DE60130482T2

DE60130482T2 - Verfahren und einrichtung zur überwachung des vakuumgrades in einem vakuum-unterbrecherschalter

Info

Publication number: DE60130482T2
Application number: DE60130482T
Authority: DE
Inventors: Masayuki Shinagawa-ku SAKAKI; Hiroaki Shinagawa-ku SANO
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2000-12-12
Filing date: 2001-02-07
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2021-02-08
Also published as: US6952102B2; EP1343185A1; EP1343185B1; WO2002049057A1; EP1343185A4; KR100496660B1; CN1443360A; US20030173969A1; KR20030051595A; CN1275273C; JP2002184275A; DE60130482D1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Vakuumgrades in einem Vakuumunterbrecher und eine Vakuumüberwachungsvorrichtung, die zur Überwachung des Vakuumgrades verwendet wird.
TECHNISCHER HINTERGRUND
5 zeigt ein Beispiel eines Vakuumunterbrechers, wobei 1 ein Vakuumunterbrecher ist und 2 ein Isolierrohr ist, das zwei Enden aufweist, an welchen Endplatten 3, 4 angebracht sind, um einen Vakuumbehälter zu bilden. Eine stationäre Leitung 5, die eine stationäre Elektrode aufweist, ist durch die Endplatte 3 hindurch angeordnet, und eine bewegliche Leitung 7, die eine bewegliche Elektrode aufweist, ist durch die Endplatte 4 und durch einen Faltenbalg 6 hindurch beweglich angeordnet. 8 ist eine Abschirmung, welche an einer Mitte des Isolierrohrs angebracht ist, um einen zwischen der stationären Elektrode und der beweglichen Elektrode erzeugten metallischen Dampf am Anlagern an der inneren Oberfläche des Isolierrohrs 2 zu hindern.
Der Vakuumunterbrecher weist typischerweise eine normale Unterbrechungsfähigkeit bei dem Druck mit dem Vakuumgrad auf, der 5 × 10^–4 Torr oder weniger beträgt. Bei einer langen Verwendungsdauer kann der Vakuumgrad jedoch aufgrund von Gas, das aus dem Inneren des Unterbrechers entlassen wird, einem langsamen Leck bei einer Verbindung durch Schweißen, Löten oder dergleichen zum Zeitpunkt der Herstellung etc. abge schwächt werden, was ein allmähliches Verringern der Unterbrechungsfähigkeit verursacht.
Da ein Auftreten einer schlechten Unterbrechung eine ziemlich nachteilige Auswirkung auf ein Energiesystem mit dem darin angeordneten Unterbrecher hat, bildet ein Überwachen des Vakuumgrades, wenn der Vakuumunterbrecher verwendet wird, eine wesentliche Herausforderung.
6 zeigt die Paschenkurve genannte Beziehung zwischen dem Vakuumgrad und der inneren Entladung des Vakuumunterbrechers. Wenn ein Auftreten eines schlechten Vakuumgrades zu mehr als 5 × 10^–4 Torr führt, wird die Entladung zwischen der Elektrode und der Abschirmung bei dem Zustand des Unterbrechers mit geschlossenem Schaltkreis erzeugt. Eine Überwachung des Vakuumgrades basiert auf einer Detektion dieser Entladung, welche ein Detektionsprinzip für eine Abschwächung des Vakuumgrades bildet.
Es wurden verschiedene Vorrichtungen zur Überwachung des Vakuumgrades auf der Grundlage des voranstehenden Überwachungsprinzips vorgeschlagen, von denen jede aufgebaut ist, um eine Frequenz von etwa 2–20 kHz zu detektieren, was sich bezüglich der Detektionsempfindlichkeit als nicht ausreichend darstellt.
