DE3702009A1

DE3702009A1 - Device for monitoring the vacuum in a vacuum switching tube

Info

Publication number: DE3702009A1
Application number: DE19873702009
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Dr Ing Reinhard
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1987-01-22
Filing date: 1987-01-22
Publication date: 1988-08-04
Anticipated expiration: 2007-01-23
Also published as: DE3702009C2

Abstract

A device for monitoring the vacuum in the interior of a vacuum switching tube (1) has an evaluation circuit (10) which is supplied with a signal derived from the vapour screen (6) of the vacuum switching tube (1). This signal can be obtained with the intermediate connection of a coupling capacitor (7) and of a high-pass filter (8). Furthermore, a differential amplifier (13) can be provided to which there are supplied a signal which is derived from the vapour screen (6) by means of the coupling capacitor (7) and a signal which is derived from a part (connecting bolt 2) of the vacuum switching tube (1) which is at the operating voltage. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung des Vakuums im Inneren einer Vakuumschaltröhre, bei der eine Aus wertungsschaltung mit einer von außen zugänglichen Anschluß stelle eines im Inneren der Vakuumschaltröhre befindlichen Dampfschirmes verbunden ist.The invention relates to a device for monitoring the Vacuum inside a vacuum interrupter, with an off evaluation circuit with an externally accessible connection place one inside the vacuum interrupter Steam screen is connected.

Eine Einrichtung dieser Art ist beispielsweise durch die DE-B-18 14 410 bekannt geworden. Hierbei wird der Strom ge messen, den eine Hochspannungsquelle zwischen dem Dampfschirm und einer auf dem Potential der Betriebsspannung befindlichen Elektrode der Vakuumschaltröhre fließen läßt. Ist die Betriebs spannung zu niedrig, um einen auswertbaren Strom fließen zu lassen, so kann es erforderlich sein, einen Zwischentrans formator zu verwenden. Eine zufriedenstellende Wirkungsweise dieser Einrichtung setzt eine ausreichend hohe Spannung zwischen dem Dampfschirm und einer Gegenelektrode voraus. Hierdurch ist die Anwendbarkeit der Einrichtung im wesent lichen auf mit verhältnismäßig hoher Spannung arbeitende Vakuumschaltröhren beschränkt.A device of this type is, for example, by DE-B-18 14 410 become known. Here the current is ge measure that a high voltage source between the steam screen and one at the potential of the operating voltage Electrode of the vacuum interrupter can flow. Is the operating voltage too low to allow an evaluable current to flow leave, it may be necessary to make an intermediate trans formator to use. A satisfactory mode of action this device sets a sufficiently high voltage between the steam screen and a counter electrode. As a result, the applicability of the device is essential Lichen on working with relatively high voltage Vacuum interrupters limited.

Die Erfindung sieht demgegenüber bei einer Einrichtung der genannten Art vor, daß die Auswertungsschaltung mit dem Potential des Dampfschirmes oder mit einer hiervon abgeleiteten Größe beaufschlagt ist. Die Auswertungsschaltung soll hierzu einen besonders hohen Eingangswiderstand haben, damit das Potential des Dampfschirmes nicht durch den Bedarf der Aus wertungsschaltung an Steuerenergie zu stark verändert wird. Die Wirkungsweise der Einrichtung beruht darauf, daß sich das Potential des Dampfschirmes bei ungestörtem, hohem Vakuum in der Vakuumschaltröhre entsprechend dem kapazitätsbedingten Teilerverhältnis einstellt. Sobald in der Schaltröhre Ent ladungen aufgrund eines verschlechterten Vakuums auftreten, folgt das Dampfschirmpotential nicht mehr der an den Schalt kontakten anliegenden sinusförmigen Betriebsspannung, sondern es springt jeweils beim Einsetzen der Entladung in Richtung des Anoden- oder Katodenpotentials. Somit wird der Dampfschirm bei anliegender Wechselspannung in jeder Halbperiode umge laden. Die Schaltkontakte können dabei geöffnet oder geschlos sen sein. Diese Umladungsvorgänge werden von der Auswertungs schaltung als Anzeichen eines verschlechterten Vakuums erfaßt.In contrast, the invention provides for a device of mentioned type before that the evaluation circuit with the Potential of the steam screen or with one derived from it Size is applied. The evaluation circuit should do this have a particularly high input resistance so that Potential of the steam screen not by the need for the off evaluation circuit of control energy is changed too much. The operation of the facility is based on the fact that Potential of the steam screen with undisturbed, high vacuum in the vacuum interrupter according to the capacity-related Division ratio. As soon as Ent charges occur due to a deteriorated vacuum, the steam shield potential no longer follows that at the switch contacts applied sinusoidal operating voltage, but it jumps in the direction of the discharge the anode or cathode potential. Thus the steam umbrella with alternating voltage applied in every half period load. The switch contacts can be opened or closed be. These transhipment operations are carried out by the evaluation circuit detected as a sign of deteriorated vacuum.

