NO820118L - Vakuumbryter - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår generelt en vakuumbryter,

og særlig en vakuumbryter med en vakuumovervåkningsinn-

retning som utnytter innvendige skjold som deler av en kald-katodeioniseringsinnretning og en kaldkatodemagnetronsignal-frembringeIsesioniseringsinnretning.

Vakuumbrytere er vel kjent og består hovedsakelig av et par adskillbare hovedkontakter i en hul isolerende beholder, hvor den ene kontakt vanligvis er festet til en elektrisk ledende endeplate anbragt i den ene ende av beholderen. Den andre kontakt er bevegelig anordnet i forhold til en andre ledende endeplate i den isolerende beholder. Da en vakuumbryter krever at kontaktområdet er evakuert, er den bevegelige kontakt mekanisk forbundet med endeplaten ved hjelp av en fleksibel belg. Beholderens indre

-4

er evakuert til et trykk på 10 Torr eller mindre. Da lysbuen ved brytning skjer i vakuum, har lysbuen en tendens til å spre seg slik at den dielektriske fasthet pr. avstandsenhet ved adskillelsen blir forholdsvis høy sammenlignet med andre typer brytere. Vakuumbryteren har imidlertid et antall vesentlige fordeler, av hvilke den ene er forholdsvis høy brytehastighet og den andre er kort adskillelsesavstand for kontaktene. Da metalldamp ofte frembringes under selve brytningen, er metalldampskjold ofte anbragt koaksialt inne i den isolerende beholder for å hindre dampprodukter fra å slå

an på beholderens innervegger, hvor disse kan kondensere og gjøre den isolerende beholder ledende, eller de kan angripe vakuumpakningen mellom de elektrisk ledende endeplater og den sylindriske isolerende del av beholderen. Slike vakuumbrytere er beskrevet i U.S.-patentskrift nr. 2.892.921,

nr. 3.163.734, nr. 4.224.550 og nr. 4.002.867. Riktig virkning av vakuumbryteren krever tilstedeværelsen av vakuum i bryteområdet. Hvis imidlertid bryteren får en lekkasje, slik at

-3

gasstrykket i beholderenøker til et nivå over 10 Torr for eksempel, vil sikker drift av bryteren bli alvorlig svekket, hvis ikke helt ubrukelig. Som følge derav har det alltid vært ønskelig pålitelig å kunne bestemme om vakuumet i virkelig-heten er tilstede i bryteområdet. Spenningsbrytende utstyr er anvendt, slik som beskrevet i U.S.-patentskrift nr. 3.983.345.

På den annen side beskriver U.S.-patentskrift nr. 3.626.125 et oljenivåmålesystem. Disse metoder er vanligvis forholdsvis kostbare, plasskrevende og kompliserte. Det har vist seg at prinsippet med kaldkatodeioniseringsmåling kan anvendes forholdsvis enkelt og billig, for å detektere tilstedeværelsen av vakuum. Slike innretninger er beskrevet i U.S.-patentskrift nr. 4.000.457, nr. 3.582.710 og nr. 3.581. 195. En likespenningskaldkatodeioniseringsmåleinnretning er vel kjent. Den er ganske enkelt basert på spontan fri-gjøring av elektroner fra kaldkatoden og deres etterfølgende bevegelse under innvirkning av elektrisk og magnetisk felt. Det magnetiske felt har den virkning at det holder elektronene i området mellom elektrodene i forholdsvis lang tid. Det har

+ 10

vist seg at en selvbegrensende verdi på 10 elektroner pr. kubikkcentimeter pluss eller minus en størrelsesorden eller så vanligvis er tettheten av elektronskyen i en typisk ione-måleinnretning. Hvis en gass er tilstede i området, vil elektronene treffe noen av gassmolekylene og derved bevirke at andre elektroner frigjøres og derved underholder elektronskyen. Videre får gassmolekylene elektrisk ladning når et elektron slår inn. De ladede molekyler tiltrekkes i samsvar med polariteten av det elektrostatiske felt mot den ene elektrode, hvor de hver mottar et elektron fra elektroden. Når elektronene i elektroden kombineres med gassioner på overflaten, vil elektroden nøytralisere ionene og en elektrisk strøm opprettholdes i en elektrisk krets, som innbefatter elektroden. Hvis et amperemeter legges i serie i den nevnte krets og kalibreres riktig, kan det oppnås en elektrisk indikering av tettheten av gassen, som er tilstede mellom elektrodene. Dette prinsipp er anvendt i likespenningsvakuum-brytere. For eksempel U.S.-patentskrift nr. 3.263.162 og nr. 3.403.297 beskriver anvendelse av et enkelt skjold i vakuumbryteren i forbindelse med den ene elektrode for å danne en kaldkatodemagnetroninnretning. Dette er gjort mulig ved at skjoldene har en mellomring som strekker seg utover gjennom den isolerende beholder, generelt ved det aksiale midtpunkt i beholderen. En fordel ved denne utforming er at elektronskyen dannes nær hovedelektroden og derved hindrer

