DE102021114588A1 - ARC FLASH DETECTION SYSTEM AND METHOD - Google Patents

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Detlef Falkmeyer
Ulrich Kahnt
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zur Überwachung eines Vakuums in einer Vakuumschaltkammer mit einer Vakuumschaltkammer, einem Schallempfänger und einer Steuereinheit sowie ein Verfahren zur Detektion eines im Vakuum in einer Vakuumschaltkammer entstehenden Lichtbogens.The invention relates to a system for monitoring a vacuum in a vacuum interrupter chamber with a vacuum interrupter chamber, a sound receiver and a control unit, and a method for detecting an arc occurring in the vacuum in a vacuum interrupter chamber.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Überwachung eines Vakuums in einer Vakuumschaltkammer mit einer Vakuumschaltkammer, einem Schallempfänger und einer Steuereinheit sowie ein Verfahren zur Detektion eines im Vakuum in einer Vakuumschaltkammer entstehenden Lichtbogens.The invention relates to a system for monitoring a vacuum in a vacuum interrupter chamber with a vacuum interrupter chamber, a sound receiver and a control unit, and a method for detecting an arc occurring in the vacuum in a vacuum interrupter chamber.

Stand der TechnikState of the art

Vakuumschaltkammern sind in Vakuumschaltern das eigentliche Schaltelement zum Verbinden und Unterbrechen von elektrischen Stromkreisen im stromlosen Zustand, unter Last oder bei Kurzschlüssen. Im Inneren dieser Vakuumschaltkammern sind meist zwei Primärkontakte angeordnet, von denen einer beweglich ist. Im geschlossenen Zustand berühren sich die Kontakte und im geöffneten Zustand befindet sich zwischen den Kontakten eine Vakuumstrecke, die die Trennfunktion übernimmt und eine entsprechende Isolationsfestigkeit aufweist.Vacuum interrupters are the actual switching element in vacuum switches for connecting and interrupting electrical circuits when there is no current, under load or in the event of short circuits. Inside these vacuum interrupters, there are usually two primary contacts, one of which is movable. In the closed state, the contacts touch and in the open state there is a vacuum path between the contacts, which takes over the isolating function and has a corresponding insulation resistance.

Wird die Vakuumschaltkammer unter Last ausgeschaltet, bildet sich nach Trennung der Kontakte zwischen ihnen ein Lichtbogen aus, der bei ausreichendem Kontaktabstand verlischt. Sowohl das Verlöschen des Lichtbogens im Vakuum als auch die elektrische Festigkeit der Vakuumstrecke im geöffneten Zustand des Schaltgerätes sind nur dann sichergestellt, wenn das Vakuum einen Mindestdruck aufweist, der in der Größenordnung von 10-2 Pa liegt.If the vacuum interrupter chamber is switched off under load, after the contacts separate, an arc forms between them, which is extinguished when the contact gap is sufficient. Both the extinguishing of the arc in the vacuum and the electrical strength of the vacuum path when the switching device is open are only ensured if the vacuum has a minimum pressure of around 10 -2 Pa.

Ein Lichtbogen ist bei Schalthandlungen typisch, es besteht aber das Ziel, negative Auswirkungen des Lichtbogens zu minimieren. Lichtbögen können erheblichen Schaden verursachen, die mit verlängerter Brenndauer des Lichtbogens zunehmen.An arc is typical in switching operations, but the aim is to minimize the negative effects of the arc. Arc flashes can cause significant damage, which increases the longer the arc burns.

Ein Lichtbogen ist durch elektrische, optische und akustische Eigenschaften gekennzeichnet, die durch das Plasma des Lichtbogens bestimmt werden.An arc is characterized by electrical, optical, and acoustic properties that are determined by the plasma of the arc.

Aus dem Stand der Technik sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt, mittels denen der Lichtbogen in einer Schalteinrichtung detektiert und analysiert wird:

  • Die Patentschrift DE 10 2010 029 289 A1 zeigt ein Verfahren, bei dem der Lichtbogen des Lichtbogenofens mittels einer Schwingungsmessung erfasst und analysiert wird. Die Analyse wird zur Regelung und Steuerung des Lichtbogens verwendet. Die Schwingungsanalyse erfolgt bevorzugt mittels einer Frequenzanalyse der abgegebenen Ultraschall-Schwingungen des Lichtbogens.
Methods and devices are known from the prior art, by means of which the arc in a switching device is detected and analyzed:
  • The patent specification DE 10 2010 029 289 A1 shows a method in which the arc of the electric arc furnace is recorded and analyzed by means of a vibration measurement. The analysis is used to regulate and control the arc. The vibration analysis is preferably carried out by means of a frequency analysis of the emitted ultrasonic vibrations of the arc.

