NL1009741C2

NL1009741C2 - Werkwijze en inrichting voor het onderzoeken van de kwaliteit van het vacuüm in een vacuümschakelaar.

Info

Publication number: NL1009741C2
Application number: NL1009741A
Authority: NL
Inventors: Rene Peter Paul Smeets; Wijnand Reijer Rutgers
Original assignee: Kema Nv
Priority date: 1998-07-27
Filing date: 1998-07-27
Publication date: 2000-01-28
Also published as: DE69923889D1; EP0977046A1; EP0977046B1; DE69923889T2

Description

WERKWIJZE EN INRICHTING VOOR HET ONDERZOEKEN VAN DE KWALITEIT VAN HET VACUÜM IN EEN VACUUMSCHAKELAAR

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het onderzoeken van de kwaliteit van het vacuüm in een vacuümschakelaar, omvattende het toevoeren van een hoeveelheid elektrische lading aan de 5 contacten van de vacuümschakelaar, terwijl de contacten naar elkaar toe worden bewogen, en het waarnemen van het i verloop van de spanning over of de stroom door de schakelaar. -

Een dergelijke werkwijze is bekend uit het 10 tijdschriftartikel "Pressure Estimation in Vacuum Circuit Breakers", G.C. Damstra et al, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 2, nr. 2, april 1995.

Deze werkwijze wordt gebruikt voor het meten ; 15 van de kwaliteit van het vacuüm in een vacuümschakelaar. ^

Sinds enige tientallen jaren zijn vacuümschake- : laars in gebruik. Deze zijn bij de productie geëvacueerd, en vervolgens gasdicht afgesloten. Gedurende de levensduur van dergelijke vacuümschakelaars kan de kwaliteit ~ 20 van het vacuüm verslechteren. =

Het zal duidelijk zijn dat het van het grootste : belang is dat de afschakelkwaliteiten voor het afschake- = len van de kortsluitstromen, waarvoor de schakelaar : gedimensioneerd is, worden gehandhaafd. Hiervoor is de Ξ 25 kwaliteit van het vacuüm een belangrijke factor. Omdat, zoals gesteld is, het vacuüm gedurende de levensduur van ” de schakelaar kan verslechteren, is het van belang de “ kwaliteit van het vacuüm vast te stellen.

Volgens de hierboven beschreven werkwijze kan 30 de kwaliteit van het vacuüm niet worden vastgesteld. Γ

De ervaring leert dat adsorptie van gasatomen in de schakelaar door in het bijzonder de contacten 1 plaats vindt. Bij het meten van het vacuüm door de hier- = 1009741 2 boven genoemde werkwijze worden deze geadsorbeerde atomen niet vrij gemaakt. Hierdoor blijkt deze meting geen goede afspiegeling te zijn van de tijdens het afschakelen van kortsluitstromen optredende verschijnselen. Hierbij vindt 5 namelijk desorptie plaats van de atomen en moleculen vanuit de contacten, waardoor de kwaliteit van het vacuüm tijdens het schakelen sterk vermindert en het afschakel-vermogen sterk wordt verkleind.

Ook een hoogspanningstest van de doorslagspan-10 ning toont een verminderd afschakelvermogen niet aan.

De onderhavige uitvinding voorziet in een werkwijze, waarbij de omstandigheden voor het afschakelen zo nauwkeurig mogelijk worden nagebootst.

Dit doel wordt bereikt door de hierboven ge-15 noemde werkwijze, waarbij de hoeveelheid elektrische lading zo groot is gekozen, dat uit de contacten geadsorbeerd gas wordt vrijgemaakt.

Als gevolg van deze maatregelen vindt tijdens de meting volgens de werkwijze volgens de uitvinding een 20 goede nabootsing plaats van de tijdens het afschakelen van kortsluitvermogens optredende verschijnselen, zodat een goede indicatie wordt verkregen van de kwaliteit van de schakelaar.

Bij voorkeur wordt de hoeveelheid lading vanaf 25 een geladen condensator toegevoerd. Dit leidt tot een eenvoudige en veilige uitvoeringsvorm, waarbij het gevaar van destructie van de schakelaar zoveel mogelijk wordt vermeden.

Volgens een andere voorkeursuitvoeringsvorm 30 wordt de lading via een inductantie toegevoerd.