tilbøyeligheten til gjennomslag mellom elektrodene eller elektrodene og skjoldet. En annen ulempe består i at anbringelsen av magneten rundt den isolerende beholder ofte gir utilstrekkelig flukstetthet. Også dannelsen av elektronskyen nær hovedkontaktene vil ofte svekke brytningen. En annen kaldkatodemåleinnretning er beskrevet i U.S.-patent-skrift nr. 4.163.130, hvor en særskilt vakuummåleinnretning er anordnet i en åpning i en endeplate av en vekselstrøm-vakuumbryter. Denne innretning krever ikke tilstedeværelsen av skjold eller utnyttelse av hovedkontaktene direkte. Den har imidlertid en ulempe ved at vakuumkvaliteten kan bli påvirket av selve måleutstyret. Som følge av måleutstyrets utforming kan trykket i bryteren avvike fra det i vakuum-kammeret. Ingen av de ovenfor nevnte innretninger anvender flere skjold inne i bryteren. Det har vist seg fordelaktig å anvende flere skjold inne i bryteren, som angitt i U.S.-patentskrift nr. 3.575.656. Endeskjoldene har en avstand fra det sentrale skjold for å opprettholde høy spennings-isolasjonskarakteristikk. Endeskjoldene gir imidlertid en ekstra mekanisk funksjon ved mere direkte å beskytte de følsomme endeplater i den isolerende sylindriske del av beholderen, hvor det er mest sannsynlig at metalldamp vil svekke vakuumtetningen. I det sistnevnte tilfelle er skjoldene imidlertid ikke tilgjengelig for en ytre kretsfor-bindelse, fordi de ikke strekker seg gjennom den isolerende beholder og krever således ikke noen ekstra gjennomføring i vakuumbeholderen enn de som allerede er tilstede, slik at det ikke er noen større mulighet for lekkasje.

Ifølge oppfinnelsen omfatter vakuumbryteren

en beholder med et hovedsakelig evakuert volum, ytre spenningskilde, innbyrdes bevegelige kontakter elektrisk forbundet med spenningskilden og innrettet til å bryte strømmen inne i det evakuerte volum, et første og andre elektrisk ledende dampavsetningsskjold i avstand fra hverandre inne i beholderen for å beskytte beholderens indre deler fra metalldampprodukter fra brytingen av strømmen i det evakuerte volum, hvilke skjold danner mellom seg et ringformet bivolum og er elektrisk forbundet med ett potensial av den ytre spenningskilde, og det

andre skjold står elektrisk i kommunikasjon med et ytre område av beholderen, og strømmåleutstyr er anordnet på utsiden av beholderen i kretsforhold med det andre skjold og et annet potensial av spenningskilden, slik at et elektrisk felt av tilstrekkelig styrke opptrer i det ringformede bivolum for å bevirke elektronbevegelse fra området av det første eller andre skjold, hvilke elektroner samvirker med gassmolekyler i bivolumet for å danne gassioner som på sin side innvirker på ett av skjoldene for derved å bevirke elektrisk strøm gjennom strømmåleutstyret og gi indikering av mengden av gass som befinner seg i det hovedsakelig evakuerte volum.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av kravene 2-9.

