DD276358A1 - METHOD AND ARRANGEMENT FOR DETERMINING THE INTERNAL PRESSURE OF AN EVACUATED EXPOSURE, IN PARTICULAR A VACUUM CHECKS - Google Patents
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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. FigurThe invention relates to the internal pressure determination of evacuated vessels and finds application in vacuum interrupters. According to the inventive method for determining the internal pressure of evacuated Gefaess voltage is applied to electrodes in the evacuated Gefaess and recorded outside the same a time course of the change in the intensity of electromagnetic radiation without contact and registered, then determines the frequency of these and then using a recognized relationship between this frequency and the internal pressure in the evacuated Gefaess, determines the internal pressure. For the realization of this method is an ionization chamber and a known signal processing device. figure
Description
Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
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.The invention is used in the field of production and use of vacuum systems and in particular in the manufacture of vacuum switches and the operation of electrical switchgear and electrical networks, as far as vacuum switches are used for power interruption.
Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art
Es ist bekannt, daß Vakuumschaltkammern sehr funktionssicher und zuverlässig sind, da während ihrer Betriebszeit ein ausreichend kleiner Kammerinnendruck gewährleistet ist.It is known that vacuum interrupters are very reliable and reliable, since during their operating time a sufficiently small internal chamber pressure is ensured.
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.For prophylactic examination of the operating condition, which is determined exclusively by the chamber internal pressure, methods are known which assess the internal pressure by means of mechanical movements of the switching device using the physical relationship between pressure and force, changes in electrical properties such as resistance, conductivity of thin barium ·, lithium or salt layers, potential differences in the auxiliary electrode with different work function, contact resistance changes and heat radiation, plasma time constants or chandeliers of discharges, time and value moderately changing electric and / or electromagnetic field strengths and by means of currents, dio flow inside or outside gas discharge paths, with or without additional acting external magnetic field.
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.Dor disadvantage of these bokannten method consists in the high equipment and verisonochnischon effort and / or in the complicated measuring systems, associated with a time-consuming handling of the method and / or in the use of additional auxiliary devices, such as gas discharge paths, associated with structural interventions in or on the Vacuum switching chamber and / or in the demand for transparent or translucent Schaltkammergohäusen and / or in the guaranteed only limited pressure ranges reliable operation and / or in the insufficient interference immunity to overloads, z. As short-term steep surges, so that these methods meet the requirements of a feasible with simple test and metrological means and low cost review b.- Control of the chamber internal pressure can not do justice.
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.Arc effect is further method for estimating the pressure at which the non-deletion of the perforating or switching arc indicating an insufficiently small pressure value and condition for the effectiveness dor procedures relating to the limitation de known. It is disadvantageous that the damage event, the arc fault, has already occurred, the Schaoensauswirkungen can not always be limited selbstor and a prophylactic examination of Vakuumschaltkammorn to assess the Betriebszustundes, but especially the chamber internal pressure, is not possible.
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.It is also a circuit arrangement for pressure determination in evacuated vessels, in particular vacuum switches, according to DD 257 296 known, wherein dei at applied high voltage emitted by the cathode Feldemissionsslrom a noise analysis, z. B. Fourier analysis, is undrawn and the ratio between high and low frequency noise components jst a measure of the chamber internal pressure. Hei a vacuum switch while the emitted from the cathode field emission current is tapped on Kondonsationsschirm.
Dha Scheitungsanordnung besteht mindestens aus einem Analysenetzwcr>(, einem Komparatorbaustein und einor Anzeigevorrichtung.The ladder arrangement consists of at least one analysis network, a comparator module and a display device.
dem Analysenotzwerk zugeleitet, das geeignet ist, eine Frequenzanalyse des Stromes durchzuführen.fed to the Analysotzwerk that is suitable to perform a frequency analysis of the current.
das dem Verhältnis der Leistungen im hochfrequenten und niederfrequenten Bereich des Stromsignal-Rauschspektrumsentspricht und einer Anzeigevorrichtung zugeführt wird. Eine entsprechende Eichung vorausgesetzt, ist dieseswhich corresponds to the ratio of the powers in the high-frequency and low-frequency ranges of the current signal noise spectrum and is supplied to a display device. An appropriate calibration provided, this is
durch nicht druckabhängige Prozesse hervorgerufen werden können, die Verwendung zusätzlicher Anschlußvorrichtungen fürden Schirmabgriff sowie die Nichtanwendbarkeit des Verfahrens bei handelsüblichen Vakuumschaltern mit eingegossenencan be caused by non-pressure dependent processes, the use of additional connection devices for the screen tap as well as the inapplicability of the method in commercial vacuum switches with cast-in
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 zur Ermittlung des Innendruckes von evakuierten Gefäßen, insbesondere Vakuumschaltkammern.The aim of the invention is to provide an economic, on real resources, such as evacuated vessels and vacuum switches feasible method and an arrangement with low equipment and Prüftechnischon effort for performing a prophylactic test for r determination of the internal pressure of evacuated vessels, in particular vacuum switching chambers.
