DE3837605C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung des Trennverhaltens eines Vakuumschalters, der eine feste Elektrode, eine gegenüber der festen Elektrode bewegbare Elektrode und eine gegenüber den beiden Elektroden isolierte Lichtbogenabschirmung aufweist, mit einer ersten Meßeinrichtung mit einem Meßzweig zum Messen der Spannung an der festen Elektrode sowie einer zweiten Meßeinrichtung für Messungen an der Lichtbogenabschirmung.

Vakuumschalter erfordern im allgemeinen weder eine Wartung noch Inspektion und haben sowohl in elektri­ scher als auch mechanischer Hinsicht eine lange Lebens­ dauer. Es besteht jedoch die Gefahr, daß ihr Trennver­ halten sich mit der Zeit nach vielen Schaltvorgängen verschlechtert und sie aufgrund eines Abriebs der Elek­ troden oder einer Verminderung des Vakuums in der Vakuumschaltröhre nicht mehr sicher schalten. Solche Vakuumschalter müssen daher ständig oder in regel­ mäßigen Abständen auf ihr Trennverhalten geprüft werden. Es wäre wünschenswert, eine Vorrichtung zu haben, mit der eine Verschlechterung des Trennver­ haltens eines unter Spannung stehenden Vakkumschalters zuverlässig im voraus erkannt wird.

Es ist bereits eine Vorrichtung zur Überwachung des Trennverhaltens eines Vakuumschalters bekannt, mit der eine Verminderung des Vakuums der Vakuumschaltröhre des Vakuumschalters erkannt werden kann.

In Fig. 1 ist die Schaltung einer solchen konventio­ nellen Vorrichtung dargestellt, wie sie beispielsweise aus der JP 61-2 63 015 A bekannt ist. In dieser Fig. 1 ist ein Vakuumschalter 11 vorgesehen, in dem eine metallische Lichtbogenabschirmung 16 gegenüber einer festen Elektrode 12 und einer bewegbaren Elektrode 13 isoliert angeordnet ist.

Die Vorrichtung zum Erkennen der Abschwächung des Vakuums in dem Vakuumschalter ist mit einem ersten Detektor 18 ausgestattet, der aus einer Reihenschaltung von Impedanzelementen Z 1 und Z 2 als Spannungsteiler zum Erkennen der Wellenform einer Spannung E 1 der fest­ stehenden Elektrode 12 gegen Erde besteht. Weiterhin ist ein zweiter Detektor 17 vorgesehen, der ebenfalls eine Reihenschaltung aus Kondensatoren C 1 und C 2 in der Form eines Spannungsteilers zum Erkennen der Wellenform einer Spannung E 3 der Lichtbogenabschirmung 16 gegen Erde besteht. Ein digital oder analog arbeitender Phasenverschiebungsdetektor 19 erkennt, wenn eine Änderung der Phasenverschiebung der Wellenform einer von dem zweiten Detektor 17 festgestellten Spannung e 3 einen Wert erreicht hat, der über einem vorbestimmten Winkel liegt, wobei die Wellenform einer von dem ersten Detektor 18 festgestellten Spannung e 1 als Referenz herangezogen wird. Weiterhin ist ein Speicher 20 vorge­ sehen, der das erkannte Ausgangssignal des Phasenver­ schiebungsdetektors 19 speichert, sowie eine Alarmvor­ richtung 21, die aufgrund des gespeicherten Signals im Speicher 20 einen Alarm auslöst, wenn sich das Vakuum abgeschwächt hat.