Utførelseseksempler på oppfinnelsen skal nedenfor forklares nærmere under henvisning til tegningene. Figur 1 viser i perspektiv et skap med vakuumbrytere ifølge oppfinnelsen. Figur 2 viser på samme måte som figur 1, men 90° dreiet skapet på figur 1. Figur 3 viser i perspektiv en vakuumbryter ifølge oppfinnelsen. Figur 4 viser et aksialt snitt gjennom vakuumbryteren på figur 3 med koplingsskjerna for den ytre elektriske krets. Figur 5 viser skjematisk virkningen mellom to skjold i bryteren på figur 4,og særlig figur 7. Figur 6 viser kurver for trykk som funksjon av strømmen, for eksempel i bryteren på figur 4. Figur 7 viser på samme måte som figur 4 en vakuumbryter med noe forskjellig utforming av skjoldet og uten magnet. Figur 8 viser en vakuumbryter i likhet med figur 7, men med magnet. Figur 9 viser en kurve for trykk som funksjon av strømmen for en del av kurven på figur 6. Figur 10 viser i sideriss en vakuumbryter-beholder i skapet på figur 1 og 2. Figur 11 viser delvis i tverrsnitt bryteren på

figur 10.

Figur 12 viser i aksialt snitt en annen ut-førelsesform av bryteren på figur 7 og 8, hvor magneten er radialt forskutt fra bryterens akse. Figur 13 viser en bryter i likhet med figur 12, hvor magneten er anordnet inne i beholderen. Figur 14 viser en utførelsesform i likhet med den på figur 4 med en ringformet magnet. Figur 1 og 2 viser en bryteranordning 10 omfattende et metallskap 12 med to over hverandre anordnede trefasevakuumbrytere 14 og 16. Frontpanelet 15 er utstyrt med betjeningsorganer for manuell betjening. Den nedre del av bryteren 14 er kjørbar ved hjelp av trinser 17 på skinner 18, for å bevege bryteren 14 ut og inn av kontakt med ikke vist høyspenningsutstyr bak i skapet. Likeledes er den øvre trefasebryter kjørbar ved hjelp av trinser 19 på skinner 20 for å bevege bryteren inn i og ut av elektrisk kontakt med ikke vist høyspenningsutstyr bak i skapet 12. Bevegelige lukkeinnretninger 21 er anordnet i skapet for å dekke høy-spenningsutstyret bak i skapet når bryterne er trukket ut,

for å dekke høyspenningsutstyret fra utilsiktet kontakt. Lukkeinnretningene 21 blir mekanisk beveget fra forsiden av høyspenningsutstyret når trefasebryterne 14 og 16 beveges til elektrisk kontakt med høyspenningsutstyret.

Som det best fremgår av figur 2 omfatter trefasebryteren 14 en frontdel 24 med mekanisk betjeningsutstyr og en bakre del 26. Frontdelen 24 er generelt en lavspen-ningsdel, og den bakre del 26 er generelt en høyspenningsdel. Høyspenningsdelen 26 bæres elektrisk isolert fra lavspenningsdelen 24 ved hjelp av øvre og nedre isolatorer 28 og 30. I høyspenningsdelen 26 er anordnet vakuumbryterbeholdere 32, som er forbundet mellom tre fasetilslutninger 34 og 36. Selve brytebevegelsen for bryterne skjer ved hjelp av leddfor-bindelser 38 fra frontdelen 24 til bryterne 14.

Bryteren på figur 3 har en beholder 32 som er anbragt i høyspenningsdelen 26 på figur 1 og 2. Bryterbeholderen 32 kan bestå av en isolerende sylinder 42, som er lukket i begge ender med metallplater 44 og 46. I bunnplaten er anordnet en bevegelig kontaktstang 4 8 og den øvre plate er forsynt med en fast kontaktstang 50, som for eksempel er loddet til endeplaten 44. Endeplatene 44 og 46 er vakuum-

tett forbundet med endene av sylinderen 42 i områder 52 og 54, som vist i detalj på figur 4. Midt på sylinderen 42 er anordnet en elektrisk ledende ring 56, hvis formål skal beskrives nærmere nedenfor.

Som vist på figur 2 er beholderen 32 montert i høyspenningsdelen eller den bakre del 26, slik at den stasjonære kontaktstang 50 er anordnet i elektrisk kontakt med tilslutningsorganet 42. På samme måte er den vertikalt bevegelige kontaktstang 48 anordnet i elektrisk kontakt med tilslutningen 36. Betjeningsmekanismen 38 på figur 2 beveger den bevegelige kontaktstang oppover og nedover når bryteren skal sluttes respektivt brytes.

