektrode 2 und der beweglichen Elektrode 3 gebildet wird. Das heißt der Entladestrom I₀ fließt durch diese elektrostatische Kapazität zu der stationären Elektrode 2.

Die Stromsensoren 14 und 140 können diejenigen sein, die durch die folgende Literaturstelle (1) offengelegt worden sind:
Electric Society, Japanese Electrotechnical Committee Standard "Partial Discharge Measurement, General - JEC-195 (1980)".

Fig. 10 ist ein Zeitdiagramm, das die, von dem in Fig. 9 gezeigten Stromsensor 14 nachgewiesenen Entladeströme, zeigt. Ein Ladestrom der Netzfrequenz und -spannung fließt von der Systemspannungsquelle 42 in den Stromsensor 14, so daß die Entladeströme dem überlagert werden. In Fig. 10 zeigt die obere Wellenform 50 die dem Ladestrom überlagerten Entladeströme, und die untere Wellenform 51 zeigt nur die Entladeströme. Die untere Wellenform 51 hat steile Abschnitte, nämlich Hochfrequenzkomponenten in Abständen der Halbperiode, die den Entladeströmen entsprechen. Die Teilentladungen treten in einem Impulsmodus auf, und die Wellenform 51 enthält Frequenzkomponenten von niedriger Frequenz bis einige zehn Megahertz (MHz).

Die Wellenform des vom Sensor 140 nachgewiesenen Entladestroms unterscheidet sich von dem vom Sensor 14 nachgewiesenen Entladestrom nur dadurch, daß die erstere in der Polarität entgegengesetzt zu der letzteren ist; das heißt, die erstere Wellenform ist in der Tendenz dieselbe wie die letztere.

Teilentladungen können zwischen den Elektroden des Vakuumschaltventils, die offen gehalten werden, und zwischen dem Funkenschutzschild 41 und der beweglichen Elektrode 3 ebenso wie zwischen der stationären Elektrode 2 und dem Funkenschutzschild 41 induziert werden. In all diesen Fällen können die Entladeströme mit dem Stromsensor 14 oder 140 in der in Fig. 9 gezeigten Schaltung nachgewiesen werden.

Fig. 11 zeigt eine Teilentlademeßschaltung der in Fig. 1 gezeigten, ersten Ausführungsform. Die Schaltung der Fig. 11 ist von der Schaltung der Fig. 9 nur darin verschieden, daß das elektrisch mit der Seite der stationären Elektrode 2 verbundene Funkenschutzschild 4 eine Ausbuchtung 10 hat, und der Entladestrom nur durch die Nachweiselektrode 11, die dem Isoliergehäuse 5 mit einem Luftspalt G dazwischen gegenübersteht, nachgewiesen wird.

In dem Fall, wo der Luftspalt G so festgelegt wird, daß das elektrische Feld an der Ausbuchtung 10 so hoch wie möglich ist (wobei der Spalt G einige zehn Millimeter (mm) in dem Fall eines 7 KV Vakuumschaltventils ist), verursacht der Anschluß der Systemspannungsquelle 42 an das Vakuumschaltventil keine Teilentladungen, falls das Vakuumschaltventil im Vakuumgrad ausreichend hoch ist. Falls jedoch in diesem Fall im Vakuumschaltventil eine Vakuumreduktion auftritt, wird das Vakuum an dem Ende der Ausbuchtungs 10 verringert, und Teilentladungen werden daher, wie bei 52 angedeutet, zwischen der Ausbuchtung und dem Isolierbehälter induziert, so daß der Potentialunterschied dazwischen abrupt geändert wird. Ähnlich wie in dem Fall der Fig. 9 fließt somit der Entladestrom I über die elektrostatischen Kapazitäten C₆ und C₇ zur Erde. Der Entladestrom I wird in zwei Teile I₀ und I₁ geteilt, die zu dem Vakuumschaltventil 1 zurückkehren. In diesem Fall ist die Entladestromwellenform im wesentlichen zu der in Fig. 10 gezeigten gleich. In Erwiderung auf den Entladestrom bedeutet Teilentlademessung in anderen Worten; die Signalverarbeitungseinheit 15 gibt ein Alarmsignal 15S aus, das die Vakuumreduktion anzeigt.

In der in Fig. 11 gezeigten Schaltung fließt der Netzfrequenzstrom zu der Nachweiselektrode 11. Daher schließt die Signalverarbeitungseinheit 15 eine Schaltung zum Entfernen der Netzfrequenzkomponenten ein.

Die Entladeströme haben eine Impulswellenform. Daher weist die Signalverarbeitungseinheit 15 nur die Impulswellenform nach und wandelt sie in das Alarmsignal 15S um. Deshalb sieht die Signalverarbeitungseinheit 15 das Alarmsignal 15S nur vor, wenn Entladungen mit dem in Betrieb befindlichen Vakuumschaltventil induziert werden.

