DE69933868T2

DE69933868T2 - Unterbrecherschaltkreis für hochspannungskabel

Info

Publication number: DE69933868T2
Application number: DE69933868T
Authority: DE
Inventors: M. Richard San Diego NESS; N. William Poway PARTLO; L. Richard Encinitas SANDSTROM
Original assignee: Cymer Inc
Current assignee: Cymer Inc
Priority date: 1998-06-19
Filing date: 1999-05-28
Publication date: 2007-03-15
Anticipated expiration: 2019-05-29
Also published as: AU4322499A; TW429659B; EP1088377A4; US5949806A; EP1088377B1; DE69933868D1; EP1088377A1; WO1999066608A1; JP2000083381A

Description

Gegenstand der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen gepulste Leistungsversorgungen, insbesondere Magnetmodulatoren, und vorzugsweise Excimer Laser und weitere Gasentladungslaser. Die Patentschrift US-5,729,562A offenbart eine derartige gepulste Leistungsversorgung.
Hintergrund der Erfindung
Bei vielen gepulsten Hochspannungsanwendungen überträgt ein Hochspannungskabel einen Energiepuls von einer lokalen versorgungsseitigen Position zu einer entfernt gelegenen lastseitigen Position. Das Kabel weist häufig eine Steckverbindung auf, wodurch es möglich ist, das Kabel zur Wartung oder zu einem anderen Zweck zu entfernen. Wenn das Hochspannungskabel von dem lastseitigen Ende des Kabels getrennt ist, aber mit dem versorgungsseitigen Ende in Verbindung steht, kann es in solchen Fällen zu einem Sicherheitsrisiko kommen, da eine Person am getrennten Ende des Kabels mit einer (möglicherweise tödlichen) gepulsten Hochspannung in Berührung kommen könnte. Es ist somit von Vorteil, zu ermitteln, ob das Kabel vollständig angeschlossen ist, und die Anwendung einer Hochspannung zu verhindern, sollte dies nicht der Fall sein.
Herkömmliche Systemunterbrecherschaltkreise wurden zur Ermittlung einer offenen Hochspannungsverbindung an dem lastseitigen Ende eines Systems verwendet. Ein Nachteil der meisten Unterbrecherschaltkreise dieser Art besteht darin, dass zumindest ein Puls an der Quelle erzeugt und in das Kabel übertragen werden muss, bevor die Fehlfunktion entdeckt wird. Jedoch kann ein Puls ausreichen, einer Person, die ein offenes Kabelverbindungselement berührt, schwere Verletzungen zuzufügen.
In einigen Fällen kann es vorkommen, dass ein Kabelverbindungselement nicht vollständig in eine entsprechende Steckdose eingeführt ist, wodurch ein Spalt zwischen den Verbindungselementkontakten für Hochspannungen entstehen kann. In Normalbetrieb kann der Spalt schmal genug sein, dass ein Hochspannungspuls den Spalt in Form einer Bogenentladung oder eines Blitzes von dem Isoliermaterial in dem Verbindungselement zu den gegenüber liegenden Verbindungselementkontakten „überspringen" kann. Dieser Vorgang kann als „normaler" Vorgang detektiert werden, da der Puls erfolgreich an die Last übertragbar ist. Die Bogenentladung über den Spalt kann jedoch letzten Endes die Verbindungselementkontakte und Isolieroberflächen schwer beschädigen und zu einem späteren Zeitpunkt zu weiteren schweren Fehlfunktionen führen.
Aus dem Stand der Technik ist ersichtlich, dass ein einfacher und zuverlässiger Unterbrecherschaltkreis und ein Verfahren zur Ermittlung einer nicht ausreichenden Unversehrtheit des Hochspannungskabels benötigt wird. Zusätzlich wird im Stand der Technik ein einfacher und zuverlässiger Schaltkreis und ein Verfahren zur Ermittlung von Fehlern hinsichtlich der Unversehrtheit in einem Hochspannungskabel für gepulste Versorgungsanwendungen benötigt. Des Weiteren ist aus dem Stand der Technik ersichtlich, dass ein einfacher und zuverlässiger Schaltkreis und ein Verfahren zur Ermittlung von Fehlern hinsichtlich der Unversehrtheit in einem Hochspannungskabel für gepulste Versorgungsanwendungen benötigt wird, so dass kein Puls beim Auftreten einer Fehlfunktion erzeugt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf gepulste Leistungsversorgungen, insbesondere auf Magnetmodulatoren, und vorzugsweise auf Excimer Laser und weitere Gasentladungslaser.