Die Einrichtung nach der Erfindung ist für jeden Pol eines mehrpoligen Vakuumschaltgerätes gesondert anwendbar, wobei die einzelnen Auswertungsschaltungen keiner gegenseitigen Beein flussung unterliegen. Dies ist von Vorteil gegenüber einer Vakuumüberwachung etwa gemäß der EP-B-00 79 181, bei der von dem Umladungsvorgang eines Dampfschirmes herrührende elektro magnetische Wellen durch eine Antenne aufgenommen und dann ausgewertet werden.The device according to the invention is one for each pole multipole vacuum switching device applicable separately, the individual evaluation circuits no mutual interference subject to flow. This is an advantage over one Vacuum monitoring, for example according to EP-B-00 79 181, in which the transfer process of a vapor screen electro magnetic waves picked up by an antenna and then be evaluated.

Eine vorteilhafte Möglichkeit zur Ausgestaltung einer Ein richtung nach der Erfindung besteht darin, daß zwischen den Dampfschirm und die Auswertungsschaltung ein Koppelkonden sator und ein Hochpaßfilter geschaltet sind. Der Koppelkonden sator läßt sich so auslegen, daß die Ladung des Dampfschirmes nicht unzulässig verändert wird. Das Hochpaßfilter unterdrückt betriebsfrequente Vorgänge und läßt somit nur Signale hindurch treten, die von den höherfrequenten Umladungsvorgängen her rühren.An advantageous way of designing a one Direction according to the invention is that between the Steam shield and the evaluation circuit a coupling condensate sator and a high-pass filter are switched. The coupling condenser sator can be designed so that the charge of the steam screen is not changed inadmissibly. The high pass filter suppressed operating frequency processes and thus only lets signals through occur from the higher-frequency transhipment processes stir.

Es ist aber auch möglich, daß gewünschte Signal dadurch zu gewinnen, daß ein von dem Potential des Dampfschirmes mittels eines Koppelkondensators abgeleitetes Signal und ein von der Betriebsspannung der Vakuumschaltröhre gleichfalls mittels eines Kondensators abgeleitetes und über eine Einstellvor richtung geführtes Hilfssignal an eine Subtraktionsschaltung angelegt sind, deren Ausgang mit der Auswertungsschaltung ver bunden ist. Auf diese Weise läßt sich am Eingang der Aus wertungsschaltung das Signal im ungestörten Zustand auf ein Minimum einstellen. Jede Abweichung hiervon ist als Anzeichen eines verschlechterten Vakuums leicht zu erkennen.But it is also possible that the desired signal gain that by using the potential of the vapor screen a coupling capacitor derived signal and one of the Operating voltage of the vacuum interrupter also by means of derived from a capacitor and via a setting directional auxiliary signal to a subtraction circuit are created, the output of which is ver is bound. In this way, at the entrance of the Aus evaluation circuit the signal in the undisturbed state on Set minimum. Any deviation from this is an indication of a deteriorated vacuum can be easily recognized.

