EP0758794B1 - Vorrichtung zur Überwachung des Vakuums eines Vakuumschalters - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a device for Monitoring the vacuum of a vacuum switch.
- Vacuum switches can do their job, currents and in particular Interrupt short-circuit currents, only if a certain minimum vacuum in the vacuum interrupter is. If this is no longer the case due to a leak, you can in extreme cases, the shutdown will destroy the Tubes with possible further consequential damage. So far it was assumed that a vacuum loss in the Switch tube does not appear even after a long time. Because of the consequential damage associated with such a vacuum loss there is nevertheless a desire to find the inside pressure one in the Check the switchgear of the built-in vacuum switch can without removing the switch tube from the container.
- the present invention has for its object a Device for monitoring the vacuum of a vacuum switch to indicate that avoids the disadvantages mentioned, i.e. that a measurement with both open and closed Condition is possible during operation.
- the device according to the invention comprises a remotely interrogable Surface wave filter, which is a purely passive component represents and requires no power supply.
- the vacuum switching tube 1 shown in FIG its switching chamber a fixed first switching contact 2 and a second, movably arranged second Switch contact 3 on.
- the actual switching chamber is in the essentially formed from a ceramic tube 4 in which the two switching contacts 2 and 3 are arranged concentrically.
- the vacuum switch tube is closed by a flexible metal bellows 5.
- a remote-sensing pressure transducer 6 arranged by the remote query device 7 can be queried.
- the pressure cell shown in Figure 2 consists of a Bottom 8, a ring 9 and a lid a surface wave filter 10.
- the shape of this pressure cell can be square, but preferably be circular. Suitable dimensions for the box is 2 mm high and 10 mm in diameter for the pressure cell.
- the inside of the pressure cell can be evacuated or with be filled with a gas. In any case, the load cell hermetically sealed. Is the inside of the pressure cell evacuated, so learn the lid 8 and 10 of the pressure cell no curvature as long as the load cell remains intact Vacuum of the vacuum interrupter 1 is located. Will the vacuum disturbed, the pressure in the vacuum interrupter 1 increases, so the lid 8 and 10 of the pressure cell inside arched.
- Such a surface wave filter comprises, as an essential component, a substrate body 11, which in most cases is made of piezoelectric, preferably monocrystalline material.
- a suitable material for the substrate body 11 becomes quartz, lithium niobate, lithium tantalate and the like.
- an interdigital converter 12 On the surface of the substrate body 11 are an interdigital converter 12, one herewith connected antenna 13 and reflectors 14 are provided.
- the antenna 13 takes this query pulse and leads it to the interdigital converter 12, which an acoustic wave is generated from this in the substrate body 11, those from the reflector 14 back into the interdigital transducer 12 is reflected, and from there via the antenna 13 is emitted as a response signal 16.
- the reflector 14 can be coded in a known manner so that a corresponding coded response signal is reached. This response signal 16 is in turn picked up by the remote interrogation device 7.
- the ability of the surface acoustic wave device shown in Figure 3 to control the vacuum in a vacuum switching tube arises from the property of the substrate body 11 to be sensitive to draft and pressure. In particular, the Distance of the response pulses or their phase relationship from the push-pull condition dependent on the crystal. It should be noted that a surface wave device as shown in Figure 3 shown, no power supply needed as it is completely is passive.
- a surface wave device can also without the arrangement in a pressure cell according to Figure 2 as a sensor Find use because of the spread of acoustic Waves is also dependent on the ambient atmosphere, so that when air enters the vacuum interrupter, the wave propagation changed on the surface wave device becomes.
- the surface wave device about like the pressure sensor 6 in Figure 1, such is arranged that no shielding of the electromagnetic Waves from and to the remote interrogator 7 take place. This will e.g. thereby ensuring that the ceramic tube 4 for electromagnetic Waves is permeable.
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- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur
Überwachung des Vakuums eines Vakuumschalters.
Vakuumschalter können ihre Aufgabe, Ströme und insbesondere
Kurzschlußströme zu unterbrechen, nur dann erfüllen, wenn ein
gewisses Mindestvakuum in der Vakuumschaltröhre vorhanden
ist. Wenn dies durch ein Leck nicht mehr der Fall ist, kann
es bei der Abschaltung im Extremfall zu einer Zerstörung der
Röhre mit eventuellen weiteren Folgeschäden kommen. Bisher
ist man davon ausgegangen, daß ein Vakuumverlust in der
Schaltröhre auch nach längerer Zeit nicht auftritt. Aufgrund
der mit einem solchen Vakuumverlust verbundenen Folgeschäden
besteht dennoch der Wunsch, den Innendruck eines in der
Schaltanlage eingebauten Vakuumschalters kontrollieren zu
können, ohne hierzu die Schaltröhre aus dem Behälter auszubauen.
