DD217074A1 - Verfahren und anordnung, insbesondere zur lichtbogenformierung von schaltkontaktoberflaechen in vakuumschaltkammern - Google Patents

Abstract

DIE ERFINDUNG BEZIEHT SICH AUF DIE FORMIERUNG VON VAKUUMSCHALTKAMMERN, INSBESONDERE VON HOCHSPANNUNGS-VAKUUMSCHALTERN. ZIEL UND AUFGABE DER ERFINDUNG SIND DIE ERHOEHUNG DES ISOLIERVERMOEGENS VON VAKUUMSCHALTKAMMER, DIE VERRINGERUNG DES PRUEFTECHNISCHEN AUFWANDES SOWIE DES ZEITAUFWANDES UND EINE GEZIELTE WIRKSAME FORMIERUNG DER SCHALTKONTAKTOBERFLAECHEN. NACH DEM ERFINDUNGSGEMAESSEN VERFAHREN WIRD NACH DEM HERMETISCHEN VERSCHLIESSEN DER VAKUUMSCHALTKAMMER ZWISCHEN DEN GEOEFFNETEN KONTAKTEN EIN DURCHSCHLAG EINGELEITET, WELCHER DAS FLIESSEN EINES GEDAEMPFTEN HOCHFREQUENTEN LICHTBOGENSTROMES HERVORRUFT, DER IN DER VAKUUMSTRECKE WAEHREND EINES HOCHFREQUENTEN STROMNULLDURCHGANGES WIEDER GELOESCHT UND ANSCHLIESSEND WIEDER GEZUENDET WIRD. DIESER VORGANG "LOESCHUNG - WIEDERZUENDUNG" WIRD SO LANGE WIEDERHOLT, BIS DIE ENDGUELTIGE LOESCHUNG DES LICHTBOGENS EINTRITT, WOBEI DESSEN ANSATZPUNKT VON HALBWELLE ZU HALBWELLE DES HOCHFREQUENTEN LICHTBOGENSTROMES SELBSTAENDIG AUF KRITISCHE BEREICHE DER MIKROSTRUKTUR DER SCHALTKONTAKTOBERFLAECHEN GESTEUERT WIRD. BEIDE SCHALTKONTAKTE WERDEN WECHSELSEITIG FORMIERT. DIE MIT DEM LICHTBOGENSTROM DURCH DIE KAMMER FLIESSENDE LADUNG BETRAEGT UNABHAENGIG VON DER STROMRICHTUNG MINDESTENS 0,05 AS. BEI DER ERFINDUNGSGEMAESSEN ANORDNUNG SIND BEIDE SCHALTKONTAKTE IN EINEM L-C-REIHENSCHWINGKREIS ANGEORDNET UND ENTSPRECHEND DER POLARITAET WECHSELSEITIG ALS ANODE UND KATODE GEPOLT.

Description

Titel der. Erfindung

Verfahren und Anordnung insbesondere zur Lichtbogenformierung von Schalfckonfcaktoberflächen in Vakuumscaaltkammern

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich, auf elektrische Schalter, insbesondere auf Hochspannungs-Vakuumschalter und ist zur Lichtbogenformierung von Vakuumschaltkammern bestimmt.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Allgemein bekannt sind Formierungsverfahren, welche ausschließlich, während des Svakuierungsvorganges, also vor dem endgültigen vakuumdichten Verschließen der Vakuumschaltkam— mer durchgeführt werden.

Dies sind Formierungsverfahren, bei denen die Vakuumschaltkammer thermisch durch Erhitzen oder elektrisch durch Entladungen formiert wird oder eine Kombination von thermischer und elektrischer Formierung angewendet wird. Demzufolge ist bekannt, die Formierung der Vakuumkammer durch thermisches

Aufheizen der gesamten Kammer, indirekte Widerstandserwärmung mit Heizdrahtwendeln, direkte Widerstandserwarmung infolge Strombelastung bei geschlossenen Schaltkontakten, gesteuerten Elektronenbeschuß der zu formierenden Kammerinnenteile oder durch das Zünden»von Entladungen (Lichtbogen bei KontaktÖffnung, Glimmentladungen oder wechselseitige Anwendung' beider Entladungsarten) durchzuführen. Bei einigen elektrischen Formierungsverfahren erfolgt während oder nach der Formierung mit Entladungen eine Begasung bzw. Spülung der Innenteile der Vakuumschaltkammer mit chemisch aktiven

Gasen (Edelgase, Wasser- oder Sauerstoff), an die sich eine Evakuierung der, Kammer anschließt. · -..