Die vorstehend erläuterte Einrichtung kann auch in der Weise modifiziert sein, daß zwischen den Koppelkondensator und die Subtraktionsschaltung ein Ladungsverstärker geschaltet ist und daß der Kondensator für das Hilfssignal als kapazitiver Spannungsteiler ausgebildet ist. Ladungsverstärker sind handelsübliche Geräte, die beispielsweise zur Messung von Potentialänderungen an piezoelektrischen Meßwertumformern eingesetzt werden. Sie verfügen über die Voraussetzungen zur unmittelbaren Messung des Dampfschirmpotentials. Da somit am Ausgang der Subtraktionsschaltung bereits ein verstärktes Differenzsignal vorliegt, werden an die nachfolgende Aus wertungsschaltung geringere Anforderungen als in den anderen erwähnten Ausführungsformen der Erfindung gestellt.The device explained above can also in this way be modified that between the coupling capacitor and the Subtraction circuit is connected to a charge amplifier and that the capacitor for the auxiliary signal as a capacitive Voltage divider is formed. Are charge amplifiers commercially available devices, for example for measuring Potential changes in piezoelectric transducers be used. You have the prerequisites for immediate measurement of the steam shield potential. Since therefore on Output of the subtraction circuit already an amplified Difference signal is present, are to the subsequent off rating circuit lower requirements than in the others mentioned embodiments of the invention.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention is described below with reference to the figures illustrated embodiments explained in more detail.

Die Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Vakuumschaltröhre mit einer Einrichtung zur Überwachung des Vakuums mittels einer Auswertungsschaltung, der ein von dem Dampfschirm der Vakuumschaltröhre abgeleitetes Signal zugeführt wird. Fig. 1 shows a schematic view of a vacuum interrupter with a device for monitoring the vacuum by means of an evaluation circuit which is fed a signal derived from the vapor shield of the vacuum interrupter signal.

In der Fig. 2 ist eine abgewandelte Einrichtung gleichfalls in schematischer Darstellung gezeigt, bei der zusätzlich ein von der Betriebsspannung abgeleitetes Signal zum Vergleich mit dem Dampfschirmpotential herangezogen wird.A modified device is also shown in a schematic representation in FIG. 2, in which a signal derived from the operating voltage is additionally used for comparison with the vapor shield potential.

Die Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung unter Verwendung eines Ladungsver stärkers. Fig. 3 shows another embodiment in a schematic representation using a Ladungsver amplifier.