Det fremgår klart av figur 1, 2 og 3 at tre bryterbeholdere 32 er anordnet ved siden av hverandre i trefasebryteren 14 øverst og trefasebryteren 16 nederst for betjening av to forskjellige elektriske kretser.

Figur 4 viser en bryterenhet i en av trefasebryterne på figur 2 og 3 med koplingsskjerna for en elektrisk tilsluttet krets. De elektrisk ledende endeplater 44 og 46

er forbundet med en isolerende sylinder 42 i områder 52 og 54 med pålitelige vakuumtette forbindelser. Det er en kjent sak at vakuumbrytere i slike tetningsområder er følsomme for kjemiske, termiske eller andre angrep, som kan føre til svekking av vakuumet i beholderen 32. Av den grunn er skjold 70,74 og 76 anordnet for å hindre at damp avsettes på den indre vegg av isolatoren 4 2 og for å hindre at dampprodukt og varme fra disse svekker lukkingen i områdene 52 og 54.

Skjoldet 74 bæres inne i beholderen 32 av endeplaten 44 mens skjoldet 76 bæres av endeplaten 46. Det sentralt anordnede skjold 70 er loddet, eller på annen måte forbundet med en ring 56, som er innleiret mellom to deler av den isolerende porselens-sylinder'42. Følgelig er skjoldet 70 sentralt anordnet i forhold til og i avstand fra bryteområdet. En ytre spenningskilde 58

er forbundet mellom kontaktstangen 50 i området 60. Som det skal forklares nærmere nedenfor er et motstandselement R

betegnet 40 i samsvar med figur 2 forbundet direkte, kapasitivt eller induktivt mellom ringen 56 og en strøm-detekteringskrets 64 med en brolikeretter og et mikroampére-meter 6 8 for måling av strømmen som flyter i broen. Den andre ende av brokretsen 6 4 er forbundet med jord eller den andre klemme av spenningskilden 58 og med en side av en belastning LD. Den andre ende av belastningen LD er forbundet med en kommuteringsinnretning 6 2 for forbindelse med den bevegelige kontaktstang 48. Med kontaktstengene 50 og 48 er forbundet selve brytekontaktene 80 respektivt 82. Det kan også være anordnet et ytterligere skjold 86 for en belg 84. Belgen 84 er utvidbar i lengderetningen, for å følge bevegelsen av kontaktstangen 48, for å sikre vakuumtetthet. Vakuumet er ønskelig i bryteområdet mellom kontaktene 80 og 82 når kontaktstangen 48 beveges nedover for å skille kontaktene. Innføring av vakuumgapet mellom kontaktene 80 og 82 bevirker en spredt lysbue mellom kontaktene under brytningen og denne lysbue slukker vanligvis ved den etterfølgende nullgjennom-gang for strømmen. Som følge av vakuumets isolerende egen-skap vil bevegelsen av kontaktstangen 48 nedover være forholdsvis liten og allikevel sikre høyspenningsisolasjon mellom kontaktene. Skjoldene 76,74 og 70 har avrundede områder for å hindre høyspenningsoverslag mellom dem når kontaktene brytes. Fordypningen i endeplaten 44 er gjort for å sikre stivhet overfor bevegelseskraften i kontaktstangen 48 ved dennes bevegelse oppover. Kraften i bevegelsen av kontaktstangen 48 er stor, og derfor vil avstivningen av endeplaten 44 hjelpe til å hindre noen vesentlig bevegelse av kontakten 80 som følge av anslaget av kontakten 82. En magnet 78 er anordnet rundt kontaktstangen 50 i fordypningen i endeplaten 44. Dette er fortrinnsvis en permanentmagnet, men kan også være en elektromagnet, og ved en annen utførelse som vist på figur 12, kan magneten være forskutt radialt i forhold til bryterens akse, eller som i et annet utførelseseksempel mangler helt. Hensikten med magneten skal beskrives nærmere nedenfor.

Det skal bemerkes at når kontaktene 80 og 82 er sluttet, vil høyspenningskilden 58 frembringe en strøm gjennom kontaktstammen 50, kontakten 80, kontakten 82, kontaktstangen 48, kommuteringsinnretningen 62 og belastningen LD. Når kontaktene 80, 82 er brudt er belastningen LD isolert fra høyspenningskilden 58 og ingen strøm flyter. Det skal videre bemerkes at detekteringskretsen 64 befinner seg på lavspenningssiden av motstanden R. Den andre side av motstanden R er forbundet med et forholdsvis høyt potensial,

som følge av nærheten av skjéldene 70,76 og 74 til kontaktene 80 og 82.

