DD217074B1 - Verfahren und vorrichtung zur lichtbogenformierung von elektrodenoberflaechen in vakuumschaltkammern - Google Patents

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

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 Losung

Allgemein bekannt sind Formierungsverfahren, welche ausschließlich wahrend des Evakuierungsvorganges, also vor dem endgültigen vakuumdichten Verschließen der Vakuumschaltkammer 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 Widerstandserwarmung mit Heizdrahtwendeln, direkte Widerstandserwarmung infolge Strombelastung bei geschlossenen Schaltkontakten, gesteuerten Elektronenbeschuß der zu formierenden Kammennnenteile oder durch das Zünden von Entladungen (Lichtbogen bei Kontaktoffnung, Glimmentladungen oder wechselseitige Anwendung beider Entladungsarten) durchzufuhren Bei einigen elektrischen Formierungsverfahren erfolgt wahrend oder nach der Formierung mit Entladungen eine Begasung bzw Spulung 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 sich, zum Beispiel, auf Schaltkontaktstucken, -kontakten und Kondensationsschirmen befinden, gelost und zwecks Vermeidung eines unzulässigen Anstieges des Innendruckes wahrend des Betriebes der Vakuumschaltkammer standig abgepumpt Außerdem werden, insbesondere durch Entladungen, die Oberflachenstrukturen der Kammerinnenteile verändert.

Der Nachteil dieser bekannten Verfahren besteht darin, daß beim Formierungsprozeß, insbesondere durch Entladungen, wahrend der Evakuierung die Veränderung der Oberflachenstruktur der Kammennnenteile nicht gezielt erfolgt, sondern nur eine zufallige Veränderung der Schaltkontaktoberflachen herbeigeführt wird Da aber das Isoliervermogen von Vakuumschaltkammern wesentlich von der Mikrogeometne der Kontaktoberflachen, die durch mechanische und elektrische Belastungen bzw Schalthandlungen verändert werden kann, beeinflußt wird, kann bei den bekannten Verfahren trotz ausreichend niedrigen Drucks eine Verminderung des Isoliervermogens infolge der Mikrostruktur der Schaltkontaktoberflache auftreten

Bekannt sind insbesondere Verfahren zur Formierung von Oberflachen, d h zur Veränderung der MikroStruktur der Schaltkammerinnenteile mittels Durchschlagen mit nachfolgenden stromschwachen oder stromstarken Lichtbogen, welche als Durchschlag-oder Lichtbogenformierung bezeichnet werden Dementsprechend ist aus der DD-PS 149589 ein Verfahren zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit von Vakuumschaltkammern mittels Entladungen bekannt, bei dem die Schaltkontakte geschlossen werden, ein Endpotential an die geschlossene Strombahn der Strombolzen und Schaltkontakte und ein Hochspannungspotential an den im Normalbetrieb auf freien Potential liegenden Kondensationsschirm gelegt wird und die angelegte Hochspannung (Wechsel-, Gleich- oder Impulsspannung) bis zum Durchschlag zwischen dem Kondensationsschirm und den Schaltkontakten gesteigert wird

Nachteil dieses Verfahrens ist einerseits, daß durch das Schließen der Schaltkontakte deren Oberflache nicht formiert wird, andererseits ware fur deren Formierung eine große Anzahl „stromschwacher" Durchschlage erforderlich, wodurch ein erhöhter Prufaufwand entsteht Des weiteren ist nachteilig, daß aufgrund der Schaltkreisgestaltung kein stromstarker Lichtbogen erzeugt werden kann und bei bestimmten konstruktiven Ausfuhrungen der Vakuumschaltkammer zusatzliche bauliche Veränderungen fur die Zufuhrung des Hochspannungspotentials vorgenommen werden mußten