Durch."diese bekannten Formierungsverfahren werden großflächig Gasbedeckungen und Fremdschichten, die sieb., zum Beispiel, auf Schaltkontaktstücken, -kontakten und Kondensationsschirmen befinden, gelöst und zwecks Vermeidung eines unzulässigen Anstieges des Innendruckes während des Betriebes der Yakuümschaltkammer ständig abgepumpt. Außerdem werden, insbesondere durch Entladungen, die Oberflächenstrukturen der Kammerinnenteile -verändert. Der Nachteil dieser bekannten Verfahren besteht darin, daß beim JOrmierungsprozeß, insbesondere durch Entladungen, während der Evakuierung die Veränderung der Oberflächenstruktur der Kammerinnenteile nicht gezielt erfolgt, sondern nur eine zufällige Veränderung der Schaltkontaktoberflächen herbeigeführt wird« Da aber das Isoliervermögen von Vakuumschaltkammern wesentlich.von der Mikrogeometrie der Ebntaktoberflächen, die durch mechanische und elektrische Belastungen bzw. Schalthandlangen verändert werden kann, beeinflußt wird, kann bei den bekannten Verfahren trotz ausreichend niedrigen 'Drucks eine Verminderung des Isoliervermögens infolge der Mikrostruktur der Schaltkontaktoberflächen auftreten. [ Bekannt sind insbesondere Verfahren zur Formierung von Oberflächen, d. h. zur Veränderung der MikroStruktur der Schaltkammerinnenteile mittels Durchschlägen mit nachfolgenden stromschwachen oder stromstarken Lichtbögen, welche als Durchschlag- oder Lichtbogenformierung bezeichnet werden. Dementsprechend ist aus der DD-PS 1^9 589 ©in Verfahren zur Erhöhung der Spannungsf estigk'eit von Vakuums ehalt kammern mittels Entladungen bekannt, bei dem die Schaltkontakte geschlossen werden, ein Erdpotential an die geschlossene Strombahn der Strombolzen und Schaltkontakte und ein Hochspannungspotential an den im Hormalbetrieb auf freien Potential liegenden EJondensationsschirm gelegt wird und die angelegte Hochspannung (Wechsel-, Gleich- oder Impulsspannung) bis- zum Durchschlag zwischen dem'&ondensationsschirm und den Schaltkontakten gesteigert wird·

Nachteil dieses Verfahrens ist einerseits, daß durch das Schließen der Schaltkontakte deren Oberfläche nicht formiert wird, andererseits wäre für deren Formierung eine große An-

, zahl "stromschwacher" Durchschläge erforderlich., wodurch ein erhöhter Prüfaufwand entsteht. Desweiteren ist nachteilig, daß aufgrund der Schaltkreisgestaltung kein stromstarker Lichtbogen erzeugt werden kann und bei bestimmten konstruk-τ tiven Ausführungen der Vakuumschaltkammer zusätzliche bauliche Veränderungen für die Zuführung des Hochspannungspotentials vorgenommen werden müßten.