Insbesondere tritt in der Nachbarschaft der Überwachungsvorrichtung zur Detektion einer Entladung aufgrund einer Abschwächung des Vakuumgrades immer verschiedenartiges Rauschen zusätzlich zu dem Vakuumunterbrecher vermischt auf, beispielsweise ein Rauschen, das durch einen Scherenstromabnehmer eines Zugs während eines Vorbeifahrens desselben erzeugt wird, ein Rauschen aufgrund eines Blitzstromstoßes und eines Schaltstoßes, die bei einem Schalten des Unterbrechers erzeugt werden, ein Rauschen aufgrund eines Anregungsstromstoßes eines Umformers einer Unterstation und einer Koronaentladung von einem Isolator bei Regen etc. Dieses Rauschen, welches von einem Rauschen aufgrund einer Abschwächung des Vakuumgrades nicht unterschieden werden kann, tritt nicht kontinuierlich auf, was zu einer nicht ausreichenden Detektionsempfindlichkeit des Vakuumgrades führt.
Dokument JP 63-264833 A offenbart ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 2.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung des Vakuumgrades bereitzustellen, welches bzw. welche eine sichere Erkennung einer Abschwächung des Vakuumunterbrechers ermöglicht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird bei einer Vorrichtung zur Überwachung eines Vakuumgrades in einem Vakuumunterbrecher, welcher eine stationäre Elektrode und eine bewegliche Elektrode, die in einem durch ein Isolierrohr isolierten Vakuumbehälter angeordnet sind, und eine gegenüber der stationären Elektrode und der beweglichen Elektrode angeordnete Abschirmung zur Detektion einer Abschwächung des Vakuumgrades in dem Vakuumunterbrecher umfasst, die Abschwächung des Vakuumgrades durch das Auftreten einer Entladung zwischen der Elektrode und der Abschirmung und eine Dauer der Entladung detektiert. Damit ist, wenn eine Abschwächung des Vakuumgrades auftritt, eine Unterscheidung zwischen Impulsen aufgrund einer Entladung, die von einer Abschwächung herrührt und eine kontinuierliche Dauer aufweist, und einem nicht kontinuierlich erzeugten Rauschen möglich, was zu einer Detektion einer Abschwächung mit einer ausgezeichneten Empfindlichkeit führt.
Bei einer Detektion des Auftretens einer Entladung zwischen der Elektrode und der Abschirmung des Vakuumunterbrechers wird die Kontinuität der Entladung durch einen ersten Timer detektiert, der auf eine Zeitspanne eingestellt ist, die etwas länger als eine Zykluszeitdauer einer Energiequellenspannung ist, und die Dauer der Entladung wird durch einen zweiten Timer detektiert, der auf eine Zeitspanne eingestellt ist, die ausreichend länger als die eingestellte Zeitspanne des ersten Timers ist.
Durch eine derartige Detektion wird der Entladezustand, der ausnahmslos bei jedem Zyklus der Frequenz der Energiequellenspannung auftritt, wenn der Vakuumgrad abgeschwächt ist, zuerst durch den ersten Timer detektiert. Ob der Entladezustand während einer Zeitspanne, die länger als ein durch den ersten Timer eingestelltes Zeitintervall ist, andauert oder nicht, wird durch den zweiten Timer ermittelt. Wenn detektierte Impulse über die eingestellte Zeitspanne des zweiten Timers hinaus andauern, wird ermittelt, dass eine Abschwächung auftritt, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, wohingegen der zweite Timer zurückgesetzt wird, wenn sie nicht andauern, um das Vorhandensein einer Abschwächung eines Vakuumgrades zu ermitteln.