Aus den europäischen Patentschriften 0 056 722 und
0 150 389 sind Vorrichtungen zur Überwachung des Vakuums von
Vakuumschaltröhren im eingebauten Zustand bekannt, bei denen
unter Ausnutzung des sog. Penning-Effektes aufeinander senkrecht
stehende elektrische und magnetische Felder erzeugt
werden, die zu einer Kaltkathodenentladung führen, womit ein
Ionenstrom erzeugt wird, dessen Wert dem Innendruck der
Schaltröhre proportional ist. Nachteilig bei diesen Vorrichtungen
ist der Umstand, daß eine Messung während des Betriebes,
also bei geöffnetem oder geschlossenem Kontakt nicht
möglich ist. Zur Messung muß in einem Testmodus der Kontakt
geschlossen werden und die Spannung zwischen den Kontakten
und dem metallischen Mantel angelegt werden. Der Schalter muß
daher zum Zwecke der Messung völlig von seinen im Betrieb
erforderlichen Verbindungen freigeschaltet werden. Zur Durchführung
der Messung an üblichen Vakuumschaltröhren ist es
auch erforderlich, die Röhre aus dem Schaltgerät zu entfernen,
damit der zur Messung erforderliche Magnet angebracht
werden kann.
Aus der europäischen Patentschrift 0 309 852 ist weiterhin
ein Verfahren zum Vakuumnachweis bei Vakuumschaltröhren
bekannt, bei dem bei einem Kontakthub unterhalb des Nennhubes
des Vakuumschalters die sich bei angelegter Hochspannung
ergebende Röntgenstrahlung erfaßt und als Nachweis für das
Vorliegen von Betriebsvakuum ausgewertet wird. Auch dieses
Verfahren weist jedoch noch eine Reihe von Nachteilen auf. So
muß eine Antriebsmechanik verwendet werden, die eine mechanische
Zwischenstellung mit geringerem Nennhub ermöglicht. Eine
Messung bei geschlossenem und ganz geöffnetem Kontakt ist
nicht möglich. Es kann daher nur in einem Testmodus gemessen
werden. Schließlich ist es erforderlich, den Schalter vom
Netz zu trennen, da der Einsatz der Feldemission nicht vorhersagbar
ist und deshalb die Spannungsfestigkeit während der
Prüfung nicht gewährleistet ist und deshalb Überschläge
möglich sind. Auch ist der Schalter im Testmodus nicht betriebsfähig.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung zur Überwachung des Vakuums eines Vakuumschalters
anzugeben, das die genannten Nachteile vermeidet, d.h. daß
eine Messung sowohl bei offenem als auch bei geschlossenem
Zustand während des Betriebes möglich ist.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen und
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Durch den Einsatz einer funkabfragbaren Drucküberwachung in
der Vakuumschaltröhre kann das Ausschalten von einem übergeordneten
Schalter vorgenommen werden. Damit können Folgeschäden
vermieden werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt ein fernabfragbares
Oberflächenwellenfilter, das ein rein passives Bauelement
darstellt und keiner Stromversorgung bedarf.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sei auf die folgende
Beschreibung anhand der Figuren verwiesen.
- Figur 1
- zeigt eine mit einer erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung versehene Vakuumschaltröhre,
- Figur 2
- zeigt eine Druckmeßdose,
- Figur 3
- zeigt ein fernabfragbares Oberflächenwellenfilter.
Das in Figur 1 dargestellte Vakuumschaltrohr 1 weist in
seiner Schaltkammer einen fest angeordneten ersten Schaltkontakt
2 und einen demgegenüber beweglich angeordneten zweiten
Schaltkontakt 3 auf. Die eigentliche Schaltkammer wird im
wesentlichen gebildet aus einem Keramikrohr 4, in dem die
beiden Schaltkontakte 2 und 3 konzentrisch angeordnet sind.
Am oberen Ende ist das Vakuumschaltrohr abgeschlossen durch
einen flexiblen Metallbalg 5. Am isolierenden Keramikrohr 4
ist eine fernabfragbare Druckmeßdose 6 angeordnet, die von
der Fernabfragevorrichtung 7 abfragbar ist.
Die in Figur 2 dargestellte Druckmeßdose besteht aus einem
Boden 8, einem Ring 9 und als Deckel einem Oberflächenwellenfilter
10. Die Form dieser Druckmeßdose kann quadratisch,
vorzugsweise aber kreisrund sein. Geeignete Abmessungen für
die Dose sind je 2 mm Höhe und 10 mm Durchmesser der Druckmeßdose.
Das Innere der Druckmeßdose kann evakuiert oder mit
einem Gas gefüllt sein. In jedem Fall ist die Druckmeßdose
hermetisch geschlossen. Ist das Innere der Druckmeßdose
evakuiert, so erfahren die Deckel 8 und 10 der Druckmeßdose
keine Wölbung, so lange sich die Druckmeßdose im intakten
Vakuum der Vakuumschaltröhre 1 befindet. Wird das Vakuum
gestört, steigt also der Druck in der Vakuumschaltröhre 1 an,
so werden die Deckel 8 und 10 der Druckmeßdose nach innen
gewölbt.