Bekannt ist desweiteren ein Verfahren und eine Anordnung zur' Bogenformierung innerer feststehender Bauteile eines, evaküierten Vakuumentladungsgefäßes gemäß DD-PS 139 047, bei dem . zwischen den Schaltkontakten der Vakuumschaltkammer durch·'-Kbntaktöffnung ein Lichtbogen gezündet wird. Der Lichtbogen erzeugt ein Metalldampfplasma, das den Saum zwischen den, Schaltkontakten und dem zu formierenden feststehenden Bauteil

1.5 (z. B. Kondensationssphirm) ausfüllt. Dieses Plasma schafft Bedingungen für die Zündung einer Entladung zwischen dem zu formierenden als Katode geschalteten Bauteil und den Schaltkontakten. Die Entladung wird durch das Zuschalten einer mit dem zu formierenden Bauteil verbundenen zusätzlichen Stromquelle oder durch Kurzschließen der Schaltkontakte mittels parallelen Schalters oder Zusammenführen der Schaltkontakte eingeleitet. Die Anordnung zur Durchführung dieses bekannten Verfahrens, bei der zur Einleitung der Bogenentladung die Schaltkontakte in einem Stromkreis mit einem Vorwiderstand, einem Schalter und einer Stromquelle geschaltet sind, enthält einen Parallelstromkreis, bei dem die zu formierenden feststehenden Bauteile über einen Vorwiderstand an den negativen Pol der Stromquelle oder einer zweiten Stromquelle, die dann mit ihrem positiven Pol mit einer der Schaltelek-· troden verbunden ist, geschaltet sind, wobei die an den Bau-•teilen anliegende Spannung höher ist als die Brennspannung zwischen den Schaltelektroden.

Die Nachteile dieses Verfahrens bestehen darin, daß die als Anode wirkenden Schaltkontakte nicht durch den Lichtbogen,

35' der zwischen dem feststehenden Bauteil und den Schaltkontak-' ten gezündet wird, formiert werden und durch Schaltungen der Kontakte, insbesondere beim stromlosen Öffnen, ,ausgeprägte _x Mikrostrukturen entstehen, vi/elche isolationsiiiindernd wirken.

Bei Anwendung dieses Verfahrens, wäre zum Abtragen aller aus- geprägten MikroUnebenheiten auf der gesamten Sc halt kontaktoberfläche durch den. bei Ebntaktöffnung entstehenden Lichtbogen ein mehrmaliges Wiederholen der Lichtbogenzündung mit relativ hohen Lichtbogenströmen und relativ langer Lichtbogenbrenndauer notwendig, wodurch'einerseits eine zu starke Kbntakterosion auftreten kann und andererseits ein zu hoher prüf technischer Aufwand entsteht. ' -.

Außerdem ist nachteilig, daß die Anordnung zur. Durchführung des o. g. Verfahrens zur Bogenformierung zusätzliche Anschlußvorrichtungen- am Sbndensationsschirm der Vakuumkammer erfordert. .» ; ; ..

Ziel der Erfindung.

Das Ziel der Erfindung' besteht darin, das Isoliervermögen der Vakuumschaltkammer au erhöhen, den prüftechnischen Aufwand sowie den Zeitaufwand für die Durchführung des Verfahrens zu verringern sowie zusätzliche·Anschiiißvdrrichtungen und bauliche Veränderungen an der Vakuumkammer zu vermeiden. ^v

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Darlegung des Wesens der Erfindung · Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnung zur Lichtbogenformierung insbesondere von Schaltkontaktober-. flächen zu schaffen, welche eine gezielte wirksame Formierung der Schaltkontaktoberflächen ermöglichen und die'Neubildung von ausgeprägten Mikrospitzen sowie eine starke Eontakterosion vermeiden.

Die .'Aufgäbe wird dadurch gelöst, daß bei dem erf indungsge— mäßen Verfahren nach dem hermetischen Verschließen der Vakuumschaltkammer zwischen den geöffneten Schaltkontakteh ein Durchschlag eingeleitet wird, welcher das Hießen eines gedämpften hochfrequenten Lichtbogenstromes hervorruft, der in der Vakuumstrecke während, eines hochfrequenten Stromnulldurchganges wieder gelöscht und anschließend wieder gezündet wird, daß der Vorgang "Löschung - Wiederzündung" so lange wiederholt wird, bis die' endgültige Löschung des Lichtbogens ein-. tritt, wobei der Ansatzpunkt des Lichtbogens von Halbwelle zu Halbwelle des.hochfrequenten Lichtbogenstromes selbständig

auf kritische Stellen der Mikrostruktur der Schaltkontakt-, oberflächen gesteuert wird, und daß beide Schalt kontakte wechselseitig formiert werden. Sine mit dem Lichtbogenstrom durch, die Kammer fließende Ladung beträgt unabhängig von-der Stromrichtung mindestens 0,05 As.