In Übereinstimmung mit der Erfindung prägt eine Versorgungsquelle mit niedriger Spannung in einer gepulsten Versorgungsschaltung einen Schwachstrom von einem Ausgangsanschluss über ein Hochspannungskabel von dem entfernt gelegenen lastseitigen Kabelende zurück zu dem lokalen versorgungsseitigen Ende ein. Dort wird der Schwachstrom erfasst, und es wird ein Signal durch eine Vormagnetisierungsstrom-Nachweisschaltung erzeugt. Wenn der Schwachstrom nicht eindeutig erfassbar ist, wird die gepulste Hochspannung gesperrt, wodurch ein nicht beabsichtigter Schaden und die Gefahr eines Hochspannungsschlages verhindert wird. In Übereinstimmung mit der Erfindung ist es somit von Vorteil, dass kein Puls auftreten darf, wenn das Hochspannungskabel nicht sicher angeschlossen ist.
In weiteren Ausführungsformen umfasst das Hochspannungskabel einen oder mehr Verbindungselemente für Hochspannungspulse. Die Verwendung einer Gleichstromquelle mit niedrigem Wert gewährleistet, dass das Kabel sicher angeschlossen ist, da der Schwachstrom keinen Spalt überspringen, sondern stattdessen nur durch einen physischen Kontakt zwischen den Verbindungselementkontakten fließen kann.
In weiteren Ausführungsformen sind das Hochspannungskabel und die Last über eine Magnetpulskomprimierungsschaltung, d.h. eine Magnetmodulationsschaltung verbunden. In weiteren Ausführungsformen ist der Gleichstrom mit niedrigem Wert mithilfe einer Trenninduktivität in die Magnetpulskomprimierungsschaltung eingekoppelt. In weiteren Ausführungsformen ist der Gleichstrom an dem versorgungsseitigen Ende des Hochspannungskabels durch eine zweite Trenninduktivität mit Masse verbunden, die für gewöhnlich eine Sekundärspule eines Hochspannungspulstransformators umfasst.
Der Gleichstrom mit niedrigem Wert führt dann über einen Shunt-Widerstand von Masse zu einem Eingangsanschluss der Leistungsversorgung mit niedriger Spannung, der eine zu dem Ausgangsanschluss entgegengesetzte Polarität aufweist. Dies schließt den Stromkreis und erzeugt eine Spannung zwischen dem Versorgungsanschluss mit niedriger Spannung und Masse, wodurch ein Signal erzeugt wird, das den Stromdurchgang durch den Schaltkreis, der das Hochspannungskabel umfasst, bestätigt.
In weiteren Ausführungsformen ist die Leistungsversorgung mit niedriger Spannung an dem versorgungsseitigem Ende des Hochspannungskabels angeordnet, und liefert über ein eigenes Niederspannungskabel einen Gleichstrom mit niedrigem Wert zu dem lastseitigen Ende des Hochspannungskabels. In weiteren Ausführungsformen wird ein Gleichstrom mit niedrigem Wert an dem lastseitigen Ende des Kabels in zwei Stromzweige geteilt. Ein Stromzweig durchläuft das Hochspannungskabel zurück zu dem versorgungsseitigem Ende des Kabels, wo dieser ein Signal zur Ermittlung des Stromdurchgangs des Hochspannungskabels erzeugt. Die Magnetschalter der Magnetpulskomprimierungsschaltung werden durch den zweiten Stromzweig vorgesättigt, der über eine dritte Trenninduktivität und ein Niederspannungskabel zurück zu dem Eingangsanschluss der Leistungsversorgung mit niedriger Spannung fließt.
Somit wird in Übereinstimmung mit der Erfindung ein einfacher und zuverlässiger Unterbrecherschaltkreis und ein Verfahren zur Ermittlung einer nicht ausreichenden Unversehrtheit eines Hochspannungskabels, insbesondere für gepulste Leistungsanwendungen bereitgestellt. Des Weiteren führt in Übereinstimmung mit der Erfindung jeder Fehlschlag, einen Schwachstrom in dem Hochspannungskabel zu erfassen, zu einer Sperre der gepulsten Hochspannung, so dass kein Puls beim Auftreten eines offenen Schaltkreises erzeugt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung kann durch Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen besser verstanden, und die zahlreichen Aufgaben, Merkmale, und Vorteile können für den Fachmann besser sichtbar gemacht werden. Der Einfachheit halber und zum leichteren Verständnis werden in den Zeichnungen gleiche Bezugszeichen für gleich Komponenten verwendet.