Die Schrift EP 3 090 475 B1 zeigt die Erfassung von Fehlern von Lichtbögen speziell in einer elektrischen Schalteinrichtung. Dabei werden Schalldaten von einer Leistungsvorrichtung erfasst, ein Merkmalvektor extrahiert und der Merkmalvektor mit Referenzdaten basierend auf tatsächlichen Lichtbogenfehler-Akustiksignalen verglichen.The font EP 3 090 475 B1 shows the detection of faults from arcing, specifically in an electrical switching device. It involves acquiring acoustic data from a power device, extracting a feature vector, and comparing the feature vector to reference data based on actual arcing fault acoustic signals.

Die Schrift US 2003/169051 A1 stellt ein Prüfsystem für eine Schalteinrichtung vor, das mittels u.a. Ultraschall-Einspeisung und Aufnahme des rückgestreuten Schallspektrums mehrere Charakteristika des Lichtbogenfehlers erkennt.The font U.S. 2003/169051 A1 presents a test system for a switching device, which detects several characteristics of the arcing fault by means of, among other things, ultrasonic injection and recording of the backscattered sound spectrum.

Diese hier vorgestellten Systeme und Verfahren werden jedoch nur in Schalteinrichtung eingesetzt, die gas- oder luftgefüllt sind und unter atmosphärischem Druck stehen. Ein System oder Verfahren, das einen Lichtbogen in einer Vakuumschaltkammer detektiert und analysiert, ist nicht bekannt.However, the systems and methods presented here are only used in switching devices that are filled with gas or air and are under atmospheric pressure. A system or method that detects and analyzes an arc in a vacuum interrupter chamber is not known.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein System bereitzustellen, mit dem eine Detektion eines im Vakuum in einer Vakuumschaltkammer entstehenden Lichtbogens jederzeit zuverlässig, verschleiß- und zerstörungsfrei sowie kostengünstig durchführbar ist. Ein weiteres Ziel des Systems ist die Minimierung des Schadens durch Verringerung der Brenndauer des Lichtbogens. Es ist ebenfalls Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Detektion eines im Vakuum in einer Vakuumschaltkammer entstehenden Lichtbogens bereitzustellen, mit dem eine Überwachung des Vakuumzustandes jederzeit zuverlässig, verschleiß- und zerstörungsfrei sowie kostengünstig durchführbar ist.The object of the invention is to provide a system with which an arc occurring in a vacuum in a vacuum switching chamber can be detected at any time reliably, without wear and tear and without destruction, and at low cost. Another goal of the system is to minimize damage by reducing the burning time of the arc. It is also an object of the invention to provide a method for detecting an arc occurring in a vacuum in a vacuum interrupter chamber, with which the vacuum state can be monitored at any time reliably, without wear and tear and non-destructively, and cost-effectively.

Die Aufgabe wird mittels des Systems zur Überwachung eines Lichtbogens in einer Vakuumschaltkammer gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.The object is achieved by means of the system for monitoring an arc in a vacuum interrupter chamber according to claim 1. Further advantageous embodiments of the invention are set out in the dependent claims.

Das erfindungsgemäße System zur Überwachung eines Lichtbogens in einer Vakuumschaltkammer weist neben der Vakuumschaltkammer selbst einen Schallempfänger sowie eine Steuereinheit auf. Das bei dem sich ausbildenden Lichtbogen entstehende Schallsignal wird von einem Schallempfänger detektiert. Die Analyse erfolgt mittels der Steuereinheit im Hinblick auf einen Vergleich ein oder mehrerer Parameter des detektierten Schallsignals mit einer Referenz.The system according to the invention for monitoring an arc in a vacuum interrupter chamber has a sound receiver and a control unit in addition to the vacuum interrupter chamber itself. The sound signal generated by the arc that forms is detected by a sound receiver. The analysis is performed by the control unit with a view to comparing one or more parameters of the detected sound signal with a reference.