De combinatie van een condensator en een inductantie leidt tot een trillingskring waarvan de resonan-tiefrequentie tenminste twee orden van grootte groter is dan de netfrequentie. Tevens is hierbij de tijd tussen 35 het ontsteken van de ontlading en het raken van de contacten voldoende groot.

Bij voldoende getransporteerde lading wordt het desorberende vermogen van de meetmethode voldoende groot.

1009741 3 i

In het bijzonder bij een wisselstroomschakelaar is het van belang dat bij het afschakelen, wanneer de boog tussen contacten als gevolg van de nuldoorgang van de stroom verdwenen is, geen herontsteking plaatsvindt.

5 Om ook deze in de werkelijkheid plaatsvindende situatie te kunnen nabootsen laadt de lading een parallel aan de schakelaar aangebrachte condensator op, welke direct na de nildoorgang een spanning op de schakelaar aanlegt.

Volgens een andere voorkeursuitvoeringsvorm 10 wordt het verloop van de stroom door of de spanning over

de schakelaar waargenomen door het vastleggen van tenmin- I

ste één van deze grootheden en het vervolgens uit de waargenomen grootheid afleiden van de kwaliteit van het vacuüm. : 15 Hiermee wordt het mogelijk de zich in het algemeen zeer snel afspelende verschijnselen goed waar te

nemen, zodat het gedrag van de schakelaar goed kan worden I

bestudeerd en kan worden gedocumenteerd.

Verder voorziet de onderhavige uitvinding in 20 een dergelijke werkwijze, waarbij de schakelaar in een schakelveld is opgenomen, de schakelaar, tezamen met het [ aandrijfmechanisme uit het schakelveld wordt gereden en ' vervolgens de werkwijze volgens een van de voorafgaande ~ conclusies wordt uitgevoerd.

25 Bij het uit het rek rijden van de schakelaar I

wordt deze immers geïsoleerd ten opzichte van het netwerk, waarin de schakelaar normaliter is opgenomen, zodat Γ de schakelaar op zich beschikbaar is voor onderzoek.

Ten slotte verschaft de onderhavige uitvinding '” 30 een inrichting voor het waarnemen van de kwaliteit van het vacuüm in een vacuümschakelaar, omvattende: - een eerste condensator; - een laadschakeling voor het laden van de condensator; 35 - middelen voor het op de contacten van de = schakelaar aansluiten van de eerste condensator,· en innQ74i 4 - waarnemingsmiddelen voor het waarnemen van het verloop van de stroom door of de spanning over de schakelaar.

Deze inrichting maakt het mogelijk met weinig 5 apparatuur en werkwijze en volgens de onderhavige uitvinding toe te passen.

Vervolgens zal de onderhavige uitvinding worden toegelicht aan de hand van bijgaande figuren, waarin voorstellen: 10 figuur l: een doorsnede-aanzicht van een vacuü- mschakelaar; figuur 2: een schema van de meetschakeling volgens de uitvinding; figuur 3A,3B: diagrammen van het verloop van 15 stroom, respectievelijk spanning en meting volgens de uitvinding bij een verhoogde gasdruk in de vacuümschake-laar,· en figuur 4A,4B: diagrammen van het verloop van stroom, respectievelijk spanning bij een goed vacuüm in 20 de schakelaar.

In figuur 1 is een vacuümschakelaar l getoond die wordt gevormd door een gasdicht huis dat wordt gevormd door een in het algemeen van keramisch materiaal vervaardigde mantel 2, een bodemplaat 3 en een deksel 4. 25 In het onderhavige geval is de mantel 2 in twee stukken gedeeld, welke worden gescheiden door een ring 5 voor het in het schakelaarhuis positioneren van een scherm 6.

In de bodem is een opening aangebracht, waardoorheen een staaf 7 steekt, waaraan een vast contact 8 30 is bevestigd. In het deksel 4 is een opening aangebracht, waarin een lager 9 is geplaatst, waardoorheen een staaf 10 beweegbaar is in axiale richting. Aan de staaf 10 is een beweegbaar contact 11 bevestigd. De gasdichte afsluiting tussen het deksel 4 en de staaf 10 wordt gewaarborgd 35 door een balg 12. Verder zijn in de schakelaar nog schermen 13, respectievelijk 14 aangebracht voor de vormgeving van het elektrische veld.