1 zeigt ein vereinfachtes schematisches Diagramm einer typischen Magnetmodulationsschaltung, die aus dem Stand der Technik bekannt ist; und
2 zeigt ein vereinfachtes schematisches Diagramm einer typischen Magnetmodulationsschaltung, die in Übereinstimmung mit der Erfindung einen Unterbrecherschaltkreis für Hochspannungskabel umfasst.
Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
Die folgende ausführliche Beschreibung umfasst veranschaulichende Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Während diese Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die zuvor erwähnten Zeichnungen beschrieben werden, können verschiedene Modifikationen oder Anpassungen der beschriebenen Verfahren und/oder der bestimmten Strukturen dem Fachmann ersichtlich werden.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf gepulste Leistungsversorgungen, und insbesondere auf Magnetmodulatoren, und vorzugsweise betrifft sie Excimer Laser und weitere Gasentladungslaser.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Hochspannungsversorgung einen Magnetmodulator (siehe z.B. W.S. Melville, „The use of Satuable Reactors as Discharge Devices for Pulse Generators", Radio Section, Paper No. 1034, pp. 185–207, Sept. 15, 1950). 1 zeigt ein vereinfachtes schematisches Diagramm einer typischen Magnetmodulationsschaltung 10, die aus dem Stand der Technik bekannt ist. Im Allgemeinen umfasst die Schaltung 10 eine Ladegleichstrom-Leistungsversorgung 12, einen Kondensator C₀ für die Anfangsbetriebsphase, einen steuerbaren Halbleiterschalter S, und eine Pulskomprimierungsschaltung 16, um die Pulsdauer zu verkürzen und um die Leistungsspitze der Pulse, die auf die Last 18 angewendet werden, zu erhöhen, wie typischerweise bei einer gepulsten Gasentladung, wie beispielsweise einem Excimer Laser.
Die Pulskomprimierungsschaltung 16 umfasst ein Leiternetzwerk mit Magnetpulskomprimierungsstufen, die Kondensatorbänke C₁, C₂, ... C_n-1 und C_n und eine oder mehr magnetische Schalterelemente, die durch sättigbare Induktivitäten L₁, L₂, ..., L_n-1 dargestellt sind, enthalten. Demnach ist eine erste sättigbare Induktivität L₁ zwischen den Kondensatoren C₁ und C₂ angeschlossen, eine zweite sättigbare Induktivität L₂ kann zwischen den Kondensatoren C₂ und C₃, ..., in Reihe geschaltet werden, und eine sättigbare Induktivität L_n-1 ist zwischen den Kondensatoren C_n-1 und C_n in Reihe geschaltet.
Die Schaltung 10 umfasst vorzugsweise des Weiteren eine Diode D_S, die mit dem steuerbaren Halbleiterschalter S in Reihe geschaltet ist, um sicherzustellen, dass die Schaltung 10 für den Rückwärtsstrom nicht leitend ist. Die veranschaulichende Schaltung 10 umfasst des Weiteren eine Induktivität L₀, die in Verbindung mit dem Kondensator C₀ für die Anfangsbetriebsphase gewählt wurde, um eine LC Zeitkonstante zu bilden, um den Stromaufbau durch den steuerbaren Halbleiterschalter S zu verlangsamen, der andernfalls den steuerbaren Halbleiterschalter S beschädigen könnte. Der steuerbaren Halbleiterschalter S ist typischerweise mit einer bei geringem Pegel ansprechenden Schaltung 24 zusammengeschaltet, die aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Die Magnetmodulationsschaltung 10 umfasst des Weiteren einen optionalen Pulstransformator 30, der typischerweise eine Primärwicklung 32, die über den steuerbaren Halbleiterschalter S mit dem Kondensator C₀ für die Anfangsbetriebsphase zusammengeschaltet ist, eine Sekundärwicklung 34, die mit der Pulskomprimierungsschaltung 16 zusammengeschaltet ist, und einen Pulstransformatorkern 36 aufweist. Der Pulstransformator 30 ist ausgebildet, so dass die Spannung, die über der Sekundärwicklung 34 abfällt, größer als die Spannung ist, die über der Primärwicklung 32 angelegt ist.