Der Stromsensor 14 kann ein Transformator mit hervorragendem Hochfrequenzverhalten sein. Die Signalverarbeitungseinheit 15 kann eine auf dem Markt erhältliche Teilentlademeßeinheit sein. Das Alarmsignal 15S kann benutzt werden, um ein Alarmsystem zu bedienen, oder um die Größenordnung oder die Häufigkeit der Teilentladungen auf einer Anzeigeeinheit auszugeben.

Zurück auf Fig. 1 verweisend, werden ähnlich wie in dem Fall der Fig. 11 die an dem Ende der Ausbuchtung 10 induzierten Teilentladungen vom Sensor 14 durch die Nachweiselektrode 11 nachgewiesen. Die Bildung der Ausbuchtung 10 an dem Funkenschutzschild 4 ist eine von dem Erfinder vorgeschlagene, neue Technik. Indem der Luftspalt G auf einen geeigneten Wert eingerichtet wird, kann der Bereich der Drücke, die Teilentladungen an der Ausbuchtung 10 verursachen, vergrößert werden; das heißt, die Vakuumreduktion kann mit höherer Empfindlichkeit nachgewiesen werden. Das heißt, wenn sich der Luftspalt G verringert, wird das elektrische Feld an dem Ende der Ausbuchtungs 10 erhöht, und daher wird der Minimalvakuumdruck verringert, um Teilentladungen zu induzieren. Somit hat die Vorrichtung den folgende Vorzug: In dem Fall, wo eine Vakuumreduktion in einem Vakuumschaltventil, das hoch im Vakuumgrad gewesen ist, auftritt, und der Vakuumdruck allmählich erhöht wird, kann die Vorrichtung den Defekt nachweisen, bevor der Vakuumgrad des Vakuumschaltventils sehr reduziert wird.

Japanische Patentanmeldungen (OPI) Nr. 76 630/1989 und 1 14 413/1990 ( die Bezeichnung "OPI" wie hierin verwendet bedeutet eine "ungeprüfte, veröffentlichte Anmeldung") haben eine Vakuumreduktionsnachweisvorrichtung offengelegt, die Teilentladungen durch Verwendung eines Stromsensors, der zwischen einer Nachweiselektrode und Erde geschaltet ist, nachweist. In der herkömmlichen Vorrichtung hat sein Funkenschutzschild keine Ausbuchtung; das heißt, das Vakuumschaltventil wird überhaupt nicht zum Nachweisen der Teilentladungen abgeändert; spezifischer, Teilentladungen zwischen dem Funkenschutzschild und der stationären Elektrode werden, wie in Fig. 9 gezeigt, nachgewiesen. Bei der Vorrichtung kann der Bereich der Drücke, bei denen Teilentladungen induziert werden, nicht angepaßt werden, es sei denn, die interne Anordnung des Vakuumschaltventils wird verändert. In dem Fall, wo wie in Fig. 1 gezeigt das Funkenschutzschild 4 und die stationäre Elektrode 2 auf demselben Potential liegen, wird außerdem keine Teilentladung dazwischen induziert, und daher werden Teilentladungen zwischen dem Funkenschutzschild 4 und der beweglichen Elektrode 3 oder zwischen der stationären Elektrode 2 und der beweglichen Elektrode 3 nachgewiesen. Das Auftreten der Teilentladungen an der beweglichen Elektrode 3 hängt von den Betriebsbedingungen der Kontaktvorrichtung ab. Daher ist es in diesem Fall schwierig, jederzeit die Reduktion im Vakuumgrad zu überwachen.

In dem Fall der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung wird die Ausbuchtung 10 während der Herstellung an dem Funkenschutzschild im Vakuumschaltventil gebildet, und daher wird das Vakuumschaltventil in der Zuverlässigkeit nicht beeinflußt; das heißt, es wird sicher verhindert, daß es im Vakuumgrad reduziert wird. Selbst wenn andere Isolatoren in dem Luftspalt G eingerichtet werden, um das Vakuumschaltventil zu stützen, werden sie niemals den Vakuum-Reduktion-Nachweis-Betrieb nachteilig beeinflussen.

Fig. 2 zeigt ein anderes Beispiel einer Vakuum-Reduktion- Nachweis-Vorrichtung, die eine zweite Ausführungsform der Erfindung bildet. Die zweite Ausführungsform ist von der oben beschriebenen ersten Ausführungsform (Fig. 1) darin verschieden, daß statt der in der ersten Ausführungsform an dem Funkenschutzschild gebildeten Ausbuchtung Metallkontaktfedern 16 an der äußeren, zylindrischen Oberfläche des Funkenschutzschildes 4 derartig befestigt werden, daß sie mit der inneren, zylindrischen Oberfläche des Isolierbehälters 5 in Kontakt stehen. In der ersten Ausführungsform ist der Ausbuchtung ringförmig; wohingegen in der zweiten Ausführungsform die Kontaktfedern 16, die eine Mehrzahl an Blattfedern sind, an der äußeren, zylindrischen Oberfläche des Funkenschutzschildes 4 in gleichen Abständen befestigt werden. In dem Fall der Fig. 2 werden zwei Kontaktfedern 16 an beiden Seiten des Funkenschutzschildes 4 mit Nieten befestigt.