Schallwellen sind Longitudinalwellen und beruhen auf Druck- und Dichteschwankungen des in der Vakuumschaltkammer befindlichen Gases. Im idealen Vakuum ist eine Schallausbreitung nicht möglich. Bei nachlassendem Vakuum in der Vakuumschaltkammer breitet sich der eingestrahlte Ultraschallimpuls innerhalb der Vakuumschaltkammer aus, der Schalldruck steigt. Der detektierte Schalldruck ist also auch ein Maß für die Qualität des Vakuums in der Vakuumschaltkammer.Sound waves are longitudinal waves and are based on pressure and density fluctuations in the gas in the vacuum interrupter chamber. In the ideal vacuum, sound propagation is not possible. When the vacuum in the vacuum switching chamber decreases, the radiated pressure spreads Ultrasonic pulse within the vacuum interrupter chamber, the sound pressure increases. The detected sound pressure is also a measure of the quality of the vacuum in the vacuum interrupter chamber.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Schallempfänger derart angeordnet, dass Schallsignale aus der Vakuumschaltkammer bei Atmosphärendruck in der Vakuumschaltkammer detektierbar sind. Dadurch wird gewährleistet, dass bei Atmosphärendruck innerhalb der Vakuumschaltkammer - also bei vollständigem Ausfall des Vakuums - der Schalldruck des detektierten Schallimpulses maximal ist.In a further embodiment of the invention, the sound receiver is arranged in such a way that sound signals from the vacuum interrupter chamber can be detected at atmospheric pressure in the vacuum interrupter chamber. This ensures that the sound pressure of the detected sound pulse is at its maximum at atmospheric pressure inside the vacuum interrupter chamber - i.e. when the vacuum fails completely.

In einer weiteren Gestaltung der Erfindung ist der Schallempfänger außen an der Kammerwand der Vakuumschaltkammer angeordnet. Innerhalb der Vakuumschaltkammer sind keine Sensoren oder Messvorrichtungen nötig. Die Prüfung ist zerstörungs- und verschleißfrei, die Vakuumschaltkammer muss nicht geöffnet werden.In a further embodiment of the invention, the sound receiver is arranged on the outside of the chamber wall of the vacuum interrupter chamber. No sensors or measuring devices are required inside the vacuum interrupter chamber. The test is non-destructive and non-wearing, the vacuum interrupter chamber does not have to be opened.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist der Schallempfänger mit der Vakuumschaltkammer mechanisch gekoppelt. Der Schallempfänger empfängt daher Schallwellen im Schall- und Ultraschallbereich von der Vakuumschaltkammer, insbesondere von der Wandung der Vakuumschaltkammer selbst, die durch den Lichtbogen in mechanische Schwingungen versetzt wird.In a further embodiment of the invention, the sound receiver is mechanically coupled to the vacuum interrupter chamber. The sound receiver therefore receives sound waves in the sound and ultrasonic range from the vacuum interrupter chamber, in particular from the wall of the vacuum interrupter chamber itself, which is set into mechanical vibration by the arc.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist der Schallempfänger mit einem der Primärkontakte der Vakuumkammer mechanisch gekoppelt. Im Inneren der Vakuumschaltkammer sind die Primärkontakte angeordnet, von denen einer beweglich ist. Im geschlossenen Zustand berühren sich die Kontakte und im geöffneten Zustand befindet sich zwischen den Kontakten eine Vakuumstrecke, in der sich der Lichtbogen ausbildet. Der Schallempfänger empfängt aufgrund der Kopplung mit einem Primärkontakt Schallwellen im Schall- und/oder Ultraschallbereich von einem Primärkontakt.In a further embodiment of the invention, the sound receiver is mechanically coupled to one of the primary contacts of the vacuum chamber. Inside the vacuum interrupter chamber are the primary contacts, one of which is movable. When closed, the contacts touch and when open, there is a vacuum path between the contacts in which the arc is formed. Due to the coupling with a primary contact, the sound receiver receives sound waves in the sound and/or ultrasonic range from a primary contact.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Schallempfänger mit der Steuereinheit gekoppelt. Die Steuereinheit analysiert das detektierte Schallsignal und korreliert Schallsender und Schallempfänger.In a further embodiment of the invention, the sound receiver is coupled to the control unit. The control unit analyzes the detected sound signal and correlates the sound transmitter and sound receiver.