Bei der Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Licht-' bogenformierung von Schaltkontaktoberflächen sind beide Schaltkontakte in einem L-C-HeihenschwingkreIs angeordnet und entsprechend der Polarität des hochfrequenten Lichtbogenstro-' mes sind die Schaltkontakte wechselseitig als Anode und Katode gepolt'· " ... ' " Bin im L-C-Reihenschwingkreis angeordneter Schalter ist vorzugsweise als triggerbare Funkenstrecke ausgebildet.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert· Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen: . Fig. Ί die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur ,Lichtbogenformierung von Schaltkontaktoberflächen, Fig. 2 den Bereich für die' Lichtbogenformierung (F).

Gemäß Fig· 1 ist eine Vakuumschaltkammer 1, deren Köndensationsschirm 2 wie,im Netzbetrieb auf freiem Potential liegt und deren beweglicher und feststehender Kontakt 3, 4 sich ungeöffneten Zustand befinden und. in einem Schältkreis ange— ordnet sind, dargestellt· Dieser Schaltkreis ist ein einfacher L-C-Reihenschwingkreis,' in dem der feststehende Kontakt 4·. ', über einen Schalter'5 ait; einer Induktivität L und einer. Kapazität C verbunden ist, wobei der Schalter 5vorzugsweise als triggerbare Funkenstrecke ausgebildet· ist, und der beweg-· liehe Kontakt 3 an die Kapazität C angeschlossen ist,,Beide . Schaltkontakte 3» 4 sind entsprechend der Polarität des hochfrequenten Lichtbogenstromes wechselseitig als Anode und Katode ausgebildet, wodurch ein zusätzliches Umpolen, z. 3. der Polarität der Spannungsquelle, entfällt. .

Die Lichtbogenformierung der Kontaktoberflächen erfolgt nach dem hermetischen Verschließen der Vakuumschait'kammer 1. Zwi-'sehen den sich im geöffneten Zustand befindlichen Schaltkontakten 3, 4,.deren Abstand so bemessen ist, daß ein Durch-

' scblag, aber kein Überschlag in dem die Vakuumschaltkammer umgebenden Medium entsteht, wird ein Durchschlag durch das. , Zuschalten des L-C-Reihenschwingkreises eingeleitet, indem die ,Kapazität G auf eine Gleichspannung U beliebiger Polaritat aufgeladen und anschließend der Schalter 5 geschlossen . wird. Mit dem Durchschlag.beginnt ein gedämpfter hochfrequenter Lichtbogenstrom zu fließen, der durch das Zusammenwirken der Induktivität L und'der Kapazität G hervorgerufen wird· Im IPußpuhkt des Lichtbogens, auf der Katode erfolgt'eine Aufschmelzung und Formierung der.Oberfläche des betreffenden. Schaltkontaktes 3» 4, <ä. h« eine Beseitigung der Mikrospitsen« Während eines darauffolgenden hochfrequenten Stromnulldurchganges wird der Lichtbogen in der geöffneten Yakuum-Schaltstrecke kurzzeitig gelöscht und wieder gezündet, d.h. der Lichtbogenstrom beginnt erneut zu fließen und der Lichtbogen trägt weitere· Mikrospitzen von der Oberfläche des als Katode gepolten Schaltkontaktes 3» 4 ab. Dieser Vorgang "Wiederzündung - Lichtbogenstromfluß bis zum nächsten hochfrequenten Stromnulldurehgang - Löschung - Wiederzündung" wiederholt sich so'lange, bis die endgültige Löschung des Lichtbogens -ohne Wiederzündung eintritt.