Darüber hinaus umfasst eine Vorrichtung zur Überwachung eines Vakuumgrades in einem Vakuumunterbrecher, welcher eine stationäre Elektrode und eine bewegliche Elektrode, die in einem durch ein Isolierrohr isolierten Vakuumbehälter angeordnet sind, und eine gegenüber der stationären Elektrode und der beweglichen Elektrode angeordnete Abschirmung zur Detektion einer Abschwächung des Vakuumgrades in dem Vakuumunterbrecher umfasst, eine Antenne zur Aufnahme eines Entladungsphänomens, das durch die Abschwächung des Vakuumgrades zwischen der Elektrode und der Abschirmung erzeugt wird, ein Detektionsteil zur Einspeisung und Verstärkung eines Signals aus der Antenne, um ein Signal zu detektieren, das einen gegebenen Pegelwert oder mehr aufweist, ein Ermittlungsteil zur Eingabe des detektierten Signals, um zu ermitteln, ob das Entladungsphänomen aufgrund der Abschwächung des Vakuumgrades auftritt oder nicht, und ein Ausgabeteil zur Einspeisung des Ausgangssignals des Ermittlungsteils, um ein Signal auszugeben, das ein Auftreten einer Anomalie anzeigt.
Das Ermittlungsteil umfasst einen ersten Timer, der auf eine Zeitspanne eingestellt ist, die etwas länger als eine Zykluszeitdauer einer Energiequellenspannung ist, und einen zweiten Timer, der auf eine Zeitspanne eingestellt ist, die ausreichend länger als die eingestellte Zeitspanne des ersten Timers ist.
Darüber hinaus weist der erste Timer zur Ausführung der Ermittlung eine eingestellte Zeit von 30 ms auf und der zweite Timer weist eine eingestellte Zeit von 30 s auf.
Die wie voranstehend beschrieben aufgebaute Vakuumüberwachungsvorrichtung ist in der Nachbarschaft eines Sockels angeordnet, an welchem der Vakuumunterbrecher angebracht ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm einer Vakuumüberwachungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Wellenformdiagramm zur Erläuterung einer Abstrahlung einer elektromagnetischen Welle aus einem Vakuumunterbrecher;
3A–3B zeigen eine äußere Erscheinung der Vakuumüberwachungsvorrichtung, wobei 3A eine perspektivische Ansicht und 3B eine Frontansicht ist;
4A–4C zeigen die Vakuumüberwachungsvorrichtung in einem angebrachten Zustand, wobei 4A eine Ansicht eines direkten Anbringens an einer Basis ist, 4B eine Ansicht eines Anbringens an einem Sockel ist und 4C eine Ansicht eines Anbringens an einem Bedienkasten ist;
5 ist eine Konstruktionszeichnung des Vakuumunterbrechers; und
6 ist eine Paschenkurve, welche die Beziehung zwischen dem Vakuumgrad und der Entladung zeigt.
BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vakuumüberwachungsvorrichtung zeigt, wobei 10 eine Antenne zum Empfangen einer elektromagnetischen Welle ist, welche aufgrund einer Abschwächung des Vakuumgrades in einem Vakuumunterbrecher erzeugt wird, und 11 ein Detektionsteil ist, welches Verstärker AMP1, AMP2 und einen Vergleicher COM umfasst. Durch die Antenne 10 eingespeiste elektromagnetische Impulse werden durch die Verstärker AMP1, AMP2 verstärkt, dann bezüglich der Pegel durch den Vergleicher COM verglichen. Ein Vergleichsergebnis oder Impulse mit einem gegebenen Wertepegel oder mehr wird bzw. werden detektiert und an ein Ermittlungsteil 12 geliefert. Das Ermittlungsteil 12 umfasst einen ersten Timer T1, einen zweiten Timer T2 und einen isolierenden Optokoppler Ph. Der erste Timer T1 dient zur Detektion einer Entladungskontinuität und ermittelt, ob Impulse aufgrund eines Auftretens einer Abschwächung des Vakuumgrades kontinuierlich in jedem Zyklus, d.h. alle 20 ms, wenn die Energiequellenfrequenz 50 Hz beträgt, erzeugt werden oder nicht. Daher wird der Timer T1 auf ein Zeitintervall mit einer leichten Zugabe bezüglich 20 ms, z.B. 30 ms eingestellt.