Nachfolgend soll die Funktion der Schaltung beschrieben werden. Solange die feste Elektrode 12 unter Spannung steht, unabhängig davon, ob der Schalter mit der festen Elektrode 12 und der bewegbaren Elektrode 13 geschlos­ sen oder geöffnet ist, liegt eine Spannung E 3 an der Lichtbogenabschirmung 16 gegenüber Erde an, und es er­ scheint eine Wellenform der festgestellten Spannung e 3 am Detektor 17. Gleichzeitig erhält der Detektor 18 die Wellenform der festgestellten Spannung e 1. Die Wellen­ formen der beiden Spannungen e 1 und e 3 der Detektoren 18 und 17 sind den Wellenformen an der Leitung analog und ändern sich in gleicher Weise wie sich die Spannun­ gen auf der Leitung ändern. Gleichzeitig treten hoch­ frequente Störungen auf.

Die festgestellte Spannung e 1 wird als Referenz bei der Beurteilung der Abschwächung des Vakuums eingesetzt, und zwar wird eine Änderung der von der Detektor­ schaltung abgegebenen Wellenform beurteilt. Es findet ein Erkennen des Zustandes ohne Beeinflussung durch Spannungsvariationen und Störsignale statt.

Die Entscheidung der Detektorschaltung 19 basiert auf einer Größe, die die Veränderung der Phasenverschiebung zwischen den festgestellten Spannungen e 1 und e 3 dar­ stellt, und es wird eine Abschwächung des Vakuums er­ kannt, bevor diese soweit fortgeschritten ist, daß der Vakuumschalter nicht mehr einwandfrei funktionieren kann.

Das festgestellte Ausgangssignal der Detektorschaltung 19 wird im Speicher 20 gespeichert, wobei das eine Abschwächung des Vakuums anzeigende Signal aufrechter­ halten wird, um die Alarmvorrichtung 21 zu betätigen, selbst wenn die Abschwächung des Vakuums des Vakuum­ schalters sich sehr schnell dem Wert des atmosphäri­ schen Druckes nähert.

Da die bekannte Vorrichtung zur Überwachung des Trenn­ verhaltens eines Vakuumschalters jedoch nur aufgrund der Feststellung einer Vakuumabschwächung im Vakuum­ schalter funktioniert, erfolgt eine Überwachung des Trennverhaltens nur auf indirektem Wege, d.h., die Über­ wachung ist verhältnismäßig ungenau.

Aus der DD 2 65 968 A1 ist bereits ein Verfahren zur Beurteilung des Betriebszustandes, insbesondere des Innendruckes von Vakuumschaltkammern bekannt, bei dem eine stromproportionale Spannung, hervorgerufen durch den zwischen den geöffneten Schaltkontakten fließenden Strom, ständig mit einem vorgegebenen Wert verglichen wird und im Falle einer Meßwertüberschreitung ein Signalimpuls entsteht, der einen nicht ausreichenden Druckwert signalisiert und entsprechend registriert und weiterverarbeitet wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überwachung des Trennverhaltens eines Vakuumschalters auf direktem Wege und zuverlässig zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die erste Meßeinrichtung einen weiteren Meßzweig zum Messen der Spannung an der bewegbaren Elektrode aufweist, daß die zweite Meßeinrichtung die Spannung an der Lichtbogenabschirmung mißt, daß eine Signalübertragungseinrichtung zum Übertragen von Spannungssignalen, die sich aus den Messungen der ersten und der zweiten Meßeinrichtung ergeben, eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen des Spannungssignals der ersten Meßeinrichtung mit dem Spannungssignal der zweiten Meßeinrichtung, und eine Entscheidungseinrichtung zum Feststellen eines ver­ schlechterten Trennverhaltens zwischen der festen und der bewegbaren Elektrode aufgrund des Ergebnisses des in der Vergleichseinrichtung vorgenommenen Vergleichs vorgesehen sind.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überwachung des Trennverhaltens eines Vakuumschalters wird bei einem Lichtbogen zwischen den Elektroden festgestellt, ob die Potentiale an der Lichtbogenabschirmung und der festen Elektrode oder der bewegbaren Elektrode etwa gleich dem Erdpotential sind, um hieraus Anzeichen für eine Verschlechterung des Trennverhaltens des Vakuum­ schalters abzuleiten.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungs­ beispieles unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Schaltung einer bekannten Vorrichtung zum Erkennen einer Abschwächung des Vakuums in einem Vakuumschalter; und

Fig. 2 eine Schaltung eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Über­ wachung des Trennverhaltens eines Vakuum­ schalters.

