VACUUM INTERRUPTER WITH A VACUUM MONITORING MEANS

Abstract: A vacuum switch comprises a switching tube (3) with an auxiliary gap (24) and a voltage generator (13) actuated as a function of a mechanical switching motion of the switching tube (3). The voltage generator comprises a piezo-electric element (30) and a striking member (31) generating a voltage pulse of the piezo-electric element (30) when turning on the switching tube (3). In the case of an insufficient vacuum within the switching tube (3), the current flow via the auxiliary gap (4) causes the lighting of a light emitting diode (43). The light pulse passes through a light guide (14) and arrives to an evaluation apparatus (15).

Description: Vakuumschalter mit Einrichtung zur Überwachung des Vakuums Die Erfindung betrifft einen Vakuumschalter mit einer Schaltröhre und einer Einrichtung zur Überwachung des Vakuums, die eine mit äusseren Anschlüssen versehene im Inneren der Schaltröhre angeordnete Hilfsfunkenstrecke und eine nach aussen führende Durchführung und eine Spannungsquelle zum Anlegen einer Prüfspannung an die Hilfsfunkenstrecke sowie eine Auswertungsschaltung zur diskontinuierlichen Erfassung einer an der Hilfsfunkenstrecke auftretenden Entladung umfasst. Ein Vakuumschalter dieser Art ist durch die DE-OS 20 02 685 bekanntgeworden. Als Spannungsquelle zur Beaufschlagung der Hilfsfunkenstrecke dient bei diesem Vakuumschalter das zu schaltende Netz oder eine Fremdspannungsquelle. Die ständige Bereitstellung einer Hilfsspannung stellt jedoch einen beträchtlichen Aufwand dar; dies steht im Gegensatz zu der Forderung, mit möglichst unkomplizierten und preiswerten Mitteln auszukommen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fremd¯ spannungsquelle anzugeben, die keinerlei Netzanschluss benötigt und die sich an der Schaltröhre oder in deren Nähe anbringen lässt. Gemäss der Erfindung dient als Spannungsquelle ein in Abhängigkeit von der mechanischen Schaltbewegung der Schaltröhre betätigter Spannungserzeuger. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass der Spannungs erzeuger nur kurzzeitig während der Schaltvorgänge in Betrieb ist und während der ganzen übrigen Zeit weder mechanisch noch elektrisch beansprucht ist. Dies ermöglicht eine sehr knappe Dimensionierung des Spannungserzeugers mit dem Ergebnis einer einfachen und preiswerten Gestaltung. Die impulsartige Betriebsweise des Spannungser zeugers erleichtert auch die Ausgestaltung der Auswertungsschaltung, weil dieser nur noch die Aufgabe obliegt, einen durch den Spannungsimpuls veranlassten Stromfluss oder die Überschreitung einer bestimmten Grösse dieses Stromflusses festzustellen. Im Rahmen der Erfindung kann der Spannungserzeuger vorteilhaft als ein durch ein mechanisches Schlagwerk beaufschlagtes piezoelektrisches Element ausgebildet sein. Derartige Spannungserzeuger sind allgemein bekannt und werden beispielsweise zur Erzeugung eines Zündfunkens in Feuerzeugen benutzt (vgl. DE-OS 16 32 657, DE-OS 16 32 708 und DE-OS 25 16 948). Trotz geringer Grösse sind diese Spannungserzeuger imstande, unter den Bedingungen des in Schaltröhren herrschenden Vakuums eine Funkenstrekke mit einer Schlagweite in der Grössenordnung von einem Millimeter zu durchschlagen. Für die Anwendung eines Spannungserzeugers auf der Basis eines piezoelektrischen Elementes für die Zwecke der Erfindung kommt es darauf an, die gewünschte Kopplung zwischen der Schaltbewegung der Schaltröhre und dem Schlagwerk herzustellen. Dies kann nach einer Ausgestaltung der Erfindung dadurch geschehen, dass das Schlagwerk einen schwenkbar gelagerten Klöppel und einen den Klöppel in Richtung des piezoelektrischen Elementes vorspannenden Kraftspeicher sowie einen an einem Antriebsglied der Schaltröhre angebrachten