Die Folge dieser Wölbung auf das Oberflächenwellenfilter und
die sich daraus ergebende Möglichkeit der Fernabfrage wird
anhand der Figur 3 erläutert, die ein solches Oberflächenwellenfilter
zeigt. Ein solches Oberflächenwellenfilter
umfaßt als wesentlichen Bestandteil einen Substratkörper 11,
der in den meisten Fällen aus piezoelektrischen, vorzugsweise
einkristallinem Material besteht. Als geeignetes Material für
den Substratkörper 11 wird Quarz, Lithiumniobat, Lithiumtantälat
und dergl. angesehen. Auf der Oberfläche des Substratkörpers
11 sind ein Interdigitalwandler 12, eine hiermit
verbundene Antenne 13 sowie Reflektoren 14 vorgesehen. Wird
nun von der Fernabfrageeinrichtung 7 ein Hochfrequenzabfrageimpuls
15 ausgesandt, so nimmt die Antenne 13 diesen Abfrageimpuls
auf und führt ihm dem Interdigitalwandler 12 zu, der
hieraus in dem Substratkörper 11 eine akustische Welle erzeugt,
die von dem Reflektor 14 wieder in den Interdigitalwandler
12 reflektiert wird, und von dort über die Antenne 13
als Antwortsignal 16 abgestrahlt wird. Der Reflektor 14 kann
in bekannter Weise so kodiert sein, daß ein entsprechend
kodiertes Antwortsignal erreicht wird. Dieses Antwortsignal
16 wird wiederum von der Fernabfrageeinrichtung 7 aufgenommen.
Die Fähigkeit der in Figur 3 dargestellten Oberflächenwellenvorrichtung,
das Vakuum in einem Vakuumschaltrohr zu kontrollieren,
ergibt sich aus der Eigenschaft des Substratkörpers
11 zug- und druckempfindlich zu sein. Insbesondere ist der
Abstand der Antwortpulse bzw. deren Phasenlage vom Druck-Zug-Zustand
des Kristalls abhängig. Es sei darauf hingewiesen,
daß eine Oberflächenwellenvorrichtung, wie sie in Figur 3
dargestellt ist, keine Stromversorgung benötigt, da es völlig
passiv ist.
Eine Oberflächenwellenvorrichtung nach Figur 3 kann auch ohne
die Anordnung in einer Druckmeßdose gemäß Figur 2 als Meßfühler
Verwendung finden, da die Ausbreitung der akustischen
Wellen auch von der Umgebungsatmosphäre abhängig ist, so daß
beim Eindringen von Luft in das Vakuumschaltrohr die Wellenausbreitung
auf der Oberflächenwellenvorrichtung verändert
wird.
Es ist hingegen darauf zu achten, daß die Oberflächenwellenvorrichtung,
etwa wie der Druckmeßfühler 6 in Figur 1, derart
angeordnet ist, daß keine Abschirmung der elektromagnetischen
Wellen von und zum Fernabfragegerät 7 erfolgt. Dies wird z.B.
dadurch gewährleistet, daß das Keramikrohr 4 für elektromagnetische
Wellen durchlässig ist.
Beim Einsatz der Erfindung in einem dreiphasigen Schaltfeld
können mit einem Fernabfragegerät 7 alle drei Vakuumschaltröhren
parallel und gleichzeitig abgefragt werden. Durch
Abschirmen jeweils zweier Röhren während der Wartung nach
einem festgestellten Röhrendefekt läßt sich dann die defekte
Vakuumschaltröhre ermitteln.
Claims (5)
- Vorrichtung zur Überwachung des Vakuums eines Vakuumschalters mit mindestens einem Vakuumschaltrohr (1) mit Schaltkammer und Schaltkontakten (2,3), mit einem im Inneren des Vakuumschaltrohres angeordneten fernabfragbaren Druckmeßfühler (6) und mit einer Fernabfrageeinrichtung, wobei der Druckmeßfühler (6) eine Druckmeßdose (6) umfaßt, deren eine Wand aus einem piezokristallinen Einkristall besteht, auf dem ein per Funkt abfragbarer Oberflächenwellenfilter (10) oder Oberflächenwellenresonator aufgebracht ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1,
bei der die Fernabfrageeinrichtung einen Sender (7), einen Empfänger und eine Auswerteeinrichtung umfaßt. - Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
bei der der Druckmeßfühler an einem isolierenden Teil, insbesondere einem Keramikrohr (4) des Vakuumschaltrohres (1) angeordnet ist. - Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
bei der für mehrere, insbesondere drei, Vakuumschaltrohre eines Vakuumschalters eine gemeinsame Fernabfrageeinrichtung vorgesehen ist. - Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
bei der ein weiteres, durch eine Maske teilabgeschirmtes, fernabfragbares passives OFW-Sensorelement der Funkenstrecke zugewandt ist und den Elektrodenabbrand detektiert.
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