In der Fig. 2 bezeichnet 1 eine Vakuumschaltröhre und das Bezugszeichen 2 bezeichnet eine Lichtbogenabschir­ mung, die in der Vakuumschaltröhre 1 vorgesehen ist. Mit 3 ist ein Faltenbalg bezeichnet und 31 bezeichnet eine Faltenbalgabdeckung. Bezugszeichen 4 a bezeichnet einen feststehenden Elektrodenstab, der eine fest­ stehende Elektrode 42 a trägt und mit einer elektrischen Leitung LP der Stromversorgerseite verbunden ist. Der feststehende Elektrodenstab 4 a ist an einer Endplatte 41 a befestigt. Mit 4 b ist ein bewegbarer Elektrodenstab bezeichnet, der eine bewegbare Elektrode 42 b trägt und mit einer elektrischen Leitung LL der Lastseite verbun­ den ist. Der bewegbare Elektrodenstab 4 b ist mit einer Endplatte 41 b über dem Faltenbalg 3 so befestigt, daß die bewegbare Elektrode 42 b in Kontakt mit der fest­ stehenden Elektrode 42 a und von dieser fort bewegt werden kann. Die mit 43 bezeichneten Bauelemente sind zwei Isolierzylinder, die über einen Metallflansch 44 luftdicht miteinander gekoppelt sind. Mit den Isolier­ zylindern 43 sind Endplatten 41 a bzw. 41 b verbunden, mit denen sie ein Vakuumgefäß bilden.

Das Bezugszeichen 7 bezeichnet eine Meßeinrichtung, die Impedanzspannungsteiler 5, 6 a und 6 b zum Messen der Potentiale des feststehenden und des bewegbaren Elek­ trodenstabes 4 a und 4 b aufweist.

Mit 8 ist eine Signalübertragungseinrichtung bezeich­ net, die einen elektro-optischen Meßwandler 8 a, eine optische Faser 8 b und einen opto-elektrischen Meß­ wandler 8 c enthält. Die Signalübertragungseinrichtung 8 überträgt Potentialsignale, die aus den Messungen in dem Impedanzspannungsteiler 5 (dieser Teil stellt einen zweiten Meßabschnitt dar) und gleichen Spannungsteilern 6 a und 6 b (die einen ersten Meßabschnitt darstellen) hervorgehen, an eine Vergleichseinrichtung 9, und zwar auf elektrisch isolierte Weise. Bezugszeichen 10 be­ zeichnet eine Entscheidungseinrichtung, die erkennt, ob der Vakuumschalter in seinem Trennverhalten schlechter geworden ist.

Im nachfolgenden wird die Funktionsweise der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung beschrieben. Bei ihren Studien über die Korrelation zwischen Trennverhalten eines Vakuum­ schalters und den Potentialen einer Lichtbogenabschir­ mung und von Elektrodenstäben fanden die Erfinder experimentell, daß bei Verschlechterung des Trennver­ haltens das Potential der Lichtbogenabschirmung 2 und entweder das Potential des feststehenden Elektroden­ stabes 4 a oder das des bewegbaren Elektrodenstabes 4 b (abhängig von der Fließrichtung des Stromes) fast gleich waren, d.h., die Potentialdifferenz sank fast auf Null.