Es ist Stand der Technik, daß, wenn eine Metallelektrode einen Isolator berührt, dann das elektrische Feld an der Kontaktstelle außergewöhnlich erhöht wird (vgl. Electric Society Ninth Insulating Material Symposium Material III-I, S. 109- 112, 1976, Takuma et al). Mit dieser in Fig. 2 gezeigten Anordnung werden deshalb unter dem Vakuumdruck im Isolierbehälter, der geringer ist als in der ersten Ausführungsform, Teilentladungen induziert. Daher kann die Vakuumreduktion mit höherer Empfindlichkeit nachgewiesen werden.

In der zweiten Ausführungsform ist die Teilentladung eine allmähliche Entladung, die sich von den Enden der Kontaktfedern 16 entlang der inneren Oberfläche des Isolierbehälters 5 ausdehnt. Um die Entladung dauerhaft zu induzieren, ist es daher wesentlich, daß die Metallelektrode sicher mit dem Isolator in Kontakt gehalten wird. Die Kontaktfedern 16, die wie in Fig. 2 gezeigt gebildet sind, werden mit dem Isolierbehälter 5 sicher in Kontakt gehalten. Während der Herstellung des Vakuumschaltventils 1 werden die Kontaktfedern 16 im voraus mit Nieten am Funkenschutzschild 4 befestigt, und das Funkenschutzschild 4 wird mit den Kontaktfedern 16 in den Isolierbehälter 5 eingesetzt, während die Kontaktfedern 16 an der inneren Oberfläche des Isolierbehälters gleiten gelassen werden. Deshalb kann das Vakuumschaltventil mit Leichtigkeit geformt werden.

Fig. 3 zeigt ein anderes Beispiel der Vakuum-Reduktion- Nachweis-Vorrichtung, die eine dritte Ausführungsform der Erfindung bildet. Die dritte Ausführungsform ist von der in Fig. 1 gezeigten, ersten Ausführungsform nur darin verschieden, daß eine ringförmige Ausbuchtung 17 an der inneren, zylindrischen Oberfläche des Isolierbehälters 5 gebildet wird. Die ringförmige Ausbuchtung 17 kann aus einem Metallmaterial hergestellt werden, oder wie in Fig. 3 gezeigt kann sie aus demselben Material wie der Isolierbehälter 5 hergestellt werden. Der Isolierbehälter 5 wird gewöhnlich aus einem in der Dielektrizitätskonstante hohen Porzellanmaterial hergestellt, und daher ist das elektrische Feld an dem Ende der Ausbuchtungs 17 hoch. Ähnlich wie in dem Fall der Metallausbuchtung werden somit Teilentladungen von der Ausbuchtung 17 zum Funkenschutzschild 4 induziert, wenn der Vakuumdruck im Isolierbehälter 5 ansteigt. Der Entladestrom mit hoher Frequenz fließt durch den Luftspalt G zu der Nachweiselektrode 11, und daher kann die Vakuumreduktion des Vakuumschaltventils nachgewiesen werden. Die Ausbuchtung 17 und der Isolierbehälter 15 können als eine Einheit durch Gießen geformt werden. Daher wird das Vorsehen der Ausbuchtung 17 die Herstellungskosten nicht erhöhen. Zusätzlich ist das Vakuumschaltventil ähnlich wie in den oben beschriebenen, ersten und zweiten Ausführungsform in der Zuverlässigkeit hoch; das heißt, es wird sicher an der Vakuumreduktion gehindert.

In den oben beschriebenen ersten, zweiten und dritten Ausführungsformen hat das Funkenschutzschild dasselbe Potential wie die stationäre Elektrode 2. Selbst in dem Fall, wo das Funkenschutzschild als eine von der stationären Elektrode 2 und der beweglichen Elektrode 3 isolierten Zwischenelektrode vorgesehen wird, kann jedoch derselbe Effekt erreicht werden, indem die oben beschriebene Ausbuchtung an der äußeren, zylindrischen Oberfläche des Funkenschutzschildes 4 oder an der inneren, zylindrischen Oberfläche des Isolierbehälters 5 gebildet wird.

In dem Fall eines Vakuumüberlastschalters mit drei Vakuumschaltventilen 1 der drei Phasen kann die Vakuum- Reduktion-Nachweis-Vorrichtung wie folgt gebildet werden: das heißt, die Nachweiselektroden 11 werden jeweils den Vakuumschaltventilen 1 gegenüberstehend eingerichtet, und die von den Nachweiselektroden 11 erweiterten Stromleiter werden mit einem Stromsensor 14, der mit einer Signalverarbeitungseinheit 15 verbunden wird, verbunden. Mit dieser Vorrichtung können drei Vakuumschaltventile 1 für die Vakuumreduktion überwacht werden. Es ist jedoch für die Vorrichtung unmöglich zu bestimmen, welches der Vakuumschaltventile defekt und im Vakuumgrad reduziert ist. Selbst wenn nur eines der Vakuumschaltventile kaputt geht, kann jedoch der Vakuumüberlastschalter nicht verwendet werden. In diesem Fall kann daher die Instandhaltung des Vakuumüberlastschalters zufriedenstellend erzielt werden, indem jedes Vakuumschaltventil getestet wird, wenn der Vakuumüberlastschalter abgeschaltet ist.