Det skal bemerkes at skjoldet 74, for eksempel ved en riktig halvperiode av spenningskilden 58 kan ha forholdsvis høy spenning. Et kapasitivt elektrostatisk felt kan videre bestå mellom skjoldet 74 og skjoldet 70 som følge av den innbyrdes forbindelse mellom skjoldet 70 og motstanden 40, og brokoplingen 64 til den andre side av spenningskilden 58. Skjoldet 70 i samvirke med skjoldet 74 eller skjoldet 76 danner et ringformet rom i avstand fra kontaktene 80 og 82 i forhold til den radiale avstand i vakuumbryteren 32. Inne i den ene eller andre av disse ringformede rom kan det anvendes en trykkdetekteringsionemåleinnretning i forbindelse med motstanden R og broen 64, for å bestemme graden av vakuum i bryteren 32. Ionemåleinnretningen er slik at under riktige forhold av den elektrostatiske feltstyrke (og i noen grad den magnetiske feltstyrke, som frembringes av magneten 78) kan kaldkatodeelektroner fra skjoldene 74, 70 eller 76 påvirke gassmolekylene og derved danne ioner som slår inn i skjoldene 70, 74 og 76 og danner en strøm som kan måles ved hjelp av mikroampéremeteret 68 og gi en indikasjon av mengden av gass i bryteren 32. Dette gir da en indikasjon av graden av vakuum i bryteren. Magneten 78 bevirker at elektronene forblir i det ringformede rom i forholdsvis lang tid og derved letter muligheten for at de treffer selv forholdsvis små mengder av gassmolekyler for å danne den nevnte strøm. I andre tilfeller er virkningen av magneten ikke nødvendig, og magneten kan sløyfes, i og med at det har vist seg at ved bestemte høyere trykk kan ønskelig informasjon om graden av vakuum i bryteren oppnås som følge av strøm som skyldes glimutladning mellom skjoldene. For eksempel kan strømmen flyte fra spenningskilden 58 via kontaktstangen 50, endeplaten 44, det øvre skjold 74, via kaldkatodeutladning og glimutladning til det nedre skjold 70, ringen 56, motstanden R, broen 64, og sluttelig til den andre side av spenningskilden 58. På figur 6 er for eksempel vist kurver for strømmen som funksjon av trykket, hvilken skal beskrives nærmere nedenfor.

Figur 5 viser en del av et skjold 70' og en del av et skjold 74', slik det også fremgår av figur 8. I området A' på figur 8 på det tidspunkt da skjoldet 74' er positivt i forhold til skjoldet 70', vil det elektrostatiske felt, som dannes av spenningskilden 58 trekke elektroner e bort fra skjoldet 70'. Det magnetiske felt, som vist med pilen på figur 5, bevirker at elektronene tar en bane som er vinkelrett både på det magnetiske felt og det elektrostatiske felt.

Dette bevirker at elektronene forblir i området mellom skjoldene 70' og 74' heller enn meget hurtig å gå til det andre skjold. Når dette skjer er muligheten for at et gassmolekyl gN treffes av et elektron øket, i hvilket tilfelle et annet elektron kan frigis fra et nøytralt gassmolekyl gN,

og derved frembringe to elektroner og et positivt ladet gassmolekyl g+. Når en slik lavinetilstand er nådd vil antall elektroner som frembringes nærme seg en grenseverdi, for eksempel 10+^ elektroner pr. kubikkcentimeter. Denne elek-trontetthet gir en forholdsvis pålitelig ionemåling.

Følgelig hvis gassen, slik som representert ved molekylene

gN, befinner seg i området A' mellom skjoldene for eksempel 70' og 74', vil elektronene treffe noen av gassmolekylene og derved bevirke frigivning av andre elektroner, og således opprettholde elektrontettheten på ca. 10 + 10 elektroner pr. kubikkcentimeter. Naturligvis får gassmolekylene en positiv ladning når de treffes av elektronene. Det ladede molekyl g+ vil derfor i dette tilfelle tiltrekkes av skjoldet 70' og kombineres med et elektron på overflaten av skjoldet 70' for nok en gang å nøytralisere sin ladning. Noen av elektronene i området mellom skjoldene 70' og 74' trekkes til skjoldet 74'. Virkningen herav er frembringelse av en strøm som er en pålitelig indikasjon av antallet gassmolekyler som er tilstede i området A'. Det viser seg at den nøyaktige detektering av denne strøm gir en effektiv indikering av graden av vakuum

i området A'. Da området A' er en del av hele området inne i bryteren 32 eller 32', oppnås en pålitelig indikasjon av graden av vakuum i området av elektrodene 80 og 82 eller 80'

og 82', hvilket er meget ønskelig.