Der Pulstransformator 30 ist typischerweise über ein Hochspannungskabel 40, vorzugsweise ein Koaxialkabel, mit der Pulskomprimierungsschaltung 16 zusammengeschaltet. Das Hochspannungskabel 40 verbindet vorteilhafterweise die Schaltungselemente, die links von der Magnetmodulationsschaltung 10 gezeigt und in der 1 mit LOCAL (i.e., vor Ort) gekennzeichnet sind, mit den Schaltungselementen, die rechts von der Magnetmodulationsschaltung 10 gezeigt und in der 1 mit REMOTE (i.e., entfernt gelegen) gekennzeichnet sind. Der Einfachheit halber umfasst das Hochspannungskabel 40 einen Hochspannungspuls-Stromverbindungselement (nicht gezeigt), das eine aus dem Stand der Technik bekannte Bauform aufweist.
In Betrieb wird der Kondensator C₀ für die Anfangsbetriebsphase durch Laden der Leistungsversorgung 12 bis zur Anfangsspannung VC₀ geladen. Die bei geringem Pegel ansprechende Schaltung 24 löst ein bei geringem Pegel ansprechendes Signal aus, das ein Schließen des steuerbaren Halbleiterschalters S bewirkt, wodurch ein Leistungspuls von dem zuvor geladenen Kondensator C₀ für die Anfangsbetriebsphase durch die Pulstransformator-Primärwicklung abgegeben wird. Der Pulstransformator 30 erhöht die Spannung des Leistungspulses über der Sekundärwicklung 34. Der Leistungspuls durchläuft dann das Hochspannungskabel 40 und dringt in die Komprimierungsschaltung 16, an der die Pulsbreite des Leistungspulses schmäler wird und dessen Pulsamplitude erhöht wird, während sich der Puls der Reihe nach durch Leiternetzwerk von sättigbaren Induktivitäten L₁, L₂, ..., L_n-1 der Pulskomprimierungsschaltung 16 in die Last 18 ausbreitet.
In einigen Modellen der Magnetmodulationsschaltung 10 wird ein umgekehrter Vormagnetisierungsstrom oder ein Vormagnetisierungsstrom in Durchlassrichtung durch die sättigbaren Induktivitäten L₁, L₂, ..., L_n-1 angelegt, um die Magnetkerne der sättigbaren Induktivitäten vorzusättigen (siehe beispielsweise Birx et al. US patent 5,729,562 A). Bei einigen Konfigurationen wird der Vormagnetisierungsstrom, beispielsweise I_bias, durch Zufuhrvorrichtungen für den Vormagnetisierungsstrom zugeführt (nicht gezeigt), und beispielsweise mit der Magnetmodulationsschaltung 10 an den Punkten 42, 44 verbunden, die typischerweise durch eine jeweilige erste und eine zweite Trenninduktivität 46, 48 von dem Hochspannungsleistungspuls isoliert ist.
Es besteht ein Sicherheitsrisiko, wenn das Hochspannungskabel 40 nicht an das REMOTE-Ende des Kabels 40 angeschlossen ist, sondern an das LOCAL-Ende angeschlossen bleibt, da eine Person am nicht angeschlossenen Ende des Kabels mit einer (möglicherweise tödlichen) gepulsten Hochspannung in Berührung kommen könnte. Des Weiteren kann möglicherweise ein Kabel, das nur oberflächlich angeschlossen ist, aber dennoch einen verborgenen Spalt aufweist, zulassen, dass die Hochspannung den Spalt in Form einer Bogenentladung überspringt, und somit schließlich eine schwere Beschädigung an den Verbindungselementkontakten und den Isolationsflächen hervorrufen, und zu einem späteren Zeitpunkt zu noch schwereren Störungen führen. Es ist somit vorteilhaft, zu erkennen, ob das Kabel vollständig angeschlossen ist und jede gepulste Hochspannung zu verhindern, sollte dies nicht der Fall sein.
2 zeigt ein vereinfachtes schematisches Diagramm einer Magnetmodulationsschaltung 110, die in Übereinstimmung mit der Erfindung einen Unterbrecherschaltkreis für Hochspannungskabel umfasst. In den Zeichnungen sind gleiche Elemente durch gleiche Bezugszeichen kennzeichnet und werden nicht erneut ausführlich beschrieben. Die Magnetmodulationsschaltung 110 umfasst ein Hochspannungskabel 40, das die Schaltungselemente vor Ort (mit LOCAL gekennzeichnet) mit den entfernt gelegenen Schaltungselementen (mit REMOTE gekennzeichnet) verbindet, und einen Gleichspannungs-Vormagnetisierungsrücksetzstrom für die Magnetschalter am entfernt gelegenen Ort.
