DD276358A1

DD276358A1 - Verfahren und anordnung zur ermittlung des innendruckes eines evakuierten gefaessen, insbesondere einer vakuumschaltkammern

Info

Publication number: DD276358A1
Application number: DD32096388A
Authority: DD
Inventors: Harald Fink; Rainer Dominik
Original assignee: Buchwitz Otto Starkstrom
Priority date: 1988-10-21
Filing date: 1988-10-21
Publication date: 1990-02-21
Also published as: EP0365005A2; EP0365005A3

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die Innendruckbestimmung von evakuierten Gefaessen und findet eine Anwendung in Vakuumschaltkammern. Nach dem erfindungsgemaessen Verfahren zur Ermittlung des Innendruckes von evakuierten Gefaessen wird an Elektroden im evakuierten Gefaess Spannung angelegt und ausserhalb desselben ein zeitlicher Verlauf der Aenderung der Intensitaet einer elektromagnetischen Strahlung beruehrungslos erfasst und registriert, dann die Frequenz aus diesen ermittelt und dann unter Nutzung eines erkannten Zusammenhanges zwischen dieser Frequenz und dem Innendruck im evakuierten Gefaess, der Innendruck bestimmt. Zur Realisierung dieses Verfahrens dient eine Ionisationskammer und eine bekannte Signalverarbeitungseinrichtung. Figur

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung wird im Bereich der Herstellung und Nutzung von Vakuumanlagen und insbesondere bei der Herstellung von Vakuumschaltern sowie dem Betreiben elektrischer Schaltanlagen und elektrischer Netze, soweit Vakuumschalter zur Stromunterbrechung verwendet werden, angewandt.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es ist bekannt, daß Vakuumschaltkammern sehr funktionssicher und zuverlässig sind, da während ihrer Betriebszeit ein ausreichend kleiner Kammerinnendruck gewährleistet ist.

Zur prophylaktischen Überprüfung des Betriebszustandes, der ausschließlich vom Kammerinnendruck bestimmt wird, sind Verfahren bekannt, die den Innendruck beurteilen mittels mechanischer Bewegungsabläufe am Schaltgerät unter Nutzung des physikalischen Zusammenhanges zwischen Druck und Kraft, Änderungen elektrischer Eigenschaften wie Widerstand, Leitfähigkeit von dünnen Barium·, Lithium- oder Salzschichten, Potentialdifferenzen bei Hilfselektrodon mit jnterschiedlicher Austrittsarbeit, Kontaktwiderstandsänderungen sowie Wärmestrahlung, Plasmazeitkonstanten oder Leuchterschsinungen von Entladungen, sich zeitlich und wertemäßig ändernder elektrischer und/oder elektromagnetischer Feldstärken und mittels von Strömen, dio über innerhalb oder außerhalb angeordnete Gasentladungsstrecken fließen, mit oder ohne zusätzlich wirkendem äußeren Magnetfeld.

Dor Nachteil dieser bokannten Verfahren besteht in dem hohen gerate- und prüftochnischon Aufwand und/oder in den komplizierten Meßsystemen, verbunden mit einer zeitlich aufwendigen Handhabung der Verfahren und/odor in der Verwendung zusätzlicher Hilfsvorrichtungen, beispielsweise Gasentladungsstrecken, verbunden mit baulichen Eingriffen in oder an der Vakuumschaltkammer und/oder in der Forderung nach transparenten bzw. durchscheinenden Schaltkammergohäusen und/ oder in der nur auf beschränkte Druckbereiche garantierten zuverlässigen Arbeitsweise und/oder in der nicht ausreichenden Störsicherheit bei Überlastungen, z. B. kurzzeitigen steilen Überspannungen, so daß diese Verfahren den Anforderungen an eine mit einfachen prüf- und meßtechnischen Mitteln sowie geringem Zeitaufwand durchführbare Überprüfung b.-w. Kontrolle dos Kammerinnendruckes nicht gerecht werden.