Mitnehmer für den Klöppel umfasst. Die Hilfsenergie für den Spannungserzeuger wird somit aus dem Antriebsmr tanismus des Vakuumschalters entnommen. Da diese Hilfsenergie ausserordentlich klein im Verhältnis zu der für die Schaltvorgänge benötigten Enerige ist, bedarf es keiner veränderten Dimensionierung der Antriebsvorrichtung des Vakuumschalters. Andererseits ist durch den Mitnehmer eine von Zufälligkeiten völlig unabhängige Betätigung des Schlagwerkes und damit eine gleichbleibende Höhe der Spannungsimpulse gewährleistet. Die durch das Ansprechen der Hilfsfunkenstrecke bewirkte Anzeige kann am besten dadurch im Sinne einer Schutzfunktion für den Vakuumschalter ausgenutzt werden, dass der Klöppel des Schlagwerkes mit einer Freilaufvorrichtung versehen ist, die den Klöppel bei Ausschaltungen unbeeinflusst lässt. Durch diese Anordnung wird die Vakuumprüfung jeweils beim Einschalten durchgeführt, wenn in der Schaltröhre ein normaler Zustand besteht. Beim Ausschalten dagegen wäre ein fehlerhaftes Ergebnis möglich, wenn durch eine Lichtbogenentladung ein Druckanstieg auftritt, der an der Hilfsfunkenstrecke ein verringertes Vakuum vortäuscht. Ferner kann die Prüfung des Vakuums beim Einschalten dazu benutzt werden, eine anschliessende Ausschaltung zu verhindern, wenn die Prüfung ein unzureichendes Vakuum ergeben hat. Dieses Schutzprinzip ist an sich bekannt (vgl. DE-PS 529 303). Wie bereits erwähnt, kann der piezoelektrische Spannungserzeuger infolge seiner Einfachheit und Kleinheit in unmittelbarer Nähe der Schaltröhren angebracht werden. Damit befindet er sich auf dem Potential der Schaltröhre. Jedoch erfordert es der Schutzzweck der Anordnung, dass die Auswertungsschaltung an einer anderen, vorzugs#ei se auf Erdpotential befindlichen Stelle angebracht ist. Eine vorteilhafte Lösung für die Verbindung beider Baugruppen besteht nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung darin, dass ein die Hilfsfunkenstrecke und dass piezoelektrische Element umfassender Stromkreis zusätzlich eine lichtemittierende Diode enthält und dass zur Verbindung der Diode mit der Auswertungsschaltung ein Lichtleiter vorgesehen ist. Wegen des guten Isoliervermögens der Lichtleiter und ihrer Biegsamkeit kann die Auswertungsschaltung an einer geeigneten Stelle, beispielsweise in dem geerdeten Antriebskasten des Vakuumschalters, untergebracht werden. Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Die Fig. 1 zeigt einen Vakuumschalter nach der Erfindung in einer Seitenansicht. Die Einrichtung zur Überwachung des Vakuums ist in Verbindung mit einer teilweise gezeigten Schaltröhre gesondert in der Fig. 2 dargestellt. Der in der Fig. 1 in der Seitenansicht gezeigte Vakuum¯ schalter 1 ist ein Leistungsschalter für den Mittelspannungsbereich. Die wesentlichen Bestandteile des Vakuumschalters 1 sind ein Antriebskasten 2, eine oder mehrere Schaltröhren 3 sowie Stützisolatoren 4 als mechanisch tragende und elektrisch isolierende Verbindung zwischen dem Antiebskasten 2 und der bzw. den Schaltröhren 3. Die Stützisolatoren 4 sind an dem Antriebskasten 2 unter Einfügung von Tragschienen 5 befestigt, so dass ein einheitlicher Antriebskasten 2 für Vakuumschalter mit einer unterschiedlichen Anzahl von Schaltröhren 3 benutzt werden kann, wobei der Abstand der Schaltröhren entsprechend der jeweiligen Höhe der zwischen ihnen auftretenden Spannung gewählt werden kann. Für jede Schaltröhre 3 ist r Fussteil 6 vorgesehen, das ein Hebelgetriebe zur ¯ lenkung der im wesentlichen geradlinigen Bewegung einer .solierenderì hntriebsstange 7 in eine in der Längsachse der Schaltröhre 3 verlaufende Bewegung enthält. Anschlussschienen 10 und 11 sind an dem Fussteil 6 bzw. einem dem oberen Ende der Schaltröhre 3 zugeordneten Kopfstück 12 vorgesehen. Zur