Eine Niederspannungs-Leistungsversorgung 112 vor Ort weist einen Ausgangsanschluss 114 auf, der über ein Niederspannungskabel 60 mit der ersten Trenninduktivität 46 an dem Punkt 42 an dem entfernt gelegenen Ort der Magnetmodulationsschaltung 110 verbunden ist. Ein erster Glättungskondensator 52 ist zwischen dem Punkt 42 und Erde angeschlossen. Ein eine entgegengesetzte Polarität aufweisender Ausgangsanschluss 116 der Leistungsversorgung mit niedriger Spannung 112 ist über ein Niederspannungskabel 62 mit der zweiten Trenninduktivität 48 an dem Punkt 44 an dem entfernt gelegenen Ort verbunden. Ein zweiter Glättungskondensator 54 ist zwischen dem Punkt 44 und Erde angeschlossen.
Als erläuterndes Beispiel weist eine erste Trenninduktivität 46 eine Induktivität auf, die in einem Bereich zwischen 0,1 und 10 mH liegt, und die zweiten Trenninduktivität 48 weist eine Induktivität auf, die in einem Bereich zwischen 0,025 und 2,5 mH liegt. Der erste und der zweite Glättungskondensator 52 und 54 weisen jeweils eine Kapazität auf, die in einem Bereich zwischen 0,1 und 10 μF liegt. Die Werte werden abhängig von z.B. der Frequenz des abgegebenen Leistungspulses variieren.
An den eine entgegengesetzte Polarität aufweisenden Ausgangsanschluss 116 der Leistungsversorgung mit niedriger Spannung 112 ist auch ein Shunt-Widerstand 56 gegen Masse mit einer Vormagnetisierungsstrom-Nachweisschaltung parallel geschaltet, die einen Ausgangsanschluss 120 aufweist. Ein Reihenwiderstand 50, der mit der zweiten Trenninduktivität 48 in Reihe geschaltet ist, ist in der 2 innerhalb der unterbrochenen Linien gezeigt. Typischerweise ist der Reihenwiderstand 50 kein einzelnes Schaltungselement, sondern ist ein innerer Widerstand der Trenninduktivität 48. Als erläuterndes Beispiel liegt der Wert des Reihenwiderstands 50 in einem Bereich zwischen 0,025 und 2,5 Ohm. Die Werte werden abhängig von z.B. den strukturellen Merkmalen der Induktivitätsspule und den Induktivitätswerten variieren.
In Betrieb, wird ein Vormagnetisierungsgleichstrom I mit niedrigem Wert an dem Ausgangsanschluss 114 der Leistungsversorgung mit niedriger Spannung 112 erzeugt und durch das Niederspannungskabel 60 zu der entfernt gelegenen Position gesendet. Dann wird der Vormagnetisierungsstrom I über die erste Trenninduktivität 46 und den ersten Niederspannungs-Glättungskondensator 52 in die Hochspannungs-Magnetmodulationsschaltung 110 eingekoppelt. Danach wird der Vormagnetisierungsstrom I in einen ersten Strom I₁, der durch den magnetischen Schalter (die Schalter) 16 und über die zweite Trenninduktivität 48 und das Niederspannungskabel 62 zurück zu der lokalen Position fließt, und einen zweiten Strom I₂ unterteilt, der zurück über das Hochspannungskabel 40 zu der lokalen Position fließt.
Der erste Strom I₁ führt nach dem Durchlaufen des Niederspannungskabels 62 direkt zu dem eine entgegengesetzte Polarität aufweisenden Ausgangsanschluss 116 der Leistungsversorgung mit niedriger Spannung 112 zurück. Der zweite Strom I₂ wird nach dem Durchlaufen des Hochspannungskabels 40 über eine dritte Trenninduktivität mit Masse verbunden, die in der Ausführungsform als die Sekundärwicklung 34 des Pulstransformators 30 dargestellt ist. In weiteren Ausführungsformen bildet die dritte Trenninduktivität ein getrenntes Schaltungselement. Der zweite Strom I₂ fließt dann über den Shunt-Widerstand 56 von Masse zu dem Ausgangsanschluss 116 mit entgegengesetzter Polarität zurück.