Die genannte Aufgabe wird ebenfalls mittels des Verfahrens zur Detektion eines im Vakuum in einer Vakuumschaltkammer entstehenden Lichtbogens gelöst. Weitere vorteilhafte Gestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.The stated object is also achieved by means of the method for detecting an arc occurring in a vacuum in a vacuum interrupter chamber. Further advantageous configurations of the invention are set out in the dependent claims.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Schallempfänger als Ultraschallempfänger ausgebildet.In a further embodiment of the invention, the sound receiver is designed as an ultrasonic receiver.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Detektion eines im Vakuum in einer Vakuumschaltkammer entstehenden Lichtbogens weist zwei Verfahrensschritte auf: Im ersten Verfahrensschritt wird ein Schallsignal mit einem Schallempfänger detektiert. Das Schallsignal weist üblicherweise eine Frequenz von 20 Hz bis 40 kHz auf. Im zweiten Verfahrensschritt wird das detektierte Schallsignal analysiert. Die Analyse erfolgt im Hinblick auf einen Vergleich ein oder mehrerer Parameter des detektierten Schallsignals mit einer Referenz, die mit einer Vakuumschaltkammer ermittelt wurde, deren Vakuum ausreichend gut ist.The method according to the invention for detecting an arc occurring in a vacuum in a vacuum interrupter chamber has two method steps: In the first method step, a sound signal is detected with a sound receiver. The sound signal usually has a frequency of 20 Hz to 40 kHz. In the second method step, the detected sound signal is analyzed. The analysis is carried out with a view to comparing one or more parameters of the detected sound signal with a reference that was determined using a vacuum interrupter chamber whose vacuum is sufficiently good.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird bei der Analyse ein Parameter des detektierten Schallsignales mit einem Vergleichswert verglichen. Die Analyse erfolgt bevorzugt durch einen Vergleich des Parameters des detektierten Schallimpulses mit einem gespeicherten Vergleichswert. Der gespeicherte Vergleichswert ist der detektierte Schalldruck eines Schallimpulses und wird in einer Kalibrierungsmessung an einem fabrikneuen Prototyp des gleichen Typs der Vakuumschaltkammer ermittelt.In a further embodiment of the invention, a parameter of the detected sound signal is compared with a comparative value during the analysis. The analysis is preferably carried out by comparing the parameter of the detected sound pulse with a stored comparison value. The stored comparison value is the detected sound pressure of a sound pulse and is determined in a calibration measurement on a brand-new prototype of the same type of vacuum interrupter.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Parameter des detektierten Schallsignals die Intensität und/oder die Frequenz des Schallsignals. Die Intensität des detektierten Schallsignals ist ein Maß für den Schalldruck innerhalb der Vakuumschaltkammer und damit für den in der Vakuumschaltkammer herrschenden Gas- bzw. Luftdruck.In a development of the invention, the parameter of the detected sound signal is the intensity and/or the frequency of the sound signal. The intensity of the detected sound signal is a measure of the sound pressure inside the vacuum interrupter chamber and thus of the gas or air pressure prevailing in the vacuum interrupter chamber.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Vergleichswert in einer vorherigen Messung bestimmt. Die Analyse erfolgt bevorzugt durch einen Vergleich des Parameters des detektierten Schallimpulses mit einem gespeicherten Vergleichswert. Der gespeicherte Vergleichswert ist der detektierte Schalldruck eines Schallimpulses und wird in einer vorherigen Kalibrierungsmessung an einem fabrikneuen Prototyp des gleichen Typs der Vakuumschaltkammer ermittelt.In a further embodiment of the invention, the comparison value is determined in a previous measurement. The analysis is preferably carried out by comparing the parameter of the detected sound pulse with a stored reference value. The stored comparison value is the detected sound pressure of a sound pulse and is determined in a previous calibration measurement on a brand-new prototype of the same type of vacuum interrupter.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird der Vergleichswert in regelmäßigen Intervallen aktualisiert.In a further embodiment of the invention, the comparison value is updated at regular intervals.

In einer besonders vorteilhaften Gestaltung der Erfindung wird im Falle einer Abweichung eines Parameters des detektierten Schallsignals vom Vergleichswert eine Meldung ausgelöst. Die Meldung zeigt an, dass das Vakuum in der Vakuumschaltkammer nicht mehr ausreichend ist und ein in der Vakuumschaltkammer entstehender Lichtbogen nicht genügend schnell gelöscht wird.In a particularly advantageous embodiment of the invention, a message is triggered if a parameter of the detected sound signal deviates from the comparison value. The message indicates that the vacuum in the vacuum interrupter chamber is no longer sufficient and an arc occurring in the vacuum interrupter chamber is not extinguished quickly enough.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist der Schallempfänger mit der Vakuumschaltkammer mechanisch gekoppelt. Der Schallempfänger empfängt daher Schallwellen im Schall- und/oder Ultraschallbereich von der Vakuumschaltkammer, insbesondere von der Wandung der Vakuumschaltkammer selbst, die durch den Lichtbogen in mechanische Schwingungen versetzt wird.In a further embodiment of the invention, the sound receiver is mechanically coupled to the vacuum interrupter chamber. The sound receiver therefore receives sound waves in the sound and/or ultrasonic range from the vacuum interrupter chamber, in particular from the wall of the vacuum interrupter chamber itself, which is set into mechanical vibrations by the arc.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die Verfahrensschritte a) bis b) in regelmäßigen Zeitintervallen wiederholt. Dadurch wird eine kontinuierliche Überwachung des Vakuums und/oder des Vorliegens eines Lichtbogens in der Vakuumschaltkammer erreicht. Das Zeitintervall ist durch einen Nutzer frei wählbar.In a further embodiment of the invention, method steps a) to b) are repeated at regular time intervals. This achieves continuous monitoring of the vacuum and/or the presence of an arc in the vacuum interrupter chamber. The time interval can be freely selected by a user.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird beim Verfahren zur Detektion eines im Vakuum in einer Vakuumschaltkammer entstehenden Lichtbogens ein Ultraschallsignal mit einem Ultraschallempfänger detektiert. Das Ultraschallsignal weist üblicherweise eine Frequenz von 20 kHz bis 40 kHz auf.In a development of the invention, an ultrasonic signal is detected with an ultrasonic receiver in the method for detecting an arc occurring in a vacuum in a vacuum interrupter chamber. The ultrasonic signal usually has a frequency of 20 kHz to 40 kHz.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Systems und des Verfahrens zur Überwachung eines Vakuums in einer Vakuumschaltkammer sind in den Zeichnungen schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Exemplary embodiments of the system according to the invention and of the method for monitoring a vacuum in a vacuum interrupter chamber are shown schematically simplified in the drawings and are explained in more detail in the following description.