Figur 6 viser strømmen i et område, for

eksempel A<1>, eller en kombinasjon av områdene A<1>og B', som vist på figur 7, som funksjon av trykket for fire forskjellige verdier av spenningen fra spenningskilden 58. Spenningen 2,9 kV RMS, 4,3 kV RMS, 8 kV RMS og 8,7 kV RMS gjelder helt til

_ g

venstre på figur 7 i området med trykk på 10 Torr, og mengden av gassmolekyler, som virker i ionemåleområdet, slik som A<1>på figur 5, er så lite at strømmen I=CdV/dt, hvor C

er kapasiteten mellom skjoldene, og V er spenningen som opptrer over skjoldene. Denne strøm måles for eksempel i mikroampéremeteret 6 8 i strømdetekteringskretsen 6 4 på figur 7. Når trykket øker, øker også strømmen. I dette området av kurvene på figur 6 finner bare halvbølgeledning sted i detekteringskretsen 64. Når trykket imidlertid øker til en verdi på ca. 10 Torr, er mengden av gass som er tilstede så stor at glimutladning finner sted mellom skjoldene 70 og 74, slik at strømmen flyter i begge retninger gjennom broen 64. Dette fremgår ved et betydelig hopp i kurvene ved ca.

10 - 2 Torr. Det skal bemerkes at det forholdsvis lineære område mellom 10 -5 Torr og 10 -3 Torr er et meget brukbart område for å bestemme graden av vakuum som direkte funksjon av strømmen i milliampéremeteret 68. Det lineære forhold i denne kurve-del er grunnen for dette. I dette området og opp til glimutladning er nådd, vil ionedetekteringsinnretningen, som kan kalles en "magnetron" virke som en halvbølgelikeretter, det vil si at strømmen bare passerer i en retning. Når glimutladning finner sted vil strømmen passere i begge retninger, og det er grunnen til den plutselige økning i strømmen. Hvis detekteringsinnretningen er en helbølgelikeretter, som vist med broen 64, vil økningen i strømmen lett gjøre seg gjeldende. Hvis imidlertid detekteringsinnretningen er en halvbølgelikeretter, vil kurven for 2,9 kV RMS for eksempel følge den strekede kurve 100, som vist mer nøyaktig på figur 9. En av fordelene ved å anvende skjoldene 70 og 74 eller 70 og 76 for å bestemme

trykket foreligger det et stort detekteringsområde, dvs. fra ca. 10 ^ Torr til nærmere atmosfæretrykk. I området rundt -3 10 Torr endres naturligvis forholdet slik at en nøyaktig bestemmelse av graden av vakuum ikke lenger kan skje ved av-lesning av strømmen. Det skal imidlertid bemerkes at i dette sistnevnte område er informasjon om vakuumet unødvendig, fordi trykket er så høyt at vakuumbryteren ikke kan arbeide. Det skal også bemerkes at i det sistnevnte område er mengden av gassmolekyler, som er tilstede, så stort at en magnet som for eksempel 78 på figur 5, ikke er nødvendig for å opprettholde elektroner i det indre elektrodeområde, for eksempel mellom skjoldene 70 og 74 i et tidsrom som er nødvendig for samvirke med nøytrale gassmolekyler. Som følge derav vil vakuumdetekteringsinnretningen kunne anvendes som en detektor for tap av vakuum uten anvendelse av magneten i trykkområdet

-3 -3

over 10 Torr. Det er vel kjent at trykk på 10 Torr eller over dette er uønsket for strømbrytning og betraktes som et område, hvor vakuumet fullstendig er brutt sammen, slik at bryteren ikke lenger er brukbar. I området over 10 eller 100 Torr blir trykket så høyt at glimutladning opprettholdes som følge av den påtrykte spenning fra kilden 58. Følgelig er strømmen som detekteres i dette området tilnærmet lik strømmen som detekteres i området 10 — g Torr.