Der Shunt-Widerstand 56 bestimmt in dem Rückführkreislauf des zweiten Stroms I₂ das Verhältnis I₁/I₂ zwischen dem ersten Strom I₁, der durch das Niederspannungskabel 62 fließt, und dem zweiten Strom I₂, der durch das Hochspannungskabel 40 fließt. Es ist wichtig zu erwähnen, dass eine Spannung V_S über dem Shunt-Widerstand 56 in Erwiderung auf den zweiten Strom I₂ zum Betätigen einer Vormagnetisierungsstrom-Nachweisschaltung 118 abfällt. Das Vorhandensein der (non-zero) Spannung V_S an der Vormagnetisierungsstrom-Nachweisschaltung 118 bestätigt, dass der zweite Stroms I₂ über das Hochspannungskabel 40 zurückführte, wodurch die Unversehrtheit des Hochspannungskabels an den beiden Enden bestätigt wird. Die Vormagnetisierungsstrom-Nachweisschaltung 118 erfasst das Vorhandensein oder das Fehlen des zweiten Stroms I₂. Wenn keine Spannung V_S erfasst wird (kein zweiter Stroms I₂), ist ein Defekt in dem Hochspannungskabel vorhanden.
Die Vormagnetisierungsstrom-Nachweisschaltung 118 erzeugt dann ein Signal (oder Signale) an dem Ausgangsanschluss 120, wodurch typischerweise die bei geringem Pegel ansprechende Schaltung 24 gesperrt wird, um eine Entladung des Kondensators C₀ für die Anfangsbetriebsphase über den steuerbaren Halbleiterschalter S zu verhindern, die Ladeleistungsversorgung 12 abgeschaltet wird, der Kondensator C₀ für die Anfangsbetriebsphase über einen Ableitungswiderstand (nicht gezeigt) gegen Masse entladen wird, und ein Benutzer über die vorhandene Fehlfunktion alarmiert wird. Da eine Niederspannung verwendet wird, kann der zweite Stroms I₂ keine Spalten in dem Hochspannungskabel in Form einer Bogenentladung überspringen, und somit wird jeder der Spalten als Defekt identifiziert.
Beispielsweise leitet die Leistungsversorgung mit niedriger Spannung 112 den Vormagnetisierungsstrom I mit einer Spannung von 0–50 Volt in die Magnetmodulationsschaltung 110. Der Vormagnetisierungsstrom I teilt sich über den Reihenwiderstand 50 in einen ersten Strom I₁ und über den Shunt-Widerstand 56 in einen zweiten Strom I₁ (ein intaktes Hochspannungskabel vorausgesetzt). Im Allgemeinen sind alle Schaltungswiderstände vernachlässigbar. Wenn die Werte der Widerstände 50 und 56 jeweils etwa 0,5 Ohm und 1,0 Ohm betragen, liegen der erste Strom I₁ und der zweite Strom I₂ bei jeweils 10,0 A und 5,0 A, und das Verhältnis I₁/I₂ zwischen dem ersten Strom I₁ der durch das Niederspannungskabel 62 fließt, und dem zweiten Strom I₂, der durch das Hochspannungskabel 40 fließt, beträgt 2:1. Die Werte sind beispielsweise abhängig von den relativen Vormagnetisierungsströmen, die jeweils für den Pulstransformator 30 und für die magnetischen Schalter in der Pulskomprimierungsschaltung 16 benötigt werden, veränderbar.
Unter den beschriebenen Bedingungen führt im Wesentlichen die gesamte Spannung der Leistungsversorgung mit niedriger Spannung 112 über den Shunt-Widerstand 56, der den einzigen Widerstand in dem zweiten Stromzweig I₂ der Magnetmodulationsschaltung 110 darstellt, und wird durch die Vormagnetisierungsstrom -Nachweisschaltung 118 erfasst. Die Vormagnetisierungsstrom-Nachweisschaltung 118 erzeugt daraufhin zum Anzeigen eines intakten Hochspannungskabels 40 ein Signal an dem Ausgangsanschluss 120.
Sollte das Hochspannungskabel 40 jedoch nicht intakt sein, wird der zweite Strom I₂ unterbrochen. Indem im Wesentlichen kein Strom durch den Shunt-Widerstand 56 fließt, wird im Wesentlichen die Spannung V_S über den Shunt-Widerstand 56 direkt mit Masse verbunden, so dass die Vormagnetisierungsstrom-Nachweisschaltung 118 im Wesentlichen keine Spannung V_S detektiert und daraufhin zum Anzeigen eines intakten Hochspannungskabels 40 ein Signal an dem Ausgangsanschluss 120 erzeugt. Der erste Strom I₁ fließt ohne Unterbrechung durch das Niederspannungskabel 62 weiter. In einigen Ausführungsformen kann die Erfassung des erstes Stroms I₁ ein zusätzliches Logiksignal erzeugen, um die genaue Funktionsweise der Unterbrecherschaltkreise für Hochspannungskabel zu bestätigen.