Überwachung des Vakuums in der Schaltröhre 3 ist in dem Fussteil 6 ein Spannungserzeuger 13 untergebracht, dessen eine Anschlussleitung mit einer zusätzlichen Durchführung der Schaltröhre 3 verbunden ist. Ein Lichtleiter 14 verbindet einen in der Fig. 1 nicht dargestellten, nahe der Schaltröhre 3 angeordneten Signal- geber mit einem Auswertungsgerät 15, das in dem Antriebskasten 2 untergebracht ist. Einzelheiten dieser Anordnung werden im folgenden anhand der Fig. 2 erläutert. In der Fig. 2 sind als Bestandteile der Schaltröhre 3 ein unterer Hohlisolator 20, ein beweglicher Stromzuführungsbolzen 21, ein unterer Abschluss- flansch 22 und ein Federbalg 23 gezeigt. In dem ringförmigen Raum zwischen dem Hohlisolator 20 und dem Federbalg 23 ist eine Hilfsfunkenstrecke 24 angeordnet, die eine erste, mit dem Abschlussflansch 22 verbundene Elektrode 25 und eine zweite, vakuumdicht durch den Hohlisolator 20 hindurchgeführte Elektrode 26 umfasst. Beispielsweise kann der Elektrodenstift selbst in eine metallisierte Bohrung des Hohlisolators 20 eingelötet sein. Der Spannungserzeuger 13 umfasst ein an einem ortsfesten Widerlager 27 abgestütztes piezoelektrisches Element 30 und ein als Ganzes mit 31 bezeichnetes Schlagwerk. Dieses weist einen um ein ortsfestes Lager 32 schwenkbar gelagerten Klöppel 33 sowie eine Feder 34 auf, deren eines Ende gleichfalls an einem ortsfesten Widerlager und deren anderes Ende an einem Hebelarm 35 des Klöppels 33 angreift. Der Hebelarm 35 ist mit einer Vreilaufvor richtung versehen, die eine Schwenkung des aus dem Klöppel 33 und dem Hebelarm 35 gebildeten Winkelhebels im Uhrzeigersinn bei gleichzeitigem Spannen der Feder 34 gestattet, In der umgekehrten Richtung ist der Freilauf wirksam, und es wird keine Kraft auf den Hebelarm übertragen. Hierzu weist die Freilaufvorrichtung einen gelenkig mit dem Hebelarm 35 verbundenen Rollenhebel 36 auf, der einen Stützwinkel 37 trägt. Das dem Lager 32 des Klöppels 33 zugewandte Ende des Stützwinkels 37 ist mit dem Klöppel in solcher Anordnung mit einer Zugfeder 40 verbunden, dass der Stützwinkel an dem Hebelarm 35 anliegt und dadurch der Hebelarm 35 und der Rollenhebel 36 etwa miteinander fluchten. Die am äusseren Ende des Rollenhebels 36 befindliche Rolle 41 wirkt mit einem Mitnehmer 42 zusammen, der an dem beweglichen Stromzuführungsbolzen 21 der Schaltröhre 3 angebracht ist. In der Fig. 2 gezeigten Stellung des Mitnehmers 42 befindet sich die Schaltröhre 3 in einer zwischen der Ausschaltstellung und der Einschaltstellung liegenden Zwischenstellung.Die der Einschaltstellung und der Ausschaltstellung der Schaltröhre 3 entsprechenden Lagen des Mitnehmers 42 sind gestrichelt eingezeichnet. Im Ruhezustand liegt der Klöppel 33 an dem piezoelektrischen Element 30 an. In der in der Fig. 2 gezeigten Stellung der Teile ist der Klöppel 33 aus dieser Ruhe- stellung im Uhrzeigersinn geschwenkt dargestellt, wobei die Feder 34 gespannt ist und die Rolle 41 bereits nahe bei der Kante des Mitnehmers 42 steht. Bei einer weiteren geringen Bewegung des Stromzuführungsbolzens 21 in Richtung der Einschaltstellung gleitet die Rolle 41 von dem Mitnehmer 42 ab, wodurch der Hebelarm 35 freigegeben wird und der Klöppel unter dem Einfluss der Feder 34 gegen das piezoelektrische Element 30 schlägt. Der hierdurch erzeugte Spannungsimpuls wird über Verbindungsleitungen an den Abschlussflansch 22 der Schaltröhre 3 und unter Zwischenschaltung einer lichtemittierenden Diode 43 an die Elektrode 26 der Hilfsfunkenstrecke 24 angelegt. Wie bereits erwähnt, ist zwischen der Diode 43 und dem Auswertungsgerät 15 ein Lichtleiter 14 angeordnet. Es ist zweckmässig, die Hilfsfunkenstrecke 24 derart zu bemessen, dass bei einwandfreiem Vakuum in der Schaltröhre 3 ein zur Erregung der lichtemittierenden