Bekannt sind des weiteren Verfahren zur Einschätzung des Druckes, bei denen das Nichtlöschen des Durchschlag- oder Schaltlichtbogens einen nicht ausreichend kleinen Druckwert anzeigt und Voraussetzung für die Wirksamkeit dor Verfahren hinsichtlich der Eingrenzung de: Lichtbogenwirkung ist. Dabei ist nachteilig, daß das Schadensereignis, der Störlichtbogen, bereits eingetreten ist, die Schaoensauswirkungen nicht immer sichor begrenzt werden können und eine prophylaktische Prüfung der Vakuumschaltkammorn zur Beurteilung des Betriebszustundes, insbesondere aber des Kammerinnendruckes, nicht möglich ist.

Es ist weiterhin eine Schaltungsanordnung zur Druckbestimmung in evakuierten Gefäßen, insbesondere Vakuumschaltern, gemäß DD 257 296 bekannt, wobei dei bei anliegender Hochspannung von der Kathode emittierte Feldemissionsslrom einer Rauschanalyse, z. B. Fourieranalyse, untorzogen wird und das Verhältnis zwischen hoch- und niederfrequenten Rauschanteilen ein Maß für den Kammerinnendruck jst. Hei einem Vakuumschalter wird dabei der von der Kathode emittierte Feldemissionsstrom am Kondonsationsschirm abgegriffen.

Dha Scheitungsanordnung besteht mindestens aus einem Analysenetzwcr>(, einem Komparatorbaustein und einor Anzeigevorrichtung.

Der bei anliegender Betriebsspannung von der Kathode emittierte und entsprechend abgegriffene Feldemissionsstrom wird

dem Analysenotzwerk zugeleitet, das geeignet ist, eine Frequenzanalyse des Stromes durchzuführen.

Es kann aus zwei oder mehr Frequenzfiltern, z. B. L-C-Niederfrequonzfiltern, bestehen. Die hier erhaltenen Signale, die den Anteilen des Rauschspektrums in zwei Frequenzbändern proportional sind, werden dem Komparatorbaustein zugeleitet. Mit Hilfe des Komparatorbausteines, z. B. eines Differenzverstärkers, wird ein Signal gewonnen,

das dem Verhältnis der Leistungen im hochfrequenten und niederfrequenten Bereich des Stromsignal-Rauschspektrumsentspricht und einer Anzeigevorrichtung zugeführt wird. Eine entsprechende Eichung vorausgesetzt, ist dieses

Leistungsverhältnis ein direktes Maß des Druckes. Nachteil dieses mit der vorgestellten Schaltungsanordnung realisierten Verfahrens sind der hohe geräte- und prüftechnische Aufwand zur Ermittlung des Rauschspektrums, die Orientierung auf die Erfassung hochfrequenter Rauschanteile, weiche auch

durch nicht druckabhängige Prozesse hervorgerufen werden können, die Verwendung zusätzlicher Anschlußvorrichtungen fürden Schirmabgriff sowie die Nichtanwendbarkeit des Verfahrens bei handelsüblichen Vakuumschaltern mit eingegossenen

Vakuumschaltkammern. Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines wirtschaftlichen, an realen Betriebsmitteln, wie evakuierten Gefäßen und Vakuumschaltern realisierbaren Verfahrens und einer Anordnung mit geringem geräte- und prüftechnischon Aufwand für die Durchführung einer prophylaktischen Prüfung zu^r Ermittlung des Innendruckes von evakuierten Gefäßen, insbesondere Vakuumschaltkammern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zur Ermittlung des Innendruckes von evakuierten Gefäßen, insbesondere von Vakuumschaltkammern mit einer außerhalb derselben angeordneten Meßwerterfassungs-, -verarbei'.ungs- und Anzeigeanordnung unter Ausnutzung von bekannten physikalischen Vorgängen, daß bei einem Potentialunterschiod zwischen den als Anode und Kathode wirkenden Elektroden in einem evakuierten Gefäß, beispielsweise Schaltkontakte eines Vakuumschalter, ein Ladungsträgerstrom fließt, der eine Funktion der Zeit ist und ddß durch den Ladungsträgerstrom eine elektromagnetische Strahlung hervorgerufen wird, zu entwickeln, wobei gefunden wurde, daß die Frequenz des Ladungstragerstromes eine Funktion des Innendruckes ist.