Dementsprechend wird mit einem einzigen Durchschlag, der das , Fließen.des hochfrequenten Lichtbogenstromes einleitet, eine größere Anzahl von Wiederzündungen erreicht,_; wobei in der Vakuumschaltkammer 1 der Ansatzpunkt des hochfrequenten Lichtbogens bzw« der Brennfleck auf der Schaltkontaktoberfläche nach der Zündung von Halbwelle zu Halbwelle des sinusförmigen hochfrequenten Lichtbogenstromes selbständig auf die kritischen" Stellen der Mikro struktur, d. h. auf die ausgeprägten..

Mikrospitzen gesteuert wird. Dadurch werden mit der Formierung nacheinander, von Wiederzündung/ zu Wiederzündung, gezielt die kritischen gereiche auf der Oberfläche der Schalt-.. kontakte 3, 4 beseitigt. ·

Der gedämpfte hochfrequente. Lichtbogenstrom wird durch ein

35,Strom-Seit-Integral (Fig. 2), d. h. einer Ladung von mindestens 0,05 As charakterisiert, wobei Amplitude ί und Frequenz f des hochfrequenten Lichtbogenstromes durch die Parameter des L—C—Seihenschwingkreises bestimmt werden. Diese

-7.3Efi19d3*ll,_tt.j2

Parameter haben vorzugsweise folgende Werte: Ladespannung der Kapazität U ~ 100 kV, Kapazität 0 = 100 ... 1000 nsy Induktivität L = 50 ... 400^H. · , '. ' ·' . Demnach gilt für die Bestimmung der Amplitude i und Frequenz f

und für die Bestimmung des Strom-Zeit-Integrals einer ungedämpften Halbwelle des sinusförmigen hochfrequenten Licht-

, bogenstromesyl (t) dt = t/TTf Z 0,05 As. ^s Das erfindungsgemäBe Verfahren ist außer für das beschriebene vorzugsweise Ausführungsbeispiel auch für die Lichtbogenformie-? rung anderer Schaltkammerinnenteile, z. B. des Sondensationsschirmes anwendbar. - '

Die erfindungsgemäße Lichtbogenformierung und die zur.Durch- ^ führung des Verfahren beschriebene Anordnung gewährleisten die Erfüllung der eingangs genannten Ziele und Aufgaben.

Claims (4)

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1. Verfahren zur Lichtbogenformierung insbesondere von Schaitkontaktoberflächen in einer Vakuumschaltkammer gekennzeichnet dadurch, daß nach dem hermetischen Verschließen der Yakuumschaltkammer zwischen den geöffneten Schaltkontakten ein Durchschlag eingeleitet wird, welcher das ZLießen eines gedämpften hochfrequenten Lichtbogenstromes hervorruft, der in der Vakuumstrecke während eines hochfrequenten Stromnulldurchganges wieder gelöscht und anschließend ^leder gezündet, wird, daß der Vorgang "Löschung - Wiederzündung" so lange wiederholt wird, bis· die endgültige Löschung des Lichtbogens eintritt, wobei der Ansatzpunkt des Lichtbogens von Halbwelle zu Halbwelle des hochfrequenten Lichtbogenstromes selbständig auf kritische Bereiche der Mikro-' struktur der Schaltkontaktoberflachen gesteuert wird, und . daß beide Schaltkontakte wechselseitig formiert werden.

2. Verfahren zur Lichtbogenformierung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß eine mit dem Lichtbogenstrom durch die Kammer fließende Ladung unabhängig von der Stromrichtung mindestens 0,05 As beträgt.

3» Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Lichtbogenformierung von Schaltkontaktoberflächen, bei der beide ' : Schaltkontakte in einen Schaltkreis einbezogen sind, gekennzeichnet dadurch, daß beide Schaltkontakte in einem L-G-Heihenschwingkreis angeordnet sind und daß entsprechend der Polarität des hochfrequenten Lichtbogenstromes die Schaltkontakte wechselseitig als Anode und. Katode gepolt sind.

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Lichtbogen-. formierung nach,Punkt 3> gekennzeichnet dadurch, daß ein im L-O-Heihenschwingkreis angeordneter Schalter vorzugsweise als triggerbare funkenstrecke.ausgebildet ist.

' '. ·. H^rzu 1 Seite Zeichnungen .