Diode 43 nicht ausreichender Stromfluss auftritt. Steigt jedoch der Druck in der Schaltröhre 3 infolge eines Lecks auf einen höheren, zum ordnungsgemässen Schalten nicht mehr ausreichenden Druck an, so fliesst über die Hilfsfunkenstrecke 24 ein höherer Strom, der die Diode 43 zum Aufleuchten bringt. Der Lichtimpuls gelangt über den Lichtleiter 14 zu dem Auswertungsgerät 15, welches eine entsprechende Anzeige und/oder eine Sperrung des Vakuumschalters 1 gegen Ausschalten veranlasst. Beim Ausschalten im Normalfall wird die Freilaufvorrichtung wirksam. Dies geschieht in der Weise, dass der Mitnehmer 42 mit seiner Unterkante gegen die Rolle 41 stösst und dabei den Rollenhebel 36 unter gleichzeitiger Spannung der Feder 40 relativ zu dem Hebelarm 35 schwenkt. Auf den Klöppel 33 wird dabei nur die Rückstellkraft der Feder 40 ausgeübt. Für die Anordnung der Hilfsfunkenstrecke 24 innerhalb der Schaltröhre 3 gibt es eine Reihe unterschiedlicher Möglichkeiten. Die in der Fig. 2 dargestellte Anordnung lässt sich daher vielfältig abwandeln. Insbesondere kommt es hierbei auf die jeweils vorliegende Bauform der Schaltröhren an. Da diese in der Literatur vielfach beschreiben sind, kann im Rahmen der vorliegenden Angel¯ dung davon abgesehen werden, auf diese Bauformen und die davon abhängige Unterbringung der Hilfsfunkenstrecke näher einzugehen. Die lichtemittierende Diode 43 kann gesondert oder unmittelbar bei dem Spannungserzeuger untergebracht werden, so dass die gesamte Überwachungseinrichtung im wesentlichen nur den Spannungserzeuger, das Auswertungsgerät und den Lichtleiter als Verbindung dieser beiden Baugruppen umfasst. Sofern das Auswertungsgerät eine Hilfsenergie benötigt, so kann diese bei der in der Fig. 1 dargestellten Unterbringung des Auswertungs- gerätes in dem Antriebskasten 2 den dort üblicherweise vorhandenen Einrichtungen entnommen werden.

Claims: Patentansprüche 1. Vakuumschalter (1) mit einer Schaltröhre (3) und einer Einrichtung zur Überwachung des Vakuums, die eine mit äusseren Anschlüssen versehene im Inneren der Schaltröhre (3) angeordnete Hilfsfunkenstrecke (24) und eine Spannungsquelle (13) zum Anlegen einer Prüfspannung an die Hilfsfunkenstrecke (24) sowie ein Auswer- tungsgerät (15) zur diskontinuierlichen Erfassung einer an der Hilfsfunkenstrecke (24) auftretenden Entladung umfasst, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass als Spannungsquelle ein in Abhängigkeit von der mechanischen Schaltbewegung der Schaltröhre (3) betätigter Spannungserzeuger (13) dient. 2. Vakuumschalter nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Spannungserzeuger (13) ein piezoelektrisches Element (30) und ein dieses mechanisch beaufschlagendes Schlagwerk (31) umfasst. 3. Vakuumschalter nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Schlagwerk (31) einen schwenkbar gelagerten Klöppel (33) und einen den Klöppel (33) in Richtung des piezoelektrischen Elementes (30) vorspannenden Kraftspeicher (Feder 34) sowie einen an einem Antriebsglied der Schaltröhre angebrachten Mitnehmer (42) für den Klöppel (33) umfasst. 4. Vakuumschalter nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Klöppel (33) mit einer Freilaufvorrichtung versehen ist, die den Klöppel (33) bei einer Ausschaltbewegung des Antriebgliedes der Schaltröhre (3) unbeeinflusst lässt. 5. Vakuumschalter nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in einen die Hilfafunken strecke (24) und das piezoelektrische Element (30) umfassenden Stromkreis eine lichtemittierende Diode (43) eingefügt ist, die durch einen Lichtleiter (14) mit dem Auswertungsgerät (15) verbunden ist.

Inventors: BAUMGARTL, ULRICH, Baumgärtl, Ulrich
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1985
Main classification: H01H33
IPC codes: H01H33