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.The invention is based on the object, a method and an arrangement for determining the internal pressure of evacuated vessels, in particular of vacuum interrupters with an arranged outside the same Meßwerterfassungs-, -verarbei'.ungs- and display arrangement using known physical processes that at a Potenzialunterschiod between the electrodes acting as anode and cathode in an evacuated vessel, for example switching contacts of a vacuum switch, a carrier current flows, which is a function of time and ddß caused by the carrier current an electromagnetic radiation to develop, wherein it was found that the frequency of Charge carrier current is a function of the internal pressure.
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.Dieso object has been achieved in that a Veifahren for determining the internal pressure of an evacuated Gofäßes, in particular a vacuum interrupter chamber has been developed, according to the invention after applying a voltage to the anode and cathode acting electrodes in an evacuated vessel outside the same a time course is change the intensity of electromagnetic radiation detected and registered contactlessly, then the frequency from the time course of the change in the intensity of the electromagnetic radiation is determined and then using the recognized relationship between frequency of change in the intensity of the electromagnetic radiation over time and the internal pressure of the internal pressure in the evacuated vessel, especially in the vacuum interrupter chamber is detected. To achieve the method, an arrangement for determining the internal pressure of an evacuated Gofäßos, in particular a vacuum interrupter chamber was provided, according to the invention for detecting the time course of the change in the intensity of the electromagnetic radiation designed in particular as an ionization probe on the evacuated A vessel, in particular on the electrodes acting therein as the anode and cathode in a definedon distance from the surface of the evacuatedon vessel is arranged and a downstream processing and display unit and recording device are provided, the latter prepare the signals of the probe.
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.With the use of the inventive method and the associated arrangement for determining the internal pressure of an evacuated vessel, in particular a vacuum interrupter chamber, it is possible to determine the internal pressure in evacuated vessels from positions outside the evacuated Gofäßes zn without contact, wherein the detection of the useful signals and thus the implementation the internal pressure measurement can be made with a defined distance to the vacuum interrupter chamber. The application of the method according to the invention also allows the internal pressure at any object and also at standard vacuum interrupters to be determined, which is based on the properties of the electromagnetic radiation.
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.The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawing, an arrangement for using a method for determining the internal pressure of evacuated vessels, in particular vacuum switching chambers is shown.
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 HöheIn a vacuum interrupter chamber 1, a condensation screen 2, a movable Schaltkcntakt 3 and a fixed sound contact 4 are arranged, wherein the switching contacts 3; 4 are in the open state. When using the method according to the invention is at the switch contacts 3; 4 applied a defined voltage, wherein the switching contacts 3; 4 act as anode and cathode. Due to known physical processes, an electromagnetic radiation emerges from the vacuum interrupter chamber 1, which contains a useful signal. This electromagnetic radiation is collected by a probe 5 for analysis of the useful signal contained therein. The probe 5 consists hereof of an ionization chamber, in which, when subjected to voltage by the incoming electromagnetic radiation, a particle flow is produced, which is used for measured value analysis. This Sondo 5 is on the vacuum interrupter chamber 1, z. B. in height
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.the open switch contacts 3; 4 directed and arranged at a certain distance from the surface of Vakuumschaltk.immer 1. In the downstream processing and display unit 6 a, consisting of a photon signal useful signal proportional display is realized, which when connecting a recording unit 7, z. B. a yt recorder or a transient memory with a downstream yt recorder, registered over time and used for frequency evaluation. The determination of the internal pressure of the vacuum interrupter chamber 1 is based on wot that is found that the frequency of the current flowing between the anode and cathode when applying a voltage carrier current is a function of the internal pressure and the electromagnetic radiation as a carrier of the Mutzsignales by as a function of time causing carrier current is caused. The time-dependent behavior of the charge carrier current and thus the electromagnetic radiation is caused by the interaction between adsorption and desorption of the components of the remaining in the vacuum interrupter chamber 1 during evacuation of the vessel therein and predominantly ai s hydrogen H 2 existing residual gas, consisting of metal electrode surfaces, ie Surfaces de 'switch contacts. In this case, a higher internal pressure in the vacuum interrupter chamber with a higher proportion of residual gas causes a higher adsorption rate, ie a faster change between adsorption and desorption and thus a higher frequency of the change in the intensity of the electromagnetic radiation.
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.If the electrode material is exposed to this residual gas, after reaching a state of equilibrium, a concentration of the uasmoleküle in the immediate vicinity of the metal surface is found. The process leading to it is called adsorption.
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.The inventive arrangement for determining the internal pressure of Vtkuumschaltkammern can also at other electrode configuration or potential assignment, as the previously described, d. H. for example, the switching contacts are opened, the fixed contact is grounded, the movable contact is in high voltage or the switching contacts are closed and are high voltage and are grounded and the condensation screen is grounded or connected to the high voltage source, with the height of the application , Inclination and / or distance of the probe to the vacuum interrupter chamber can be varied.
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