Es zeigen:

  • 1: Schnittzeichnung des erfindungsgemäßen Systems zur Überwachung eines
  • Vakuums mit an einer Längsseite angeordnetem Schallempfänger 2: Schnittzeichnung des erfindungsgemäßen Systems zur Überwachung eines Vakuums mit innerhalb der Vakuumschaltkammer angeordnetem Schallempfänger
  • 3: Schnittzeichnung des erfindungsgemäßen Systems zur Überwachung eines Vakuums mit außerhalb in einem Abstand an einer Längsseite der Vakuumschaltkammer angeordnetem Schallempfänger
  • 4: Schnittzeichnung des erfindungsgemäßen Systems mit einem an einer Stirnseite der Vakuumkammer angeordnetem Schallempfänger
Show it:
  • 1 : Sectional drawing of the system according to the invention for monitoring a
  • vacuum with a sound receiver arranged on one long side 2 : Sectional drawing of the system according to the invention for monitoring a vacuum with a sound receiver arranged inside the vacuum interrupter chamber
  • 3 : Sectional drawing of the system according to the invention for monitoring a vacuum with a sound receiver arranged outside at a distance on a longitudinal side of the vacuum interrupter chamber
  • 4 : Sectional drawing of the system according to the invention with a sound receiver arranged on a front side of the vacuum chamber

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems 1 zur Überwachung eines Vakuums in einer Vakuumschaltkammer 10. Die Vakuumschaltkammer 10 weist die Stromleitung 60 auf, die durch Bohrungen in der Außenwandung 11 an gegenüberliegenden Stirnseiten der Vakuumschaltkammer 10 geführt ist. In der Vakuumschaltkammer 10 weist die Stromleitung 60 Unterbrecherkontakte 50, 51 auf, die in stromführendem Zustand geschlossen sind. Dazu ist symbolisch eine Spannungsquelle U mit einem Widerstand R dargestellt. 1 shows an exemplary embodiment of the system 1 according to the invention for monitoring a vacuum in a vacuum interrupter chamber 10. The vacuum interrupter chamber 10 has the power line 60, which is routed through bores in the outer wall 11 on opposite end faces of the vacuum interrupter chamber 10. In the vacuum interrupter chamber 10, the power line 60 has interrupter contacts 50, 51 which are closed in the live state. A voltage source U with a resistance R is shown symbolically for this purpose.

Das System 1 weist den Schallempfänger 20 auf, der mit der Steuereinheit 30 verbunden ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Schallempfänger 20 außerhalb der Vakuumschaltkammer 10 an einer Längsseite angeordnet. Der Schallempfänger 20 ist mit der Wandung 11 der Vakuumschaltkammer 10 und einem Arm der Stromleitung 60 mechanisch gekoppelt. Der Schallempfänger 20 ist dazu direkt auf der Außenseite der Wandung 11 angeordnet, zum Arm der Stromleitung 60 ist am Schallempfänger 20 eine Verbindung V angeordnet.The system 1 has the sound receiver 20 which is connected to the control unit 30 . In this exemplary embodiment, the sound receiver 20 is arranged outside of the vacuum interrupter chamber 10 on a longitudinal side. The sound receiver 20 is mechanically coupled to the wall 11 of the vacuum interrupter chamber 10 and an arm of the power line 60 . For this purpose, the sound receiver 20 is arranged directly on the outside of the wall 11 , a connection V is arranged on the sound receiver 20 to the arm of the power line 60 .