Fig. 4 zeigt ein anderes Beispiel der Vakuum-Reduktion- Nachweis-Vorrichtung, die eine vierte Ausführungsform der Erfindung bildet.

Eine Nachweiselektrode 11 steht dem Vakuumschaltventil 1 mit einem Luftspalt dazwischen gegenüber; das heißt, die erstere 11 wird über eine elektrostatische Kapazität (durch die punktuierte Linie angezeigt) an das letztere 1 gekoppelt. Die Nachweiselektrode 11 wird mit einem Stromsensor, nämlich einem Stromtransformator 30, verbunden. Der Stromtransformator 30 umfaßt einen Ferritkern 30B, der ein ausgezeichnetes Hochfrequenzverhalten hat, und eine Primärwicklung 30A und eine Sekundärwicklung 30C, die auf den Ferritkern 30B gewickelt werden. Ein Ende der Primärwicklung 30A wird mit der Nachweiselektrode 11 verbunden, und das andere wird geerdet. Die Sekundärwicklung 30C wird mit einem Resonanzkondensator 39 parallel geschaltet und mit der Eingangsseite der Signalverarbeitungseinheit 15 verbunden. Die Kapazität des Resonanzkondensators 39 wird so ausgewählt, daß der Kondensator auf eine Stromkomponente einer besonderen Frequenz f₁ (zum Beispiel 150 kHz) in einem Bereich von 100 kHz bis 200 kHz des Entladestroms, der in der Primärwicklung 30A des Stromtransformators 30 fließt, abgestimmt wird.

In der Schaltung der Fig. 4 des Entladestroms, der auf eine Vakuumreduktion des Vakuumschaltventils zurückgeführt wird, wird es den Stromkomponenten um die besondere Frequenz f₁ herum ermöglicht, zu der Signalverarbeitungseinheit 15, die ein Alarmsignal 15S ausgibt, zu fließen.

Der Grund, warum der Wert der Resonanzkapazität 39 so ausgewählt wird, daß der Kondensator auf die besondere Frequenz f₁ abgestimmt wird, wird beschrieben werden:

Fig. 12 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Frequenzspektren der Entladeströme in der zweiten Ausführungsform (Fig. 2) anzeigt. In Fig. 12 stellt die horizontale Achse Frequenzen mit logarithmischer Skala, und die vertikale Achse Frequenzkomponentenpegel in dB dar (wobei 0 dB einem bei der Frequenz 100 kHz geschaffenen Pegel entspricht). Man erhält die charakteristische Kurve 35, wenn der Vakuumdruck 0,3 Torr (nahe Pm) ist, und man erhält die charakteristische Kurve 36 bei 0,05 Torr. In der charakteristischen Kurve 35 wird der Pegel abrupt verringert, wenn die Frequenz auf ungefähr 300 kHz erhöht wird. Auf der anderen Seite ist in der charakteristische Kurve 36 der Pegel im wesentlichen konstant, bis die Frequenz ungefähr 10 kHz erreicht. Diese charakteristische Tendenz ist vom Erfinder gefunden worden. Wenn der Vakuumdruck um den Paschen Minimaldruck (zum Beispiel in einem Bereich von 0,1 Torr bis 10 Torr) liegt, ist das Entladestromfrequenzspektrum so wie von der charakteristischen Kurve 35 angezeigt; und wenn der Vakuumdruck aus dem Bereich liegt, ist das Spektrum so wie von der charakteristischen Kurve 36 angezeigt. Das heißt, die Stromkomponenten, dessen Frequenzen in dem in Fig. 2 gezeigten Frequenzbereich Δf₁ (100 kHz bis 200 kHz) liegen, sind in all den Entladeströmen unabhängig von dem Bereich der Vakuumdrücke vorhanden; wogegen die Stromkomponenten, dessen Frequenzen in einem Frequenzbereich Δf₂ (1 MHz bis 10 MHz) liegen, fast nicht in den geschaffenen Entladeströmen vorhanden sind, wenn die Vakuumdrücke um den Paschen Minimaldruck Pm liegen.