Die Vakuumschaltröhre 1 gemäß der Fig. 1 besitzt einen oberen Anschlußbolzen 2 sowie einen unteren Anschlußbolzen 3. Mit jedem dieser Anschlußbolzen ist ein gestrichelt angedeuteter Schaltkontakt verbunden, wobei der eine dieser Schaltkontakte mittels des zugehörigen Anschlußbolzens und einer geeigneten vakuumdichten Durchführung relativ zu dem anderen Schaltkontakt bewegbar ist. Das Gehäuse 4 der Vakuumschaltröhre 1 besteht aus zwei über einen Zwischenflansch 5 miteinander verbundenen isolierenden Gehäuseteilen und enthält einen Dampfschirm 6, der mittels des Zwischenflansches 5 konzentrisch zu der Längs achse der Kontaktanordnung befestigt und leitend mit dem Zwischenflansch 5 verbunden ist. Somit besteht die Möglichkeit, das elektrische Potential des Dampfschirmes 6 meßtechnisch zu erfassen.The vacuum interrupter 1 according to FIG. 1 has an upper connecting pin 2 and a lower connecting pin 3 . A switching contact, indicated by dashed lines, is connected to each of these connecting bolts, one of these switching contacts being movable relative to the other switching contact by means of the associated connecting bolt and a suitable vacuum-tight bushing. The housing 4 of the vacuum interrupter 1 consists of two via an intermediate flange 5 insulating housing parts connected to each other and includes a vapor shield 6, which is concentric to the longitudinal axis by means of the intermediate flange 5 of the contact assembly attached and conductively connected to the intermediate flange. 5 It is thus possible to measure the electrical potential of the vapor shield 6 by measurement.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 wird das Potential des Dampfschirmes 6 über einen Koppelkondensator 7 sowie ein Hochpaßfilter 8 einer Auswertungsschaltung 10 zugeführt. Der Koppelkondensator 7 ist so bemessen, daß das Potential des Dampfschirmes 6 durch die Messung nicht wesentlich verändert wird. Das Hochpaßfilter 8 unterdrückt Signale von Betriebs frequenz, d. h. Vorgänge mit einer Frequenz von üblicherweise 50 oder 60 Hz. Ein zum Eingang einer Auswertungsschaltung 10 gelangendes Signal stellt somit einen Hinweis darauf dar, daß sich das Potential des Dampfschirmes 6 aufgrund von Umladungs vorgängen sprunghaft ändert, weil sich das Vakuum im Inneren des Gehäuses 4 verschlechtert hat. Um eine geeignete Veran lassung zu bewirken, kann die Auswertungsschaltung 10 mit einem oder mehreren Schaltkontakten für Hilfsstromkreise ausgestattet sein, um beispielsweise ein Warnsignal abzugeben oder eine Be tätigung der Vakuumschaltröhre 1 durch Sperrung ihres An triebes zu verhindern. Hierbei wird davon ausgegangen, daß die Vakuumschaltröhre 1 Bestandteil eines Schaltgerätes, beispiels weise eines 3-poligen Leistungsschalters oder Schützes ist. In the embodiment according to FIG. 1, the potential of the vapor shield 6 through a coupling capacitor 7, and a high pass filter 8 is fed to an evaluation circuit 10. The coupling capacitor 7 is dimensioned such that the potential of the vapor shield 6 is not significantly changed by the measurement. The high pass filter 8 suppresses signals from operation frequency, ie operations with a frequency of usually 50 or 60 Hz. A to the input of an evaluation circuit 10 to be deflected signal thus provides an indication represents that the potential of the vapor shield 6 due to operations of Umladungs changes abruptly, because the vacuum inside the housing 4 has deteriorated. In order to cause a suitable event, the evaluation circuit 10 can be equipped with one or more switching contacts for auxiliary circuits, for example to emit a warning signal or to prevent actuation of the vacuum interrupter 1 by blocking its drive. It is assumed that the vacuum interrupter 1 is part of a switching device, for example a 3-pole circuit breaker or contactor.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 2 ist eine Sub traktionsschaltung in Gestalt eines Differenzverstärkers 13 vorgesehen, dem ein von dem Dampfschirm 6 mittels des Koppel kondensators 7 abgeleitetes Signal sowie ein weiteres Signal zugeführt wird, das von dem oberen Anschlußbolzen 2 der Vakuumschaltröhre 1 gleichfalls mittels eines Koppelkonden sators 11 und einer Einstellvorrichtung 12 gewonnen wird. Auf diese Weise wird der betriebsfrequente Anteil des mittels des Koppelkondensators 7 abgegriffenen Signals kompensiert, so daß am Eingang der Auswertungsschaltung 10 bei richtig abge glichener Einstellvorrichtung 12 ein minimales Signal ansteht, wenn die Vakuumschaltröhre 1 ein ordnungsgemäßes Vakuum aufweist. Wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 ist ein dem gegenüber verändertes Signal als Anzeichen eines verschlechter ten Vakuums anzusehen.In the embodiment shown in FIG. 2, a sub traction circuit in the form of a differential amplifier 13 is provided, which is a signal derived from the vapor shield 6 by means of the coupling capacitor 7 and a further signal is supplied, which is also by means of the upper connecting pin 2 of the vacuum interrupter 1 a coupling capacitor 11 and an adjusting device 12 is obtained. In this way, the operating frequency portion of the tapped by means of the coupling capacitor 7 signal is compensated, so that a minimal signal is present at the input of the evaluation circuit 10 when the adjusting device 12 is properly compared when the vacuum interrupter 1 has a proper vacuum. As in the exemplary embodiment according to FIG. 1, a signal which has been changed compared to that is to be seen as an indication of a worsened vacuum.

