(19)
(11) EP 0 758 794 A1

(12) EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG

(43) Veröffentlichungstag:
19.02.1997  Patentblatt  1997/08

(21) Anmeldenummer: 96110096.3

(22) Anmeldetag:  21.06.1996
(51) Internationale Patentklassifikation (IPC)6H01H 33/66
(84) Benannte Vertragsstaaten:
CH DE FR GB IT LI

(30) Priorität: 10.08.1995 DE 19529499

(71) Anmelder: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
80333 München (DE)

(72) Erfinder:
  • Maier, Reinhard, Dr.
    91074 Herzogenaurach (DE)
  • Bulst, Wolf-Eckhart
    81739 München (DE)
  • Ostertag, Thomas
    89075 Ulm (DE)
  • Sczesny, Oliver
    85609 Aschheim (DE)


(56) Entgegenhaltungen: : 
   
       


    (54) Vorrichtung zur Überwachung des Vakuums eines Vakuumschalters


    (57) Im Vakuumschaltrohres eines Vakuumschalters ist ein fernabfragbares Oberflächenwellenfilter angeordnet, dem eine Fernabfrageeinrichtung aus einem Sender, einem Empfänger und einer Auswerteeinrichtung zugeordnet ist.




    Beschreibung


    [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.


    Ansprüche

    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.
     




    Zeichnung










    Recherchenbericht