Tritt ein Lichtbogen F in der Vakuumschaltkammer 10 auf, werden durch den Lichtbogen F mechanische Schwingungen erzeugt. Die Schwingungen versetzen die Stromleitung 60 und die mit ihr verbundene Wandung 11 der Vakuumschaltkammer 10 ebenfalls in mechanische Schwingungen. Außerdem werden in dem in der Vakuumschaltkammer 10 vorhandenen Restgas Druck- und Dichteschwankungen induziert. Diese mechanischen Schwingungen weisen einen weiten Frequenzbereich auf, auch im Schall- und/oder Ultraschallbereich größer 20 kHz. Die Frequenzen der mechanischen Schwingungen von Wandung 11 und Stromleitung 60 im Schallbereich werden mittels des Schallempfängers 20 detektiert.If an arc F occurs in the vacuum interrupter chamber 10, the arc F generates mechanical vibrations. The vibrations also set the power line 60 and the wall 11 of the vacuum interrupter chamber 10 connected to it into mechanical vibrations. In addition, pressure and density fluctuations are induced in the residual gas present in the vacuum interrupter chamber 10 . These mechanical vibrations have a wide frequency range, also in the sonic and/or ultrasonic range greater than 20 kHz. The frequencies of the mechanical vibrations of the wall 11 and the power line 60 in the sound range are detected by the sound receiver 20 .

Die anschließende Analyse mittels der Steuereinheit 30 erfolgt bevorzugt durch einen Vergleich der Intensität des detektierten Schallimpulses mit einem in der Steuereinheit 30 gespeicherten Vergleichswert. Der gespeicherte Vergleichswert wird in einer vorherigen Kalibrierungsmessung an einem fabrikneuen Prototyp des gleichen Typs der Vakuumschaltkammer 10 ermittelt.The subsequent analysis by means of the control unit 30 is preferably carried out by comparing the intensity of the detected sound pulse with a reference value stored in the control unit 30. The stored comparison value is determined in a previous calibration measurement on a brand-new prototype of the same type of vacuum interrupter chamber 10 .

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems 1 zeigt 2. Die Vakuumschaltkammer 10 ist baugleich der Vakuumschaltkammer 10 des vorherigen Ausführungsbeispiels (s. 1). Das System 1 weist den Schallempfänger 20 auf, der mit der Steuereinheit 30 verbunden ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Schallempfänger 20 innerhalb der Vakuumschaltkammer 10 an einer Längsseite angeordnet. Der Schallempfänger 20 ist wie im vorherigen Ausführungsbeispiel (s. 1) mit der Wandung 11 der Vakuumschaltkammer 10 und einem Arm der Stromleitung 60 mechanisch gekoppelt. Der Schallempfänger 20 ist dazu direkt auf der Innenseite der Wandung 11 angeordnet, zum Arm der Stromleitung 60 ist am Schallempfänger 20 eine Verbindung V angeordnet. Der Schallempfänger 20 detektiert ebenfalls die mechanischen Schwingungen im Schallbereich, die durch den Funken F in Wandung 11 und Stromleitung 60 induziert werden.Another exemplary embodiment of the system 1 according to the invention shows 2 . The vacuum interrupter chamber 10 is structurally identical to the vacuum interrupter chamber 10 of the previous embodiment (see 1 ). The system 1 has the sound receiver 20 which is connected to the control unit 30 . In this exemplary embodiment, the sound receiver 20 is arranged on a longitudinal side within the vacuum interrupter chamber 10 . The sound receiver 20 is as in the previous embodiment (see 1 ) mechanically coupled to the wall 11 of the vacuum interrupter chamber 10 and an arm of the power line 60 . For this purpose, the sound receiver 20 is arranged directly on the inside of the wall 11 , a connection V is arranged on the sound receiver 20 to the arm of the power line 60 . The sound receiver 20 also detects the mechanical vibrations in the sound range that are induced by the spark F in the wall 11 and the power line 60 .

3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems 1 zur Überwachung eines Vakuums in einer Vakuumschaltkammer 10. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Ultraschallempfänger 20 außerhalb der Vakuumschaltkammer 10 in einem Abstand von der Wandung 11 der Vakuumschaltkammer 10 an einer Längsseite angeordnet. Der Ultraschallempfänger 20 ist mit einem Arm der Stromleitung 60 mechanisch gekoppelt. Zum Arm der Stromleitung 60 ist am Ultraschallempfänger 20 eine Verbindung V angeordnet. Der Ultraschallempfänger 20 detektiert ebenfalls die mechanischen Schwingungen im Ultraschallbereich, die durch den Funken F in Wandung 11 und Stromleitung 60 induziert werden. 3 shows a further exemplary embodiment of the system 1 according to the invention for monitoring a vacuum in a vacuum interrupter chamber 10. In this exemplary embodiment, the ultrasonic receiver 20 is arranged outside of the vacuum interrupter chamber 10 at a distance from the wall 11 of the vacuum interrupter chamber 10 on one longitudinal side. The ultrasonic receiver 20 is mechanically coupled to an arm of the power line 60 . A connection V is arranged on the ultrasonic receiver 20 to the arm of the power line 60 . The ultrasonic receiver 20 also detects the mechanical vibrations in the ultrasonic range that are induced by the spark F in the wall 11 and the power line 60 .