Bei einem der Fig. 2 prinzipiell ähnlichem Aufbau ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 3 zwischen den Koppelkonden sator 7 und den Differenzverstärker 13 ein Ladungsverstärker 15 geschaltet. Es handelt sich dabei um ein handelsübliches Meß gerät, wie es beispielsweise zur Auswertung der Signale piezoelektrischer Meßwertumformer eingesetzt wird. Ein solcher Verstärker besitzt einen außerordentlich hohen Eingangswider stand und belastet daher den Dampfschirm 6 in besonders geringem Maß. Das dem Differenzverstärker 13 zuzuführende Vergleichssignal wird mit Hilfe eines kapazitiven Teilers 14 gewonnen. Zwischen diesen Teiler und den zugehörigen Eingang des Differenzverstärkers 13 kann eine Einstellvorrichtung bzw. ein einstellbares Filter geschaltet sein, wie durch das ge strichelt gezeigte Gerät 16 angedeutet ist. Die Ausgangsgröße des Differenzverstärkers 13 wird in der schon beschriebenen Weise ausgewertet.In a structure similar to that of FIG. 2, a charge amplifier 15 is connected between the coupling capacitor 7 and the differential amplifier 13 in the exemplary embodiment according to FIG. 3. It is a commercially available measuring device, such as that used for evaluating the signals of piezoelectric transducers. Such an amplifier has an extraordinarily high input resistance and therefore strains the vapor shield 6 to a particularly small extent. The comparison signal to be supplied to the differential amplifier 13 is obtained with the aid of a capacitive divider 14 . Between this divider and the associated input of the differential amplifier 13 , an adjusting device or an adjustable filter can be connected, as indicated by the device 16 shown in dashed lines. The output variable of the differential amplifier 13 is evaluated in the manner already described.

Claims

1. Einrichtung zur Überwachung des Vakuums im Inneren einer Vakuumschaltröhre (1), bei der eine Auswertungsschaltung (10) mit einer von außen zugänglichen Anschlußstelle (5) eines im Inneren der Vakuumschaltröhre (1) befindlichen Dampfschirmes (6) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertungsschaltung (10) mit dem Potential des Dampfschirmes (6) oder mit einer hiervon abgeleiteten Größe beaufschlagt ist.1. A device for monitoring the vacuum inside a vacuum interrupter ( 1 ), in which an evaluation circuit ( 10 ) is connected to an externally accessible connection point ( 5 ) of a vapor shield ( 6 ) located inside the vacuum interrupter ( 1 ), characterized in that that the evaluation circuit ( 10 ) is acted upon by the potential of the vapor shield ( 6 ) or by a variable derived therefrom.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Dampfschirm (6) und die Auswertungsschaltung (10) ein Koppelkondensator (7) und ein Hochpaßfilter (8) geschaltet sind.2. Device according to claim 1, characterized in that a coupling capacitor ( 7 ) and a high-pass filter ( 8 ) are connected between the steam shield ( 6 ) and the evaluation circuit ( 10 ).

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein von dem Potential des Dampfschirmes (6) mittels eines Koppelkondensators (7) abge leitetes Signal und ein von der Betriebsspannung der Vakuum schaltröhre (1) gleichfalls mittels eines Kondensators (11) abgeleitetes und über eine Einstellvorrichtung (12) geführtes Hilfssignal an eine Subtraktionsschaltung (13) angelegt sind, deren Ausgang mit der Auswertungsschaltung (10) verbunden ist.3. Device according to claim 1, characterized in that a from the potential of the vapor shield ( 6 ) by means of a coupling capacitor ( 7 ) derived signal and a from the operating voltage of the vacuum interrupter ( 1 ) also by means of a capacitor ( 11 ) and derived a setting device ( 12 ) -carried auxiliary signal is applied to a subtraction circuit ( 13 ), the output of which is connected to the evaluation circuit ( 10 ).

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Koppelkonden sator (7) und die Subtraktionsschaltung (13) ein Ladungsver stärker geschaltet ist und daß der Kondensator für das Hilfs signal als kapazitiver Spannungsteiler (14) ausgebildet ist.4. Device according to claim 3, characterized in that between the coupling capacitor ( 7 ) and the subtraction circuit ( 13 ), a charge ver is switched stronger and that the capacitor for the auxiliary signal is designed as a capacitive voltage divider ( 14 ).