Zurück auf Fig. 4 verweisend, falls die Abstimmfrequenz des Stromtransformators 30 auf eine Frequenz f₁ (zum Beispiel 150 kHz) in dem in Fig. 12 gezeigten Frequenzbereich Δf₁ eingerichtet wird, kann dann, selbst wenn der Vakuumdruck durch die Reduktion im Vakuumgrad des Vakuumschaltventils 1 außergewöhnlich erhöht wird, die Reduktion im Vakuumgrad sicher nachgewiesen werden. In der vierten Ausführungsform (Fig. 4) wird der Stromtransformator 30, wie oben beschrieben wurde, als der Stromsensor verwendet. Der Stromtransformator 30 eignet sich hervorragend als ein Sensor, der gemäß einem Schmalbandabstimmungsverfahren (eines der in der vorerwähnten Literaturstelle (1) beschriebenen Teilentladenachweisverfahren) arbeitet, in dem eine besondere Frequenz zum Nachweis einer Teilentladung abgestimmt wird. Das heißt, wenn ein Ladestrom einer Netzfrequenz (50 oder 60 Hz) in den Stromtransformator fließt, wird er nicht an der Sekundärseite auftreten. Es ist daher für die Signalverarbeitungseinheit 15 unnötig, ein Hochpaßfilter zu haben, das für den Widerstandsensor notwendig ist. Da die Schmalbandabstimmung verwendet wird, kann die Verstärkungsbandbreite klein sein, und daher kann die Verstärkung des Verstärkers leicht erhalten werden, und die Nachweisvorrichtung kann gerade in der Anordnung vereinfacht werden. Ferner werden in dem Stromtransformator 30 die Primärwicklung und die Sekundärwicklung voneinander isoliert. Daher können die Nachweisvorrichtung und die Systemspannung für sich geerdet werden. Diese Anordnung ist darin vorteilhaft, daß die Nachweisvorrichtung frei ist von dem Stromstoß in der Systemspannung; das heißt, gerade der Schutz der Nachweisvorrichtung wird verbessert.

Japanische Patentanmeldungen (OPI) Nr. 46 725/1984, 46 726/1984 und 1 75 524/1984 haben Vakuum-Reduktion-Nachweis-Vorrichtungen offengelegt, in denen, wie in Fig. 9 gezeigt, über den Kopplungskondensator 45 fließender Entladestrom mit dem Stromsensor 140 nachgewiesen wird, und Teilentladungen mit einem Bandpaßfilter, das Frequenzkomponenten 2 kHz bis 20 kHz oder von 2 kHz bis 400 kHz überträgt, nachgewiesen werden. Die Nachweisvorrichtung der Erfindung ist von diesen herkömmlichen Vorrichtungen in den folgenden Punkten verschieden:

1) In dem Fall der herkömmlichen Nachweisvorrichtungen wird keine Ausbuchtung an dem Funkenschutzschild gebildet, und das herkömmliche Vakuumschaltventil wird so wie es ist verwendet, um in ihm Teilentladungen nachzuweisen.
2) In dem Fall der herkömmlichen Nachweisvorrichtungen wird der Entladestrom über den Kopplungskondensator nachgewiesen. Für den Kopplungskondensator wird ein Detektor oder isoliert arbeitender Stab, der mit dem Hauptstromkreisleiter verbunden wird, benutzt.
3) Die herkömmlichen Nachweisvorrichtungen verwenden das Bandpaßfilter, um Entladestromkomponenten, dessen Frequenzen in dem besonderen Frequenzbereich liegen, nachzuweisen. Der Grund für das Vorsehen des besonderen Frequenzbereichs liegt darin, daß, wenn die Teilentladungen gemessen wurden, wobei sich der Vakuumdruck des Vakuumschaltventils von 5×10^-3 Torr auf 300 Torr veränderte, Frequenzkomponenten von 2 kHz bis 20 kHz erhalten wurden. Der Erfinder hat durch Experimente herausgefunden, daß, wie in Fig. 12 gezeigt, selbst in der Paschen Minimaldruckzone die Frequenzkomponenten der Entladeströme von niedrigen Frequenzen bis hohen Frequenzen der Größenordnung 200 kHz reichen. In dem Fall, wo das Bandpaßfilter verwendet wird, um einen weiten Bereich der Frequenzkomponenten zu übertragen, ist es nicht einfach, die Verstärkung des Verstärkers zu erhalten. Um die Anordnung der Nachweisvorrichtung zu vereinfachen, sollten somit nur die Entladestromkomponenten, dessen Frequenzen in dem besonderen Frequenzbereich liegen, nachgewiesen werden.

Die vorerwähnte Literaturstelle (1) hat eine Teilentlademeßeinheit beschrieben, die gemäß des Schmalbandabstimmungsverfahrens arbeitet, in dem ein Abstimmungstransformator als ein Stromsensor parallel mit einem Widerstand verbunden wird, und die Abstimmungsfrequenz in einem besonderen Frequenzbereich von 200 kHz bis einige Megahertz (MHz) liegt. Als die Literaturstelle (1) veröffentlicht wurde, war das Phänomen des Paschen Minimums mit der Vakuumisolation noch nicht bekannt. Daher zeigt die Literaturstelle (1) keine Meßeinheit, dessen Abstimmungsfrequenz geringer als 200 kHz ist.

Fig. 5 zeigt ein anderes Beispiel der Vakuum-Reduktion- Nachweis-Vorrichtung, die eine fünfte Ausführungsform der Erfindung bildet.