In den beschriebenen Ausführungsformen erfüllt der Vormagnetisierungsstrom, der in dem Hochspannungskabel zurückfließt, neben der Unterbrecherschaltkreisfunktion auch die Funktion, dass für den Pulstransformator, der an dem Ausgang der lokalen Position verwendet wird, ein Vormagnetisierungsstrom bereitgestellt wird. Wie bei den Pulstransformatoren aus magnetischem Material in dem Stand der Technik, bringt der Gleichstrom den Transformatorkern in eine umgekehrte Sättigung und maximiert dadurch die Auslenkung des delta-B Kerns, während die benötigte Materialmenge im Kern verringert wird. Des Weiteren werden durch den Vormagnetisierungsstrom, der durch das Niederspannungskabel zurückfließt, die magnetischen Schalter, wie in der in 1 gezeigten Beziehung beschrieben, vorgesättigt.
Obwohl die Polaritäten der Ströme I, I₁, I₂, und I_bias in den beschriebenen Ausführungsformen denen der 1 und 2 entsprechen, ist für den Fachmann offensichtlich, dass Ausführungsformen, die andere Vormagnetisierungsstrom-Konfigurationen mit andere Polaritäten aufweisen, ebenso unter den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallen, wobei beispielsweise die Polaritäten gemäß den gewünschten Vormagnetisierungspolaritäten der Pulstransformators 30 und der sättigbaren Induktivitäten L₁, L₂, ..., L_n-1 auswählbar sind.
Während die hierin beschriebenen Ausführungsformen Magnetmodulationsschaltungen betreffen, ist für den Fachmann offensichtlich, dass Ausführungsformen, die weitere Konfigurationen gepulster Versorgungsschaltungen betreffen, ebenso unter den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallen.
Somit werden in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ein einfacher und zuverlässiger Unterbrecherschaltkreis und ein Verfahren zur Ermittlung einer nicht ausreichenden Unversehrtheit eines Hochspannungskabels, insbesondere für gepulste Versorgungsanwendungen, bereitgestellt. Des Weiteren verursacht jeder Fehler im Erfassen eines Schwachstromes in dem Hochspannungskabel, dass eine gepulste Hochspannung verhindert wird, so dass bei einer Fehlfunktion kein Puls in das Hochspannungskabel geleitet wird.
Während verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, ist für den Fachmann offensichtlich, dass Änderungen und Abwandlungen der beispielhaften Ausführungsformen durchführbar sind, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

Verfahren zur Erfassung eines offenen Hochspannungskabels (40), das eine gepulste Versorgungsquelle mit einer Last (18) verbindet, wobei das Hochspannungskabel ein versorgungsseitiges Ende und ein lastseitiges Ende aufweist, und ferner ein Verfahren zur Verhinderung der Zuführung von gepulster Hochspannung in das Hochspannungskabel, umfassend: Erzeugen eines Gleichstroms mit niedrigem Wert; Einprägen des Stroms in ein Hochspannungskabel in eine von dem lastseitigen Ende zu dem versorgungsseitigen Ende gehende Richtung; Erfassen des Stroms, in der Nähe des versorgungsseitigen Endes; und Erzeugen eines Signals in Erwiderung auf den Strom, das das Vorhandensein oder das Fehlen des Stroms anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Hochspannungskabel zumindest ein Hochspannungspuls-Verbindungselement umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Hochspannungskabel (40) und die Last (18) durch eine Magnetpulskomprimierungsschaltung (16) miteinander verbunden sind.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Strom durch eine erste Trenninduktivität (46) in die Magnetpulskomprimierungsschaltung (16) eingekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Strom durch eine zweite Trenninduktivität (34) vom dem versorgungsseitigen Ende mit Erde verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei: die gepulste Versorgungsquelle und das Hochspannungskabel (40) durch einen Hochspannungspulstransformator (30) miteinander verbunden sind; und die zweite Trenninduktivität (34) eine Sekundärwicklung des Pulstransformators ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erfassen des Weiteren umfasst: Führen des Stroms durch einen Shunt-Widerstand (56), der nahe an dem versorgungsseitigen Ende liegt; und Abtasten der Spannung, die über dem Shunt-Widerstand (56) aufgrund des Führens des Stroms durch den Shunt-Widerstand abfällt.
Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren die Bereitstellung des Signals beim Fehlen des Stroms umfasst, um die Zuführung von gepulster Hochspannung in das Hochspannungskabel (40) zu verhindern.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erzeugen des Weiteren umfasst: Erzeugen des Stroms mit einer Leistungsversorgung (112) mit niedriger Spannung, in der Nähe des versorgungsseitigen Endes; und Zuführen des Stroms von der Leistungsversorgung mit niedriger Spannung zu dem lastseitigen Ende mithilfe eines Niederspannungskabels (60), das von dem Hochspannungskabel (40) getrennt ist.