Bekannt ist auch ein Verfahren und eine Anordnung zur Bogenformierung innerer feststehender Bauteile eines evakuierten Vakuumentladungsgefaßes gemäß DD-PS 139047, bei dem zwischen den Schaltkontakten der Vakuumschaltkammer durch Kontaktoffnung ein Lichtbogen gezündet wird Der Lichtbogen erzeugt ein Metalldampfplasma, das den Raum zwischen den Schaltkontakten und dem zu formierenden feststehenden Bauteil (z B Kondensationsschirm) ausfüllt Dieses Plasma schafft Bedingungen fur 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 Zusammenfuhren der Schaltkontakte eingeleitet Die Anordnung zur Durchfuhrung dieses bekannten Verfahrens, bei der zur Einleitung der Bogenentladung die Schaltkontakte in einem Stromkreis mit einem Vorwiderstand, einem Schalter und einer Stromquelle geschaltet sind, enthalt einen Parallelstromkreis, bei dem die zu formierenden feststehenden Bauteile über einen Vorwiderstand an den negativen Pol der Stromquelle oder ei nerzweiten Stromquelle, die dann mit ihrem positiven Pol mit einer der Schaltelektroden verbunden ist, geschaltet sind, wobei die an den Bauteilen anliegende Spannung hoher ist als die Brennspannung zwischen den Schaltelektroden

Die Nachteile dieses Verfahrens bestehen dann, daß die als Anode wirkenden Schaltkontakte nicht durch den Lichtbogen, der zwischen dem feststehenden Bauteil und den Schaltkontakten gezündet wird, formiert werden und durch Schaltungen der Kontakte, insbesondere beim stromlosen Offnen, ausgeprägte Mikrostrukturen entstehen, welche isolationsmindernd wirken Bei Anwendung dieses Verfahrens ware zum Abtragen aller ausgeprägten Mikrounebenheiten auf der gesamten Schaltkontaktoberflache durch den bei Kontaktoffnung enstehenden Lichtbogen ein mehrmaliges Wiederholen der Lichtbogenzundung mit relativ hohen Lichtbogenstromen und relativ langer Lichtbogenbrenndauer notwendig, wodurch einerseits eine zu starke Kontakterosion auftreten kann und andererseits ein zu hoher pruftechnischer Aufwand entsteht Außerdem ist nachteilig, daß die Anordnung zur Durchfuhrung des о g Verfahrens zur Bogenformierung zusatzliche Anschlußvorrichtungen am Kondensationsschirm der Vakuumkammer erfordert

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, das Isoliervermogen der Vakuumschaltkammer zu erhohen, den pruftechnischen Aufwand sowie den Zeitaufwand fur die Durchfuhrung des Verfahrens zu verringern sowie zusätzliche Anschlußvorrichtungen und bauliche Veränderungen an der Vakuumkammer zu vermeiden

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zur Lichtbogenformierung von Elektrodenoberflachen in einer Vakuumschaltkammer zu schaffen, in der, nach dem hermetischen Verschließen über einen vorgeschalteten Schaltkreis zwischervden zu formierenden Elektroden ein Durchschlag eingeleitet, eine gezielte wirksame Formierung der Elektrodenoberflachen ermöglicht, die Neubildung von ausgeprägten Mikrospitzen sowie eine starke Kontakterosion vermieden werden

Diese Aufgabe wird dadurch gelost, daß bei dem erfindungsgemaßen Verfahren als Schaltkreis ein L-C-Reihenschwingkreis verwendet wird, der einen gedampften hochfrequenten Lichtbogenstrom erzeugt, welcher in der Vakuumstrecke wahrend eines hochfrequenten Stromnulldurchganges geloscht und anschließend wieder gezündet wird, daß der Vorgang „Loschung — Wiederzündung" so lange wiederholt wird, bis die endgültige Losung des Lichtbogens eintritt Eine mit dem Lichtbogenstrom durch die Kammer fließende Ladung betragt unabhängig von der Stromrichtung mindestens 0,05As Der L-C-Reihenschwingkreis ist vorzugsweise über eine triggerbare Funkenstrecke schaltbar Von besonderem Vorteil ist, daß der Ansatzpunkt des Lichtbogens wahrend der Lichtbogenformierung von Halbwelle zu Halbwelle des hochfrequenten Lichtbogenstromes selbständig auf kritische Bereiche der MikroStruktur der Elektrodenoberflachen gesteuert und die Elektroden wechselseitig formiert werden

Ausfuhrungsbeispiel

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausfuhrungsbeispiel naher erläutert Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig 1 die Anordnung zur Durchfuhrung des Verfahrens zur Lichtbogenformierung von als Schaltkontakte ausgeführten

Elektroden, Fig 2 den Bereich fur die Lichtbogenformierung (F)