Grob dargelegt wird die fünfte Ausführungsform gebildet, indem zu der vierten Ausführungsform ein Stromtransformator 31 und eine Signalverarbeitungseinheit 32, die ähnlich denen 30 und 15 in der vierten Ausführungsform (Fig. 4) sind, und ein Komparator 33 hinzugefügt werden. Die Primärwicklung 31A des Stromtransformators 31 wird in Serie mit der Primärwicklung 30A des Stromtransformators 30 verbunden. Die Sekundärwicklung 31C des Stromtransformators 31 wird mit einem Resonanzkondensator 40 parallel geschaltet und mit der Eingangsseite der Signalverarbeitungseinheit 32 verbunden. Ferner werden die Sekundärwicklungen 30C und 31C der Stromtransformatoren 30 und 31 mit der Eingangsseite des Komparators 33 verbunden. In dem Komparator 33 werden die Pegel der Ausgangssignale der Stromtransformatoren 30 und 31 verglichen. Wenn der Ausgangssignalpegel des Stromtransformators 30 höher ist als derjenige des Stromtransformators 31, gibt der Komparator 33 ein Signal 33S aus. Die anderen Anordnungen sind denjenigen in der in Fig. 4 gezeigten vierten Ausführungsform gleich.

Die Kapazität des Resonanzkondensators 40 wird so ausgewählt, daß der Kondensator auf eine Stromkomponente einer besonderen Frequenz f₂ (zum Beispiel 3 MHz) in einem Bereich von 1 MHz bis 10 MHz des Entladestroms, der in der Primärwicklung 31A des Stromtransformators 31 fließt, abgestimmt wird. Daher bedeutet das Ausgeben des Signals 33S durch den Komparator 33, daß die Vakuumreduktion des Vakuumschaltventils 1 auf ungefähr den Paschen Minimaldruck Pm fortgeschritten ist. Auf der anderen Seite, wenn der Komparator 33 kein Signal 33A ausgibt, obwohl die Signalverarbeitungseinheiten 15 und 32 die Alarmsignale 15S und 32S ausgeben, ist der Vakuumdruck des Vakuumschaltventils 1 noch nicht nahe dem Paschen Minimaldruck Pm gekommen.

Wie oben beschrieben wurde wird die Ausbuchtung erfindungsgemäß an der äußeren, zylindrischen Oberfläche des Funkenschutzschildes oder der inneren Oberfläche des Isolierbehälters im Vakuumschaltventil gebildet, und die Nachweiselektrode wird der äußeren Oberfläche des Isolierbehälters mit dem Luftspalt dazwischen gegenüberstehend eingerichtet. Das macht es möglich, eine Reduktion im Vakuumgrad des in Betrieb befindlichen Vakuumschaltventils zu überwachen, wobei die Vakuumröhre unverändert in der Zuverlässigkeit instandgehalten wird. Die Ausbuchtung am Isolierbehälter wird gleichzeitig im voraus gebildet, wenn der letztere gebildet wird; das heißt, die Ausbuchtung und der Isolierbehälter werden als eine Einheit hergestellt, und daher wird die Bildung der Ausbuchtung die Herstellungskosten der Vakuumröhre als Ganzes gesehen nicht erhöhen. Durch Anpassen der Strecke des Luftspalts kann der Bereich der Drücke, bei denen Teilentladungen induziert werden, vergrößert werden; das heißt, die Empfindlichkeit für eine Vakuumreduktion kann erhöht werden.

Die Ausbuchtung am Funkenschutzschild wird zudem mit der inneren Oberfläche des Isolierbehälters in Kontakt gehalten. Weil in der Kontaktzone das elektrische Feld extrem erhöht wird, kann die Vakuumreduktion mit hoher Empfindlichkeit nachgewiesen werden.

Ferner werden die Metallkontaktfedern als Ausbuchtung verwendet. Wenn das Funkenschutzschild in den Isolierbehälter eingefügt wird, berühren daher die Kontaktfedern den Isolierbehälter sicher. Wenn der Vakuumgrad des Vakuumschaltventils reduziert wird, werden somit Entladeströme dauerhaft induziert.

Der Stromtransformator, dessen Sekundärwicklung mit dem Resonanzkondensator parallel geschaltet wird, wird außerdem als Stromsensor verwendet. Die Kapazität des Resonanzkondensators wird so ausgewählt, daß der Kondensator auf eine besondere Frequenzkomponente in einem Frequenzbereich von 100 kHz bis 200 kHz abgestimmt wird. Selbst wenn der Vakuumdruck der Paschen Minimaldruck ist, kann daher die Entladung nachgewiesen werden. Somit kann eine Vakuumreduktion des Vakuumschaltventils unabhängig von dem Vakuumdruck nachgewiesen werden.

Ferner besteht der Stromsensor erfindungsgemäß aus den ersten und zweiten Stromtransformatoren, wobei deren Sekundärwicklungen mit den Resonanzkondensatoren parallel geschaltet werden. Eine Anschlußklemme der Primärwicklung des ersten Stromtransformators wird mit der Nachweiselektrode verbunden, und die andere Anschlußklemme wird mit der Primärwicklung des zweiten Stromtransformators verbunden. Der erste Stromtransformator wird auf eine besondere Frequenzkomponente in einem Frequenzbereich von 100 kHz bis 200 kHz abgestimmt, während der zweite Stromtransformator auf eine besondere Frequenzkomponente in einem Frequenzbereich von 1 MHz bis 10 Mhz abgestimmt wird. Der Komparator vergleicht die Ausgangssignalpegel der zwei Stromtransformatoren, um das Ausgangssignal vorzusehen, wenn der erstere größer als der letztere ist. Es kann somit aus der Anwesenheit oder Abwesenheit des Komparatorausgangssignals entschieden werden, ob beim Vakuumschaltventil eine Vakuumreduktion auftritt oder nicht. Das heißt, es kann sofort entschieden werden, ob der Vakuumdruck auf den Paschen Minimalwert verringert wird oder nicht. Dies wird sehr zu der Verbesserung in der Instandhaltung des Vakuumschaltventils beitragen.