1009741 5

Bij de meting volgens de onderhavige uitvinding wordt gebruik gemaakt van de in figuur 2 afgeheelde meetschakeling. Hierbij wordt een condensator Cl ge- - bruikt, waarvan één zijde via een inductantie LI verbon-5 den is met één contact van de schakelaar, en de andere Γ zijde van de condensator Cl verbonden is met de andere : zijde van de schakelaar. Verder is een spanningsmeter V ' aangebracht, welke geschakeld is voor het meten van de : spanning over de schakelaar en is een ampèremeter A 2 10 aangebracht voor het meten van de stroom door de schake- “ laar. Het zal duidelijk zijn dat beide instrumenten 2 registrerende instrumenten zijn, bijvoorbeeld in de vorm van een oscilloscoop, digitale recorder enzovoorts.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm wordt 15 gebruik gemaakt van een condensator C2 voor het nabootsen " van de terugkerende spanning.

Voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de Ü onderhavige uitvinding wordt de condensator Cl opgeladen met een niet in de tekening weergegeven oplaadschakeling; - 20 deze kan eenvoudigweg worden gevormd door een gelijkrich- n ter, gevolgd door een laadweerstand. Hierbij zijn de jj

contacten 8,11 in de geopende stand. Vervolgens wordt de laadschakeling geïsoleerd, en wordt een inschakelcommando Z

gegeven. Hierbij zal op een gegeven moment, afhankelijk I

25 van de afstand tussen de contacten overslag optreden, waarna de condensator Cl zich over de schakelaarcontacten iÏ

ontlaadt. Na het ontlaadstroom zal oplading plaats vinden II

van de condensator C2, zodat, nadat de aanvankelijke ontlading heeft plaatsgevonden een terugkerende spanning “ 30 over de contacten wordt aangelegd.

Uit het moment, waarop de ontlading dooft, kan II

een maat worden afgeleid voor het afschakelvermogen van de vacuümschakelaar.

Een en ander is nader toegelicht in de figuren 35 3A, 3B, welke het verloop tonen van de stroom door, respectievelijk de spanning over de schakelaar bij inge- ^ lekt gas. r 1009741 6

Bij de figuren 4A, respectievelijk 4B zijn dezelfde grootheden weergegeven van een schakelaar, waarin een goed vacuüm heerst.

i 1009741

Claims

1. Werkwijze voor het onderzoeken van de kwaliteit van een vacuüm in een vacuümschakelaar, omvattende het toevoeren van een hoeveelheid elektrische lading aan de contacten van de vacuümschakelaar, terwijl de contac-5 ten naar elkaar toe worden bewogen, en het waarnemen van het verloop van de spanning over of de stroom door de schakelaar, met het kenmerk, dat de hoeveelheid elektri- : sche lading zo groot is gekozen, dat uit de contacten _ geadsorbeerd gas wordt vrijgemaakt.

2. Werkwijze volgens conclusie l, met het kenmerk, dat de hoeveelheid lading vanaf een geladen condensator wordt toegevoerd.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het ii kenmerk, dat de lading via een inductantie wordt toege- - 15 voerd, waarvan de waarde zodanig is gekozen, dat de resonantiefrequentie groter is dan de nominale netfre- n quentie. -

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de lading een tweede, parallel aan de scha- 20 kelaar aangebrachte condensator oplaadt, welke tweede condensator direct na het doven van de ontlading een r spanning op de schakelaar aanlegt.

5. Werkwij ze volgens een van de voorafgaande conclusie, met het kenmerk, dat het verloop van de stroom Ü 25 door of de spanning over de schakelaar wordt waargenomen door het vastleggen van tenminste een van deze grootheden en vervolgens uit de waargenomen grootheid afleiden van L de kwaliteit van het vacuüm.

6. Werkwijze volgens een van de voorafgaande Ξ 30 conclusies, met het kenmerk, dat de schakelaar in een schakelveld is opgenomen, aanvankelijk van het schakel- ^ veld wordt geïsoleerd, en dat vervolgens de werkwijze L_ volgens een van de voorafgaande conclusies wordt uitge- = voerd. -

7. Inrichting voor het waarnemen van de kwali teit van het vacuüm in een vacuümschakelaar, omvattende: 1009741 - een eerste condensator,· - een laadschakeling voor het laden van de condensator; - middelen voor het op de contacten van de 5 schakelaar aansluiten van de eerste condensator; en - waarnemingsmiddelen voor het waarnemen van het verloop van de stroom door of de spanning over de schakelaar. 10 i É 1009741