Wenn also zwischen der feststehenden Elektrode 42 a und der bewegbaren Elektrode 42 b wegen einer Verschlechte­ rung des Trennverhaltens Lichtbogen auftreten, die Lichtbogenabschirmung 2 sowie feststehender Elektroden­ stab 4 a und bewegbarer Elektrodenstab 4 b in der Meßein­ richtung 7 mit Hilfe der Impedanzspannungsteiler 5, 6 a und 6 b hinsichtlich Erdpotential gemessen werden und die so gemessenen Potentialsignale aus der Meßein­ richtung 7 mit Hilfe der Signalübertragungseinrichtung 8 an die Vergleichseinrichtung 9 übertragen und dann in der Vergleichseinrichtung 9 verglichen werden, dann ist es möglich, eine Verschlechterung des Trennverhaltens in der Entscheidungseinrichtung 10 festzustellen, wenn die Potentialunterschiede zwischen Lichtbogenabschir­ mung 2 und feststehendem Elektrodenstab 4 a und zwischen Lichtbogenabschirmung 2 und bewegbarem Elektrodenstab 4 b fast gleich sind und das Ergebnis des Vergleichs in der Vergleichseinrichtung 9, also die Potential­ differenz, fast auf Null geht.

In der beschriebenen Ausführungsform besteht die Signal- Übertragungseinrichtung 8 aus einem elektro-optischen Meßwandler 8 a, einer optischen Faser 8 b und einem opto- elektrischen Meßwandler 8 c, um eine elektrische Iso­ lierung zu erzielen. Es kann aber auch ein übliches Koaxialkabel verwendet werden, wenn das Potential des Systems nicht so hoch ist, daß eine Isolierung erforder­ lich wird.

Obgleich die Ausführungsform sich auf einen Vakuum­ schalter bezieht, kann auch ein Vakuum-Schaltschütz auf die gleiche Weise überwacht werden.

Nach der vorliegenden Erfindung ist ein Erkennen einer Verschlechterung des Trennverhaltens auf direktem Wege möglich, indem das Phänomen genutzt wird, daß die Licht­ bogenabschirmung und entweder der feststehende oder der bewegbare Elektrodenstab hinsichtlich des Potentials fast gleich werden, wenn aufgrund eines verschlechter­ ten Trennverhaltens zwischen den Elektroden Lichtbogen entstehen. Eine Verschlechterung des Trennverhaltens ist also genau vorherzusagen.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Überwachung des Trennverhaltens eines Vakuumschalters, der eine feste Elektrode, (42 a), eine gegenüber der festen Elektrode bewegbare Elektrode (42 b) und eine gegenüber den beiden Elektroden isolierte Lichtbogenabschirmung (2) aufweist, mit einer ersten Meßeinrichtung mit einem Meßzweig (6 a) zum Messen der Spannung an der festen Elektrode (42 a) sowie einer zweiten Meßeinrichtung (5) für Messungen an der Lichtbogenabschirmung (2);
dadurch gekennzeichnet, daß die erste Meßeinrichtung einen weiteren Meßzweig (6 b) zum Messen der Spannung an der bewegbaren Elektrode (42 b) aufweist,
daß die zweite Meßeinrichtung (5) die Spannung an der Lichtbogenabschirmung (2) mißt,
daß eine Signalübertragungseinrichtung (8) zum Übertragen von Spannungssignalen, die sich aus den Messungen der ersten und der zweiten Meßeinrichtung (6 a, 6 b; 5) ergeben, eine Vergleichseinrichtung (9) zum Vergleichen des Spannungssignals der ersten Meßeinrichtung (6 a, 6 b) mit dem Spannungssignal der zweiten Meßeinrichtung (5), und
eine Entscheidungseinrichtung (10) zum Feststellen eines verschlechterten Trennverhaltens zwischen der festen und der bewegbaren Elektrode aufgrund des Ergebnisses des in der Vergleichseinrichtung (9) vorgenommenen Vergleichs vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalübertragungseinrichtung (8) einen elektro-optischen Meßwandler (8 a), eine optische Faser (8 b) und einen opto-elektrischen Meßwandler (8 c) enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalübertragungseinrichtung (8) als Koaxialkabel ausgebildet ist.