Während diese Erfindung in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen dieser Erfindung beschrieben wurde, ist es denjenigen, die mit der Materie vertraut sind, offensichtlich, daß verschiedene Veränderungen und Abänderungen darin gemacht werden können, ohne von der Erfindung abzuweichen, und es wird daher darauf abgezielt, in den beigefügten Ansprüchen, alle solche Veränderungen und Abänderungen abzudecken, so wie sie mit dem wahren Erfindungsgedanken und dem Erfindungsgebiet übereinstimmen.

Claims

1. Ein Verfahren zum Nachweisen einer Reduktion im Vakuumgrad eines Vakuumschaltventils (1): mit einem Isolierbehälter (5), der evakuiert ist; einer Kontaktvorrichtung bestehend aus einer beweglichen Elektrode (3) und einer stationären Elektrode (2); einem Funkenschutzschild (4); einer an der äußeren, zylindrischen Oberfläche des Funkenschutzschildes (4) oder an der inneren Oberfläche des Isolierbehälters (5) gebildeten Ausbuchtung (10); und einer Nachweiselektrode (11), die der äußeren Oberfläche des Isolierbehälters (5) mit einem Luftspalt (G) dazwischen gegenübersteht und über einen Stromsensor (14) geerdet wird, wobei die Kontaktvorrichtung und das Funkenschutzschild (4) in dem Isolierbehälter (5) derartig eingerichtet sind, daß das Funkenschutzschild (4) die Kontaktvorrichtung umgibt, und das Verfahren die Schritte umfaßt:
Halten des Funkenschutzschildes (4) auf demselben Potential wie eine der beweglichen (3) und stationären Elektroden (2); und
Nachweisen eines Entladestroms, der über die Ausbuchtung induziert wird, wenn der Vakuumgrad des Vakuumschaltventils (1) reduziert wird, durch den Stromsensor (14), um dabei die Reduktion im Vakuumgrad des Vakuumschaltventils (1) nachzuweisen.

2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den Schritt Erzeugen eines Alarmsignals in Erwiderung auf den Nachweis der Reduktion umfaßt.

3. Eine Vorrichtung zum Nachweisen einer Reduktion im Vakuumgrad eines Vakuumschaltventils (1) mit:
einem Isolierbehälter (5), der evakuiert ist;
einer Kontaktvorrichtung bestehend aus einer beweglichen Elektrode (3) und einer stationären Elektrode (2);
einem Funkenschutzschild (4), das eine an seiner äußeren Oberfläche gebildeten Ausbuchtung (10) hat und die Kontaktvorrichtung umgibt, wobei die Kontaktvorrichtung und das Funkenschutzschild (14) in dem Isolierbehälter (5) eingerichtet werden;
einer Nachweiselektrode (11), die der äußeren Oberfläche des Isolierbehälters (5) mit einem Luftspalt (G) dazwischen gegenübersteht; und
einem Stromsensor (14) zum Nachweisen eines Entladestroms, der, wenn der Vakuumgrad des Vakuumschaltventils (1) reduziert wird, über die Ausbuchtung (10) induziert wird, um ein Nachweissignal zu schaffen, wobei die Nachweiselektrode (11) über den Stromsensor (14) geerdet wird.

4. Eine Vorrichtung nach Anspruch 3, ferner mit einer Signalverarbeitungseinheit (15), die in Erwiderung auf das Nachweissignal des Stromsensors (14) ein Alarmsignal (15S) ausgibt, um die Reduktion im Vakuumgrad des Vakuumschaltventils (1) anzuzeigen.

5. Eine Vorrichtung nach Anspruch 3, worin das Funkenschutzschild (4) auf demselben Potential wie eine der beweglichen (3) und stationären Elektroden (2) liegt.

6. Eine Vorrichtung nach Anspruch 3, worin die Ausbuchtung (10) mit der inneren Oberfläche des Isolierbehälters (5) in Kontakt steht.