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems 1 zeigt 4. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Ultraschallempfänger 20 außerhalb der Vakuumschaltkammer 10 in einem Abstand von der Wandung 11 der Vakuumschaltkammer 10 an einer Stirnseite angeordnet. Der Ultraschallempfänger 20 ist wie im vorherigen Ausführungsbeispiel (s. 3) mit einem Arm der Stromleitung 60 mechanisch gekoppelt. Der Ultraschallempfänger 20 detektiert ebenfalls die mechanischen Schwingungen im Ultraschallbereich, die durch den Funken F in Wandung 11 und Stromleitung 60 induziert werden.Another exemplary embodiment of the system 1 according to the invention shows 4 . In this exemplary embodiment, the ultrasonic receiver 20 is arranged outside of the vacuum interrupter chamber 10 at a distance from the wall 11 of the vacuum interrupter chamber 10 on one end face. The ultrasonic receiver 20 is as in the previous embodiment (see 3 ) mechanically coupled to an arm of the power line 60 . The ultrasonic receiver 20 also detects the mechanical vibrations in the ultrasonic range that are induced by the spark F in the wall 11 and the power line 60 .

BezugszeichenlisteReference List

11
System zur Überwachung des VakuumsSystem for monitoring the vacuum
1010
Vakuumschaltkammervacuum interrupter
1111
Wandung der Vakuumschaltkammerwall of the vacuum interrupter chamber
2020
Schallempfängersound receiver
3030
Steuereinheitcontrol unit
50, 5150, 51
Schaltkontakte/PrimärkontakteSwitch contacts/primary contacts
6060
Stromleitungpower line
Ff
LichtbogenElectric arc
VV
Verbindung Stromleitung - SchallempfängerConnection power line - sound receiver
Δ tΔt
Zeitintervalltime interval

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102010029289 A1 [0006]DE 102010029289 A1 [0006]
  • EP 3090475 B1 [0007]EP 3090475 B1 [0007]
  • US 2003169051 A1 [0008]US2003169051A1 [0008]

Claims (16)