Dieso Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß ein Veifahren zur Ermittlung des Innendruckes eines evakuierten Gofäßes, insbesondere einer Vakuumschaltkammer, entwickelt wurde, bei dem erfindungsgemäß nach Anlegen einer Spannung an die als Anode und Kathode wirkenden Elektroden in einem evakuierten Gefäß außerhalb desselben ein zeitlicher Verlauf dar Änderung der Intensität einer elektromagnetischen Strahlung berührungslos erfaßt und registriert, dann die Frequenz aus dem zeitlichen Verlauf der Änderung der Intensität der elektromagnetischen Strahlung ermittelt wird und dann unter Nutzung des erkannten Zusammenhanges zwischen Frequenz der Änderung der Intensität der elektromagnetischen Strahlung über der Zeit und dem Innendruck der Innendruck im evakuierten Gefäß, insbesondere der in der Vakuumschaltkammer festgestellt wird. Zur Realisierung des Verfahrens wurde zur Lösung der Aufgabe eine Anordnung zur Ermittlung des Innendruckes eines evakuierten Gofäßos, insbesondere einer Vakuumschaltkammer, vorgesehen, bei der erfindungsgemäß zur Erfassung des zeitlichen Verlaufes der Änderung der Intensität der elektromagnetischen Strahlung eine insbesondere als Ionisationskammer ausgebildete Sonde ausgerichtet auf das evakuierte Gefäß, insbesondere auf die darin als Anode und Kathode wirkenden Elektroden in einem definierton Abstand zur Oberfläche des evakuierton Gefäßes angeordnet ist und eine nachgeordnete Verarbeitungs- und Anzeigeeinheit und Aufzeichnungsvorrichtung vorgesehen sind, wobei letztere die Signale der Sonde vorarbeiten.

Mit der Anwendung des erfindungsgemaßen Verfahrens und der zugehörigen Anordnung zur Ermittlung des Innendruckes eines evakuierten Gefäßes, insbesondere einer Vakuumschaltkammer ist es möglich, berührungslos den Innendruck in evakuierten Gefäßen von Positionen außerhalb des evakuierten Gofäßes aus zn bestimmen, wobei die Erfassung der Nutzsignale und damit die Durchführung der Innendruckmessung mit einem definierten Abstand zur Vakuumschaltkammer vorgenommen werden kann. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt es außerdem zu, riaß der Innendruck an jedem beliebigen Objekt und auch an serienmäßigen Vakuumschaltkammern bestimmt werden kann, was auf den Eigenschaften der elektromagnetischen Strahlung basiert.

AusfOhrungcbeisplel

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung wird eine Anordnung zur Nutzung eines Verfahrens zur Ermittlung des Innendruckes von evakuierten Gefäßen, insbesondere Vakuumschaltkammern gezeigt.

In einer Vakuumschaltkammer 1 sind ein Kondensationsschirm 2, ein beweglicher Schaltkcntakt 3 und ein feststehender Schallkontakt 4 angeordnet, wobei die Schaltkontakte 3; 4 sich im geöffneten Zustand befinden. Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird an den Schaltkontakten 3; 4 eine definierte Spannung angelegt, wobei die Schaltkontakte 3; 4 als Anode und Kathode wirken. Auf Grund von bekannten physikalischen Vorgängen tritt aus der Vakuumschaltkammer 1 eine elektromagnetische Strahlung aus, die ein Nutzsignal onthält. Diese elektromagnetische Strahlung wird von einer Sonde 5 zur Analyse des darin enthaltenen Nutzsignals aufgefangen. Die Sonde 5 besteht hieraus einer Ionisationskammer, in der bei Spannungsbeaufschlagung durch die eintretende elektromagnetische Strahlung ein Teilchenstrom entsteht, der zur Meßwertanalyse genutzt wird. Diese Sondo 5 ist auf die Vakuumschaltkammer 1, z. B. in Höhe