Der zweite Timer T2 dient zur Detektion einer Entladungsdauer und weist ein Zeitintervall auf, das auf eine beliebige gegebene Zeitspanne eingestellt ist, welche länger als die eingestellte Zeitspanne des ersten Timers ist, z.B. 30 s. Wenn eine Entladung während einer gegebenen Zeitspanne oder länger andauert, wird ein Signal durch den Optokoppler Ph an ein Ausgabeteil 13 ausgegeben. Das Ausgabeteil 13 umfasst ein Relais Ry, welches betätigt wird, wenn ein Signal eingegeben wird, um ein Anzeigesignal, wie z.B. eine LED, oder ein Kontaktsignal auszugeben. Darüber hinaus umfasst das Ausgabeteil 13 eine Kommutierungsschaltung CO und eine Spannungserniedrigungsschaltung DV. Eine von einer Unterstation oder dergleichen eingespeiste Spannung wird durch die Kommutierungsschaltung CO kommutiert, welche durch die Spannungserniedrigungsschaltung auf eine vorbestimmte Spannung verringert wird, um als Energie für verschiedene Teile zu dienen.
2 ist eine erläuternde Ansicht einer Abstrahlung einer elektromagnetischen Welle aus dem Vakuumunterbrecher 1 zur Detektion der elektromagnetischen Welle durch die Vakuumüberwachungsvorrichtung, die aufgebaut ist, wie in 1 gezeigt ist. Wenn in dem Vakuumunterbrecher 1 der Innen druck aufgrund eines Auftretens einer Abschwächung des Vakuumgrades ansteigt, sinkt der Widerstand in dem Unterbrecher aufgrund des Gesetzes von Paschen. Als ein Ergebnis wird, obwohl sich die Elektroden in dem geschlossenen Schaltkreiszustand befinden, zwischen der Abschirmung 8, welche aufgrund der stationären und beweglichen Seiten, die beide durch das Isolierrohr 2 isoliert sind, ein floatendes Potential aufweist, und der Elektrode ein Potential erzeugt. Wenn eine Abschirmungsspannung V_S eine Durchbruchspannung V_B erreicht, tritt zwischen der Elektrode und der Abschirmung eine Entladung auf, um einen Strom I_B durchzuleiten, welcher eine abrupte Potentialänderung verursacht, die zu einer Ausstrahlung einer elektromagnetischen Welle führt.
In Übereinstimmung mit Experimenten wurde offen gelegt, dass diese Spannungsänderung schrittweise in der Folge einer Variation bei einer Energiequellenspannung V_O zur Abstrahlung variiert und dass die Frequenz der elektromagnetischen Welle 20–100 MHz beträgt, obwohl sie aufgrund einer Kapazität des Vakuumunterbrechers etc. variiert.
Die Vakuumüberwachungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist aufgebaut, um die voranstehende, von dem Vakuumunterbrecher erzeugte elektromagnetische HF-Welle von 20–100 MHz zu detektieren, wobei die von der Antenne 10 aufgenommene elektromagnetische Welle durch die Verstärker AM1, AM2 verstärkt wird, dann die verstärkte elektromagnetische Welle, welche einen Spannungswert aufweist, der größer als ein gegebener Wert ist, durch den Vergleicher COM zur Ausgabe detektiert wird.
Wie voranstehend beschrieben ist, wird, wenn eine Abschwächung des Vakuumgrades in dem Vakuumunterbrecher auftritt, eine Entladung ausnahmslos in jedem Zyklus der Energiequellenspannung V_O erzeugt, um Impulse zu erzeugen. Der Timer T1, der ein von dem Vergleicher eingespeis tes Signal aufweist, steht bei einem Zeitintervall mit einer Zugabe bezüglich einer Zykluszeitdauer der Energiequellenspannung, z.B. 30 ms, und er startet den Betrieb durch ein Eingangssignal. Wenn ein Intervall von Eingangsimpulsen 30 ms überschreitet, d.h. ein Eingangssignal länger als einen Zyklus fehlt, wird der Timer T1 zurückgesetzt.