Figur 9 viser en kurve for 2,9 kV RMS på figur

-5 +2

6 i detalj i området 10 Torr til 10 Torr. Denne kurve var fremkommet ved anvendelse av bare halvbølgebrolikeretter, men ble også tatt opp på oscilloskop over motstanden R2 på figur 4. Det viktige er at bølgeformene som frembringes kan detekteres for forskjellige verdier av trykket. På figur 9 kan verdien av strømmen indikeres ved to forskjellige trykk, for eksempel 10 Torr og 100 Torr, og en strøm på 180 mikroampére detekteres. En person som avleser 180 mikroampére

-4

vil ikke vite om trykket i bryteren er det godtatte 10 Torr eller et uønsket trykk på 100 Torr. Ved imidlertid å sammen-ligne bølgeformene som vist med 102 og 104 på figur 9, er forskjellen slik at det lett kan bestemmes i hvilket område av kurven strømmen observeres, hvilket kan bety forskjellen mellom tillatelse til strømbrytning i tilstrekkelig vakuum,

eller i et meget uønsket høyt trykkområde.

Figur 7 viser en annen utførelsesform av oppfinnelsen, hvor en vakuumbryter og en tilhørende utvendig spenningsdetektor og belastning anvendes. På figur 7 er magneten, som vist på figur 4, sløyfet. Videre er anord-ningen av skjoldene 70', 74' og 76<1>forskjellig fra skjoldene 70, 74 og 76 på figur 4, nemlig ved at skjoldet 70' aksialt overlapper skjoldet 74' og 76', hvilket ikke er tilfelle på figur 4. De ringformede områder A' og B' er også noe forskjellig i volum og form sammenlignet med områdene A og B på figur 4. Ellers er forskjellen bare den at bryteren på

figur 7 er hovedsakelig beregnet på anvendelse i området

-2

mellom 10 Torr og 100 Torr på figur 6. Det vil si at på figur 7 anvendes detekteringsinnretningen 64 til å detektere om det har vært feil ved vakuumet eller ikke.

Figur 8 viser nok en utførelsesform av oppfinnelsen hvor prinsippene fra figur 4 og 7 er anvendt, idet skjoldene 70', 74' og 76' overlapper hverandre, slik som på figur 7, men en magnet 78', slik som magneten på figur 4, er også anvendt. Når det gjelder utførelsen på figur 7 og 8

skal det bemerkes at endeplaten 44' ikke har noen fordypning, slik som platen 44 på figur 4. Det skal imidlertid bemerkes at dette skyldes valg av utførelse i dette spesielle området, og at platen 44 eller platen 44' danner noen begrensning.

Figur 10 og 11 viser bryteren på figur 2 i større målestokk. Som det best fremgår av figur 11 er motstanden R eller 40, som vist på figur 4, anordnet i en sylin-drisk kappe av porselen eller annet godt isolerende materiale, for å gi spenningsisolasjon langs den ytre overflate mellom høyspenningsdelen og lavspenningsdelen 24. Høyspenningsdelen 26 omfatter vakuumbryteren 32, mens lavspenningsdelen 24 omfatter detektorinnretningen 64. Som det best fremgår av figur 11 rager en gaffellignende elektrisk leder ut fra den ene ende av motstanden 40, for å gi tangential kontakt i punktene X-X med skjoldringen 56 for å danne den nødvendige elektriske ledende bane mellom detekteringsinnretningen 64 og bryteren 32. Lederne er betegnet med 98a og 98b. Under monteringen vil lederne 98a og 98b fleksibelt danne kontakt med ringen 56 ved øket kontakttrykk og derved minske kontaktmotstanden.

Figur 12 viser en annen utførelse av bryteren ifølge oppfinnelsen med en magnet 78'', som er radialt forskutt fra kontaktstangen og frembringer et usymmetrisk magnetfelt. Dette betyr at magneten 78'' ikke behøver å omslutte kontaktstangen. Dette gir en enklere konstruksjon av bryteren. Figur 13 viser nok en utførelsesform av bryteren ifølge oppfinnelsen, hvor en magnet 78''' er anbragt inne i bryteren. Figur 14 viser en utførelse ifølge oppfinnelsen med en ringmagnet 110 istedet for den skiveformede magnet 78, og med nordpol øverst og sydpol nederst og flukslinjer 112, 114,116. For enkelthets skyld er de magnetiske flukslinjer bare vist på venstre del av figur 14, men det er klart de speilbildelig opptrer også på høyre del. Flukslinjene 112, 114 opptrer i områdeneA<1>' ogB" og danner ortogonale magnetiske og elektriske feltkomponenter. Ringmagneten 110 er festet til beholderen på hensiktsmessig måte, f.eks. med epoksylim 118.