Verfahren zur Erfassung eines offenen Hochspannungskabels (40), das eine gepulste Versorgungsquelle mit einer Last (18) verbindet, wobei das Hochspannungskabel ein versorgungsseitiges Ende und ein lastseitiges Ende aufweist, wobei das Hochspannungskabel mindestens ein Hochspannungspuls-Verbindungselement umfasst und wobei das Hochspannungskabel (40) und die Last (18) durch eine Magnetpulskomprimierungsschaltung (16) miteinander verbunden sind, und ferner ein Verfahren zur Verhinderung der Zuführung von gepulster Hochspannung in das Hochspannungskabel, umfassend: Erzeugen eines Gleichstroms mit niedrigem Wert, der eine Leistungsversorgung (112) mit niedriger Spannung aufweist, in der Nähe des versorgungsseitigen Endes; Zuführen des Stroms von der Leistungsversorgung (112) mit niedriger Spannung zu dem lastseitigen Ende mithilfe eines Niederspannungskabels (60), das von dem Hochspannungskabel (40) getrennt ist; Einkoppeln des Stroms in die Magnetpulskomprimierungsschaltung (16) mithilfe einer ersten Trenninduktivität (46), Einprägen des Stroms in das Hochspannungskabel in eine von dem lastseitigen Ende zu dem versorgungsseitigen Ende gehende Richtung; Führen des Stroms von dem lastseitigen Ende zur Masse mithilfe einer zweiten Trenninduktivität (34); Führen des Stroms durch einen Shunt-Widerstand (56), der nahe an dem versorgungsseitigen Ende liegt; Abtasten der Spannung, die über dem Shunt-Widerstand (56) aufgrund des Führens des Stroms durch den Shunt-Widerstand abfällt; Erzeugen eines Signals in Erwiderung auf die Spannung über den Shunt-Widerstand, das das Vorhandensein oder das Fehlen des Stroms anzeigt; und Bereitstellen des Signals beim Fehlen des Stroms, um die Zuführung von gepulster Hochspannung in das Hochspannungskabel (40) zu verhindern.
Hochspannungskabel- Verriegelungsschaltung umfassend: eine Leistungsversorgung (112) mit niedriger Spannung für die Erzeugung eines Gleichstroms mit niedrigem Wert an einem ersten Ausgangsanschluss (114); eine gepulste Versorgungsschaltung (16), die mit einer Last (18) verbunden und durch ein Hochspannungskabel (40) mit einer gepulsten Versorgungsquelle zusammengeschaltet ist, wobei das Hochspannungskabel (40) ein nahe an der gepulsten Versorgungsquelle liegendes versorgungsseitiges Ende und ein gegenüber dem versorgungsseitigen Ende liegendes lastseitiges Ende aufweist, wobei die gepulste Versorgungsschaltung (16) durch eine erste Trenninduktivität (46) und ein Niederspannungskabel (60), das von dem Hochspannungskabel (40) getrennt ist, mit dem ersten Ausgangsanschluss (114) zusammengeschlossen ist; eine zweite Trenninduktivität (34), die nahe dem versorgungsseitigen Ende angeordnet ist, wobei die zweite Trenninduktivität (34) das versorgungsseitige Ende des Hochspannungskabels (40) mit Erde verbindet; einen Shunt-Widerstand, der zwischen einem zweiten Ausgangsanschluss (116) der Leistungsversorgung mit niedriger Spannung und Erde angeschlossen ist, wobei der zweite Ausgangsanschluss (116) eine Polarität aufweist, die der Polarität des ersten Ausgangsanschlusses (114) entgegengesetzt ist; und eine Vormagnetisierungsstrom-Nachweisschaltung (118), die zur Messung einer Spannung über den Shunt-Widerstand (56) und zur Erzeugung eines Signals in Erwiderung auf die Spannung über dem Shunt-Widerstand angeordnet ist.
Schaltung nach Anspruch 11, wobei die gepulste Versorgungsschaltung (16) eine Magnetmodulationsschaltung ist.
Schaltung nach Anspruch 11, die des Weiteren ein Niederspannungskabel (62) umfasst, das die gepulste Versorgungsschaltung (16) mit dem zweiten Ausgangsanschluss (116) durch eine dritte Trenninduktivität (48) verbindet, die nicht die erste und die zweite Trenninduktivität (46, 34) ist.