Der Timer T2 ist auf ein Zeitintervall eingestellt, das ausreichend länger als dasjenige des Timers T2 ist, z.B. 30 s, und er startet den Betrieb durch ein Eingangssignal aus dem Timer T1. Wenn ein Eingangssignal über ein Intervall von 30 s oder mehr fehlt, wird der Timer zurückgesetzt.
Insbesondere wird durch die Timer T1, T2 ermittelt, ob dies aufgrund einer Abschwächung des Vakuumgrades in dem Vakuumunterbrecher auftritt oder nicht, und das Relais Ry wird durch das Andauern einer Entladung für 30 s betätigt, um ein Signal auszugeben, das ein Auftreten einer Anomalie anzeigt.
3A–3B zeigen einen Entwurf einer Außenansichtszeichnung der Vakuumüberwachungsvorrichtung, wobei 20 ein aus Edelstahl hergestelltes Abschirmgehäuse ist, in welchem die Vorrichtung untergebracht ist, welche eine Schaltungsstruktur aufweist, wie in 1 gezeigt ist. 21 ist ein Anschlussblock, mit welchem ein von außerhalb der Vakuumüberwachungsvorrichtung verlegtes Energiequellenkabel und ein Kabel zur Leitung eines Kontaktsignals oder Ausgangssignals des Relais an die Außenseite der Vorrichtung verbunden sind. 22 ist eine LED zur Anzeige der Normalität oder der Anormalität, 23 ist ein Rücksetzschalter und 24 ist eine Antennenstütze, an welcher die Antenne 10 durch Anschrauben oder dergleichen angebracht wird. Durch ein Anbringen der Antenne 10 ist sie von dem Detektionsteil 11 elektrisch isoliert. 25 ist ein aus Harz oder dergleichen hergestelltes wasserdichtes Gehäuse, welches zur Abdeckung eines Ab schirmgehäuses 20 bei einem Einsatz im Freien dient, während es bei einem Einsatz im Inneren unnötig ist. 26 ist eine wasserdichte Verbindung oder ein wasserdichter Verbinder und 27 ist eine Antennenverlängerungsleitung, die bei einem Einsatz im Freien verwendet wird, welche ein Koaxialkabel umfasst und eine externe Antenne 10a aufweist, die an einer Vorderseite angebracht ist. Die Antennenverlängerungsleitung 27 weist ein nach außen führendes Teil auf, für welches bei Bedarf eine wasserdichte Verbindung oder ein wasserdichter Verbinder 28 bereitgestellt wird.
4A–4C zeigen einen Fall, bei dem die erfindungsgemäße Vakuumüberwachungsvorrichtung für einen Vakuumunterbrecher von einem Behältertyp bereitgestellt ist, welcher verwendet wird, wenn der Vakuumunterbrecher im Freien installiert wird.
In den Zeichnungen ist 31 ein Sockel, der auf einer Basis aus Beton oder dergleichen angeordnet ist, und 32 ist ein Behälter zur Aufnahme des Vakuumunterbrechers, wobei die Behälter 32 für drei Phasen auf dem Sockel 31 parallel angeordnet sind. 33 ist eine Durchführung, 34 ist ein Bedienungskasten zur Unterbringung von Teilen zur Bedienung des Vakuumunterbrechers, und 30 ist die Vakuumüberwachungsvorrichtung, die aufgebaut ist, wie in 3A–3B gezeigt ist.
4A zeigt einen Fall, bei dem die Vakuumüberwachungsvorrichtung direkt an der Basis angebracht ist, 4B zeigt einen Fall, bei dem sie an dem Sockel 31 angebracht ist und 4C zeigt einen Fall, bei dem sie in dem Bedienungskasten angebracht ist.
