[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung des Vakuums eines
Vakuumschalters.
[0002] 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 fuhren, 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.
[0003] 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.
[0004] 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 währen
des Betriebes möglich ist.
[0005] Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1
gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand
der Unteransprüche.
[0006] Durch den Einsatz einer Drucküberwachung in der Vakuumschaltröhre kann das Ausschalten
von einem übergeordneten Schalter vorgenommen werden. Damit können Folgeschäden vermieden
werden.
[0007] Besonders vorteilhafterweise umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung ein fernabfragbares
Oberflächenwellenfilter, das ein rein passives Bauelement darstellt und keine Stromversorgung
bedarf.
[0008] 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.
[0009] 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.
[0010] 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.
[0011] 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,
Lithiumtantalat 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.
[0012] 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.
[0013] 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.
[0014] 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.
[0015] 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.
1. Vorrichtung zur Überwachung des Vakuums eines Vakuumschalters mit mindestens einem
Vakuumschaltrohr mit Schaltkammer und Schaltkontakten, mit einem im Inneren des Vakuumschaltrohres
angeordneten fernabfragbaren Druckmeßfühler und mit einer Fernabfrageeinrichtung.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der fernabfragbare Druckmeßfühler ein fernabfragbares Oberflächenwellenfilter
oder einen Oberflächenwellenresonator umfaßt und daß die Fernabfrageeinrichtung einen
Sender, einen Empfänger und eine Auswerteeinrichtung umfaßt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Druckmeßfühler aus einer Druckmeßdose besteht, deren eine Wand aus einem piezokristallinen
Einkristall besteht, auf dem das Oberflächenwellenfilter bzw. Oberflächenwellenresonator
aufgebracht ist.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Druckmeßfühler an einem isolierenden Teil, insbesondere einem Keramikrohr
des Vakuumschaltrohres angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß für mehrere, insbesondere drei, Vakuumschaltrohre eines Vakuumschalters eine gemeinsame
Fernabfrageeinrichtung vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß ein weiteres, durch eine Maske teilabgeschirmtes, fernabfragbares passives OFW-Sensorelement
der Funkenstrecke zugewandt ist und den Elektrodenabbrand detektiert.