Bryteren ifølge oppfinnelsen har mange fordeler, av hvilke én er detekteringsinnretningen i form av "magnetron" som kan arbeide over et meget stort trykkområde for å gi brukbare data om graden av vakuum i bryteren. En annen fordel er at endeskjoldene opprettholder gode høyspenningsisolerings-karakteristikker og krever ikke ytterligere tetningsområder sammenlignet med kjente vakuumbrytere. Andre fordeler er stor følsomhet over et vidt trykkområde og krever ingen ekstra kraftkilde for detekteringen av graden av vakuum.

Claims (9)

1. Vakuumbryter omfattende en beholder med et hovedsakelig evakuert volum, ytre spenningskilde, innbyrdes bevegelige kontakter elektrisk forbundet med spenningskilden og innrettet til å bryte strømmen inne i det evakuerte volum, et første og andre elektrisk ledende dampavsetningsskjold i avstand fra hverandre inne i beholderen for å beskytte beholderens indre deler fra metalldampprodukter fra brytingen av strømmen i det evakuerte volum, hvilke skjold danner mellom seg et ringformet bivolum og er elektrisk forbundet med ett potensial av den ytre spenningskilde, og det andre skjold står elektrisk i kommunikasjon med et ytre område av beholderen, og strømmåléutstyr er anordnet på utsiden av beholderen i kretsforhold med det andre skjold og et annet potensial av spenningskilden, slik at et elektrisk felt av tilstrekkelig styrke opptrer i det ringformede bivolum for å bevirke elektronbevegelse fra området av det første eller andre skjold, hvilke elektroner samvirker med gassmolekyler i bivolumet for å danne gassioner som på sin side innvirker på ett av skjoldene for derved å bevirke elektrisk strøm gjennom strømmåleutstyret og gi indikering av mengden av gass som befinner seg i det hovedsakelig evakuerte volum.

2. Bryter ifølge krav 1, karakterisert v e d en innretning i beholderen for å frembringe et magnetfelt i det ringformede bivolum, et strømmåléutstyr utenfor beholderen, hvilket magnetfelt er orientert slik i forhold til det elektriske felt at elektronene beveges i en bane i det ringformede bivolum og bevirker at de emitterte elektroner forblir i det ringformede bivolum i lengre tid enn om magnetfeltet ikke var tilstede, og slik at de emitterte samvirker med gassmolekylene i bivolumet i tilstrekkelig grad til å danne et antall gassioner for å samvirke med det ene skjold og derved bevirke en ioneelektrisk strøm gjennom måleutstyret og gi en pålitelig indikering av mengden av gass som befinner seg i det hovedsakelig evakuerte volum.

3. Bryter ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det første og andre skjold overlapper hverandre i én dimensjon av beholderen.

4. Bryter ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at magnetfeltet og det elektriske felt har ortogonale komponenter, slik at elektronene beveger seg i en hovedsakelig spiralformet bane.

5. Bryter ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at beholderen er anordnet i et metallskap med klemmer for tilknytning til en elektrisk krets og forbundet med disse klemmer.

6. Bryter ifølge et av kravene 2-5, karakterisert ved at midler for frembringelse av magnetfeltet er anordnet aksialt symmetriske i forhold til beholderen.

7. Bryter ifølge et av kravene 2-5, karakterisert ved at midler for frembringelse av magnetfeltet er anordnet aksialt usymmetrisk i forhold til beholderen.

8. Bryter ifølge krav 6 eller 7, karakterisert ved at midlene for frembringelse av magnetfeltet er anordnet inne i beholderen.

9. Bryter ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at beholderen er anordnet i en ramme, og at en kapslet motstand er isolert anordnet i rammen og med sin ene kontakt forbundet med den elektriske leder på utsiden av beholderen, og dens andre kontakt er forbundet med strømmåleutstyret.