Bei allen Fällen wird, wenn die Vakuumüberwachungsvorrichtung eine Abschwächung des Vakuumgrades detektiert, ein Detektionssignal durch eine Übertragungsleitung an eine Überwachungsstation, wie z.B. eine Unterstation, geliefert.
Wie voranstehend beschrieben, wird erfindungsgemäß eine Detektion einer Entladung aufgrund einer Abschwächung des Vakuumgrades in dem Vakuumunterbrecher gemäß der Kontinuität und Dauer einer elektromagnetischen Welle durchgeführt. Dadurch erfolgt keine Reaktion auf ein nicht kontinuierliches Rauschen, das von anderen Entladungen als diejenigen aufgrund einer Abschwächung des Vakuumgrades herrührt, was ermöglicht, dass die Vakuumüberwachungsvorrichtung eine hohe Detektionsgenauigkeit erreicht.

Claims

Verfahren zur Überwachung eines Vakuumgrades in einem Vakuumunterbrecher, welcher eine stationäre Elektrode und eine bewegliche Elektrode, die in einem durch ein Isolierrohr isolierten Vakuumbehälter angeordnet sind, und eine gegenüber der stationären Elektrode und der beweglichen Elektrode angeordnete Abschirmung zur Detektion einer Abschwächung des Vakuumgrades in dem Vakuumunterbrecher umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschwächung des Vakuumgrades durch das Auftreten einer Entladung zwischen der Elektrode und der Abschirmung und eine Dauer der Entladung detektiert wird, und dass das Auftreten der Entladung durch einen ersten Timer detektiert wird, der auf eine Zeitspanne eingestellt ist, die etwas länger als 1 Zykluszeitdauer. einer Energiequellenspannung ist, und dass die Dauer der Entladung durch einen zweiten Timer detektiert wird, der auf eine Zeitspanne eingestellt ist, die länger als die eingestellte Zeitspanne des ersten Timers ist.
Vorrichtung zur Überwachung eines Vakuumgrades in einem Vakuumunterbrecher, welcher eine stationäre Elektrode und eine bewegliche Elektrode, die in einem durch ein Isolierrohr isolierten Vakuumbehälter angeordnet sind, und eine gegenüber der stationären Elektrode und der beweglichen Elektrode angeordnete Abschirmung zur Detektion einer Abschwächung des Vakuumgrades in dem Vakuum unterbrecher umfasst, wobei die Vorrichtung umfasst eine Antenne zur Aufnahme eines Entladungsphänomens, das durch die Abschwächung des Vakuumgrades zwischen der Elektrode und der Abschirmung erzeugt wird, ein Detektionsteil zur Einspeisung und Verstärkung eines Signals aus der Antenne, um ein Signal zu detektieren, das einen gegebenen Pegelwert oder mehr aufweist, gekennzeichnet durch ein Ermittlungsteil, das einen ersten Timer, der auf eine Zeitspanne eingestellt ist, die etwas länger als 1 Zykluszeitdauer einer Energiequellenspannung ist, und zweiten Timer umfasst, der auf eine Zeitspanne eingestellt ist, die länger als die eingestellte Zeitspanne des ersten Timers ist, und zur Detektion des Auftretens einer Entladung zwischen der Elektrode und der Abschirmung und einer Dauer der Entladung, um zu ermitteln, ob oder ob nicht das Entladungsphänomen aufgrund der Abschwächung des Vakuumgrades auftritt, und ein Ausgabeteil, um das Ausgabesignal des Ermittlungsteils zur Ausgabe eines Signals einzuspeisen, das ein Auftreten einer Anomalie anzeigt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die eingestellte Zeitspanne des ersten Timers 30 ms beträgt und die eingestellte Zeitspanne des zweiten Timers 30s beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vakuumunterbrecher an einem Sockel angebracht ist, wobei die Vorrichtung zur Detektion der Abschwächung des Vakuumgrades in dem Vakuumunterbrecher in der Nachbarschaft des Sockels angeordnet ist.