7. Eine Vorrichtung nach Anspruch 6, worin die Ausbuchtung eine Metallkontaktfeder (16) umfaßt.

8. Eine Vorrichtung zum Nachweisen einer Reduktion im Vakuumgrad eines Vakuumschaltventils (1) mit:
einem Isolierbehälter (5), der evakuiert ist und eine Ausbuchtung (17) an seiner inneren Oberfläche hat;
einer Kontaktvorrichtung bestehend aus einer beweglichen Elektrode (3) und einer stationären Elektrode (2);
einem Funkenschutzschild (4), das die Kontaktvorrichtung umgibt, wobei die Kontaktvorrichtung und das Funkenschutzschild (4) in dem Isolierbehälter (5) eingerichtet werden;
einer Nachweiselektrode (11), die der äußeren Oberfläche des Isolierbehälters (5) mit einem Luftspalt (G) dazwischen gegenübersteht;
einem Stromsensor (14) zum Nachweisen eines Entladestroms, der, wenn der Vakuumgrad des Vakuumschaltventils (1) reduziert wird, über die Ausbuchtung (17) induziert wird, um ein Nachweissignal zu schaffen, wobei die Nachweiselektrode (11) über den Stromsensor (14) geerdet wird; und
eine Signalverarbeitungseinheit (15), die in Erwiderung auf die Ausgabe des Stromsensors (11) ein Alarmsignal (15S) ausgibt, um die Reduktion im Vakuumgrad des Vakuumschaltventils (1) anzuzeigen.

9. Eine Vorrichtung nach Anspruch 3, worin der Stromsensor (11) einen Stromtransformator (30) mit einer Primärwicklung (30A) an einer Eingangsseite und einer Sekundärwicklung (30C) an einer Ausgangsseite umfaßt; wobei die Sekundärwicklung (30C) einem Resonanzkondensator (39) parallel geschaltet wird; und wobei der Stromtransformator (30) ein Signal ausgibt, das auf eine besondere Frequenzkomponente in einem Frequenzbereich von 100 kHz bis 200 kHz des Entladestroms abgestimmt wird.

10. Eine Vorrichtung nach Anspruch 8, worin der Stromsensor (11) einen Stromtransformator (30) mit einer Primärwicklung (30A) an einer Eingangsseite und einer Sekundärwicklung (30C) an einer Ausgangsseite umfaßt; wobei die Sekundärwicklung (30C) einem Resonanzkondensator (39) parallel geschaltet wird; und wobei der Stromtransformator (30) ein Signal ausgibt, das auf eine besondere Frequenzkomponente in einem Frequenzbereich von 100 kHz bis 200 kHz des Entladestroms abgestimmt wird.

11. Eine Vorrichtung nach Anspruch 3, worin der Stromsensor (11) einen ersten (30) und zweiten Stromtransformator (31) jeder mit einer Primärwicklung (30A, 31A) an einer Eingangsseite und einer Sekundärwicklung (30C, 31C) an einer Ausgangsseite umfaßt; wobei eine Anschlußklemme der Primärwicklung (30A) des ersten Stromtransformators (30) mit der Nachweiselektrode (11) verbunden wird, und deren andere Anschlußklemme mit der Primärwicklung (31A) des zweiten Stromtransformators (31) verbunden wird; wobei den Sekundärwicklungen (30C, 31C) der Stromtransformatoren (30,31) jeweils Resonanzkondensatoren (39, 40) parallel geschaltet werden; wobei der erste Stromtransformator (30) ein Signal ausgibt, das auf eine besondere Frequenzkomponente in einem Frequenzbereich von 100 kHz bis 200 kHz abgestimmt wird, während der zweite Stromtransformator (31) ein Signal ausgibt, das auf eine besondere Frequenzkomponente in einem Frequenzbereich von 1 MHz bis 10 MHz abgestimmt wird; ein Komparator (33) zum Vergleichen der Pegel der von den ersten und zweiten Stromtransformatoren ausgegebenen Signale; wobei der Komparator (33) ein Alarmsignal (33S) ausgibt, das einen Reduktionsbetrag im Vakuumgrad des Vakuumschaltventils (1) anzeigt.

12. Eine Vorrichtung nach Anspruch 8, worin der Stromsensor (11) einen ersten (30) und zweiten Stromtransformator (31) jeder mit einer Primärwicklung (30A, 31A) an einer Eingangsseite und einer Sekundärwicklung (30C, 31C) an einer Ausgangsseite umfaßt; wobei eine Anschlußklemme der Primärwicklung (30A) des ersten Stromtransformators (30) mit der Nachweiselektrode (11) verbunden wird, und deren andere Anschlußklemme mit der Primärwicklung (31A) des zweiten Stromtransformators (31) verbunden wird; wobei den Sekundärwicklungen (30C, 31C) der Stromtransformatoren (30, 31) jeweils Resonanzkondensatoren (39, 40) parallel geschaltet werden; wobei der erste Stromtransformator (30) ein Signal ausgibt, das auf eine besondere Frequenzkomponente in einem Frequenzbereich von 100 kHz bis 200 kHz abgestimmt wird, während der zweite Stromtransformator (31) ein Signal ausgibt, das auf eine besondere Frequenzkomponente in einem Frequenzbereich von 1 MHz bis 10 MHz abgestimmt wird; ein Komparator (33) zum Vergleichen der Pegel der von den ersten und zweiten Stromtransformatoren ausgegebenen Signale; wobei der Komparator (33) ein Alarmsignal (33S) ausgibt, das einen Reduktionsbetrag im Vakuumgrad des Vakuumschaltventils (1) anzeigt.