Gemäß Fig 1 ist eine Vakuumschaltkammer 1, deren Kondensationsschirm 2 wie im Netzbetrieb auf freiem Potential liegt und deren beweglicher und feststehender Kontakt 3,4 sich im geöffneten Zustand befinden und in einem Schaltkreis angeordnet sind, dargestellt Dieser Schaltkreis ist ein einfacher L-C-Reihenschwingkreis, in dem der feststehende Kontakt über einen Schalter 5 mit einer Induktivität L und einer Kapazität C verbunden ist, wobei der Schalter 5 vorzugsweise als triggerbare Funkenstrecke ausgebildet ist, und der bewegliche Kontakt 3 an die Kapazität C angeschlossen ist Beide Schaltkontakte 3,4 sind entsprechend der Polantat des hochfrequenten Lichtbogenstromes wechselseitig als Anode und Katode ausgebildet, wodurch ein zusatzliches Umpolen, ζ B der Polantat der Spannungsquelle, entfallt Die Lichtbogenformierung der Kontaktoberflachen erfolgt nach dem hermetischen Verschließen der Vakuumschaltkammer 1 Zwischen den sich im geöffneten Zustand befindlichen Schaltkontakten 3,4, deren Abstand so bemessen ist, daß ein Durchschlag, aber kein Überschlag in dem die Vakuumschaltkammer umgebenden Medium entsteht, wird ein Durchschlag durch das Zuschalten des L C Reihenschwingkreises eingeleitet, indem die Kapazität C auf eine Gleichspannung U beliebiger Polarität 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 C

hervorgerufen wird. Im Fußpunkt des Lichtbogens auf der Katode erfolgt eine Aufschmelzung und Formierung der Oberfläche des betreffenden Schaltkontaktes 3,4, d. h. eine Beseitigung der Mikrospitzen. Während eines darauffolgenden hochfrequenten Stromnulldurchganges wird der Lichtbogen in der geöffneten Vakuum-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 Stromnulldurchgang — 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 MikroStruktur, d.h. auf die ausgeprägten Mikrospitzen gesteuert wird. Dadurch werden mit der Formierung nacheinander, von Wiederzündung zu Wiederzündung, gezielt die kritischen Bereiche auf der Oberfläche der Schaltkontakte 3, 4 beseitigt.

Der gedämpfte hochfrequente Lichtbogenstrom wird durch ein Strom-Zeit-Integral (Fig. 2), d. h. einer Ladung von mindestens 0,05As charakterisiert, wobei Amplitude Ϊ und Frequenz f des hochfrequenten Lichtbogenstromes durch die Parameter des L-C-Reihenschwingkreises bestimmt werden. Diese Parameter haben vorzugsweise folgende Werte: Ladespannung der Kapazität U ~ 10OkV, Kapazität C = 100...100OnF, Induktivität L = 50...400/XH. Demnach gilt für die Bestimmung der Amplitude Ϊ und Frequenz f

ΐ = U/VL/C,f = Vs я VLC

und für die Bestimmung des Strom-Zeit-Integrals einer ungedämpften Halbwelle des sinusförmigen hochfrequenten Lichtbogenstromes Ji (t) dt = T/wf > 0,05As.

Die erfindungsgemäße Lichtbogenformierung und die zur Durchführung des Verfahrens beschriebene Anordnung gewährleisten die Erfüllung der eingangs genannten Ziele und Aufgaben.

Claims (3)

1. Verfahren zur Lichtbogenformierung von Elektrodenoberflachen in einer Vakuumschaltkammer, in der nach dem hermetischen Verschließen über einen vorgeschalteten Schaltkreis zwischen den zu formierenden Elektroden ein Durchschlag eingeleitet wird, gekennzeichnet dadurch, daß als Schaltkreis ein L-C-Reihenschwingkreis verwendet wird, der einen gedämpften hochfrequenten Lichtbogenstrom erzeugt, welcher in der Vakuumstrecke wahrend eines hochfrequenten Stromnulldurchganges geloscht und anschließend wieder gezündet wird, daß der Vorgang „Löschung — Wiederzündung" so lange wiederholt wird, bis die endgültige Löschung des Lichtbogens eintritt.

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

3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Lichtbogenformierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der L-C-Reihenschwingkreis über eine triggerbare Funkenstrecke schaltbar ist.