System (1) zur Überwachung eines Lichtbogens in einer Vakuumschaltkammer (10) mit • einer Vakuumschaltkammer (10), • einem Schallempfänger (20) • einer Steuereinheit (30)System (1) for monitoring an arc in a vacuum interrupter chamber (10). • a vacuum interrupter (10), • a sound receiver (20) • a control unit (30) System (1) zur Überwachung eines Lichtbogens in einer Vakuumschaltkammer (10) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Schallempfänger (20) derart angeordnet ist, dass Schall und/oder Ultraschallsignale aus der Vakuumschaltkammer (10) bei Atmosphärendruck in der Vakuumschaltkammer (10) detektierbar sind.System (1) for monitoring an arc in a vacuum interrupter chamber (10). claim 1 characterized in that the sound receiver (20) is arranged in such a way that sound and/or ultrasonic signals from the vacuum interrupter chamber (10) can be detected at atmospheric pressure in the vacuum interrupter chamber (10). System (1) zur Überwachung eines Lichtbogens in einer Vakuumschaltkammer (10) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Schallempfänger (20) außen an der Kammerwand (11) der Vakuumschaltkammer (10) angeordnet ist.System (1) for monitoring an arc in a vacuum interrupter chamber (10). claim 1 or 2 characterized in that the sound receiver (20) is arranged on the outside of the chamber wall (11) of the vacuum switching chamber (10). System (1) zur Überwachung eines Lichtbogens in einer Vakuumschaltkammer (10) nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Schallempfänger (20) mit der Vakuumschaltkammer (10) mechanisch gekoppelt ist.System (1) for monitoring an arc in a vacuum interrupter chamber (10). claim 3 characterized in that the sound receiver (20) is mechanically coupled to the vacuum interrupter chamber (10). System (1) zur Überwachung eines Lichtbogens in einer Vakuumschaltkammer (10) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Schallempfänger (20) mit einem der Primärkontakte (50. 51) der Vakuumschaltkammer (10) mechanisch gekoppelt ist.System (1) for monitoring an arc in a vacuum interrupter chamber (10) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the sound receiver (20) is mechanically coupled to one of the primary contacts (50. 51) of the vacuum interrupter chamber (10). System (1) zur Überwachung eines Lichtbogens in einer Vakuumschaltkammer (10) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Schallempfänger (20) mit der Steuereinheit (30) gekoppelt ist.System (1) for monitoring an arc in a vacuum interrupter chamber (10) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the sound receiver (20) is coupled to the control unit (30). System (1) zur Überwachung eines Lichtbogens in einer Vakuumschaltkammer (10) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Schallempfänger (20) ein Ultraschallempfänger ist.System (1) for monitoring an arc in a vacuum interrupter chamber (10) according to one or more of the preceding claims, characterized in that the sound receiver (20) is an ultrasonic receiver. Verfahren zur Detektion eines im Vakuum in einer Vakuumschaltkammer (10) entstehenden Lichtbogens mit den Verfahrensschritten a) Detektion eines Schallsignals mit einem Schallempfänger (20) b) Analyse des detektierten Schallsignals.Method for detecting an arc occurring in a vacuum in a vacuum interrupter chamber (10) with the method steps a) detection of a sound signal with a sound receiver (20) b) Analysis of the detected sound signal. Verfahren zur Detektion eines im Vakuum in einer Vakuumschaltkammer (10) entstehenden Lichtbogens nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass bei der Analyse ein Parameter des detektierten Schallsignals mit einem Vergleichswert verglichen wird.Method for detecting an arc occurring in a vacuum in a vacuum interrupter chamber (10). claim 8 characterized in that during the analysis a parameter of the detected sound signal is compared with a comparative value. Verfahren zur Detektion eines im Vakuum in einer Vakuumschaltkammer (10) entstehenden Lichtbogens nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter des detektierten Schallsignals die Intensität und/oder die Frequenz des Schallsignales ist.Method for detecting an arc occurring in a vacuum in a vacuum interrupter chamber (10). claim 9 characterized in that the parameter of the detected sound signal is the intensity and/or the frequency of the sound signal. Verfahren zur Detektion eines im Vakuum in einer Vakuumschaltkammer (10) entstehenden Lichtbogens nach Anspruch 9 oder 10 dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleichswert in einer vorherigen Messung bestimmt wird.Method for detecting an arc occurring in a vacuum in a vacuum interrupter chamber (10). claim 9 or 10 characterized in that the comparison value is determined in a previous measurement. Verfahren zur Detektion eines im Vakuum in einer Vakuumschaltkammer (10) entstehenden Lichtbogens nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleichswert in regelmäßigen Intervallen aktualisiert wird.Method for detecting an arc occurring in a vacuum in a vacuum interrupter chamber (10). claim 11 characterized in that the comparison value is updated at regular intervals. Verfahren zur Detektion eines im Vakuum in einer Vakuumschaltkammer (10) entstehenden Lichtbogens nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer Abweichung eines Parameters des detektierten Schallsignals vom Vergleichswert eine Meldung ausgelöst wird.Method for detecting an arc occurring in a vacuum in a vacuum interrupter chamber (10) according to one or more of Claims 8 until 12 characterized in that a message is triggered if a parameter of the detected sound signal deviates from the comparison value. Verfahren zur Detektion eines im Vakuum in einer Vakuumschaltkammer (10) entstehenden Lichtbogens nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass der Schallempfänger (20) mit dem Gehäuse der Vakuumschaltkammer (10) mechanisch gekoppelt ist.Method for detecting an arc occurring in a vacuum in a vacuum interrupter chamber (10) according to one or more of Claims 8 until 13 characterized in that the sound receiver (20) is mechanically coupled to the housing of the vacuum interrupter chamber (10). Verfahren zur Detektion eines im Vakuum in einer Vakuumschaltkammer (10) entstehenden Lichtbogens nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte a) bis b) in regelmäßigen Zeitintervallen wiederholt werden.Method for detecting an arc occurring in a vacuum in a vacuum interrupter chamber (10) according to one or more of Claims 8 until 14 characterized in that method steps a) to b) are repeated at regular time intervals. Verfahren zur Detektion eines im Vakuum in einer Vakuumschaltkammer (10) entstehenden Lichtbogens nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass ein Ultraschallsignal mit einem Ultraschallempfänger (20) und/oder das detektierte Ultraschallsignal analysiert wird.Method for detecting an arc occurring in a vacuum in a vacuum interrupter chamber (10) according to one or more of Claims 8 until 14 characterized in that an ultrasonic signal is analyzed with an ultrasonic receiver (20) and/or the detected ultrasonic signal.
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