der goöffneten Schaltkontakte 3; 4 gerichtet und in einem bestimmten Abstand zur Oberfläche der Vakuumschaltk.immer 1 angeordnet. In der nachgeordneten Verarbeitungs- und Anzeigeeinheit 6 wird eine dem, aus einem Photonenfluß bestehenden Nutzsignal proportionale Anzeige realisiert, die bei Anschluß einer Aufzeichnungseinheit 7, z. B. einem y-t-Recorder oder einem Transientenspeicher mit einem nachgeordneten y-t-Recorder, über der Zeit registriert und zur Frequenzauswertung genutzt wird. Die Ermittlung des Innendruckes der Vakuumschaltkammer 1 basiert darauf, daß gefunden wot den ist, daß die Frequenz des zwischen Anode und Kathode bei Anlegen einer Spannung fließenden Ladungsträgerstromes eine Funktion des Innendruckes ist und die elektromagnetische Strahlung als Träger des Mutzsignales durch den als eine Funktion der Zeit sich darstellenden Ladungsträgerstrom hervorgerufen wird. Das zeitabhängige Verhalten des Ladungsträgerstromes und damit der elektromagnetischen Strahlung wird hervorgerufen durch die Wechselwirkung zwischen Adsorption und Desorption der Bestandteile des in der Vakuumschaltkammer 1 beim Evakuieren des Gefäßes darin verbleibenden und vorwiegend ai s Wasserstoff H₂ bestehenden Restgases, an den aus Metall bestehenden Elektrodenoberflächen, d. h. Oberflächen de' Schaltkontakte. Dabei ruft ein höherer Innendruck in der Vakuumschaltkammer mit einem höheren Restgasanteil eine höhere Adsorptionsrate, d. h. einen schnelleren Wechsel zwischen Adsorption und Desorption und damit eine höhere Frequenz der Änderung der Intensität der elektromagnetischen Strahlung hervor.

Wird der Elektrodenwerkstoff diesem Restgas ausgesetzt, so wird nach Erreichen eines Gleichgewichtszustandes eine Konzentration der uasmoleküle in unmittelbarer Nähe der Metalloberfläche vorgefunden. Der dazu führende Vorgang wird als Adsorption bezeichnet.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Ermittlung des Innendruckes von Vtkuumschaltkammern kann auch bei anderer Elektrodenkonfiguration bzw. Potentialbelegung, als wie der zuvor beschriebenen, d. h. zum Beispiel die Schaltkontaktc sind geöffnet, der feststehende Kontakt ist geerdet, der bewegliche Kontakt liegt in Hochspannung oder die Schaltkontakte itind geschlossen und liegen &n Hochspannung bzw. sind geerdet und der Kondensationsschirm ist geerdet bzw. mit der Hochspannungsquelle verbunden, zur Anwendung gelangen, wobei Ajfstellungshöhe, Neigung und/oder Abstand der Sonde zur Vakuumschaltkammer variiert werden können.

Claims

1. Verfahren zur Ermittlung des Innendruckes eines evakuierten Gefäßes, insbesondere eirjer Vakuumschaltkammer, dadurch gekennzeichnet, daß nach Anlegen einer Spannung an die als Anode und Kathode wirkenden Elektroden in einem evakuierten Gefäß außerhalb desselben ein zeitlicher Verlauf der Änderung der Intensität einer elektromagnetischen Strahlung berührungslos erfaßt und registriert, dann die Frequenz aus dem zeitlichen Verlauf der Änderung der Intensität der elektromagnetischen Strahlung ermittelt wird und dann unter Nutzung des erkannten Zusammenhanges zwischen Frequenz der Änderung der Intensität der elektromagnetischen Strahlung über die Zeit und dem Innendruck im evakuierten Gefäß, insbesondere der in der Vakuumschaltkammer festgestellt wird.

2. Anordnung zur Ermittlung des Innendruckes eines evakuierten Gefäßes, insbesondere einer Vakuumschaltkammer, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung des zeitlichen Verlaufes der Änderung der Intensität der elektromagnetischen Strahlung eine insbesondere ais Ionisationskammer ausgebildete Sonde (5) ausgerichtet auf das evakuierte Gefäß (1), insbesondere auf die darin als Anode und Kathode wirkenden Elektroden (3; 4), in einem definierten Abstand zu der Oberfläche des evakuierten Gefäßes (1) angeordnet ist und eine nachgeordnete Verarbeitungsund Anzeigeeinheit (6) und Aufzeichnungsvorrichtung (7) vorgesehen sind, wobei diese mit der Sonde (5) verbunden sind.