Autor: Michael Weuffel

Moderne Vakuum-Schaltkammern gelten als sealed for life und besitzen nach Herstellerangaben eine betriebliche Lebensdauer von über 30 Jahren. In vielen Fällen ist ein uneingeschränkter Weiterbetrieb über die angegebene Lebensdauer hinaus möglich, wobei insbesondere der Innendruck der Vakuum-Schaltkammer das begrenzende Kriterium hierfür darstellt. Der Innendruck darf einen kritischen Wert im Bereich von pkrit = 10−4…10−3 hPa nicht überschreiten. Für einen Weiterbetrieb benötigen Netz- und Anlagenbetreiber Informationen zum individuellen Zustand der Vakuum-Schaltkammern. Gegenüber anderen Messmethoden ist das Magnetron-Verfahren die geeignetste Möglichkeit für eine quantitative Bestimmung des Innendrucks. Zur mobilen Vor-Ort-Anwendung des Verfahrens existieren bereits Konzepte, deren grundsätzliche Funktionalität durch Prototypen belegt ist. Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung schaltkammerspezifi scher Einflussgrößen, die sich beim Feldeinsatz dieser Konzepte ergeben und welche die Anwendbarkeit sowie die resultierenden Messergebnisse beeinflussen können. Ein gemessener Magnetron-Entladungsstrom erlaubt bei bekannter Entladungsstrom-Druck-Kennlinie der Schaltkammer einen eindeutigen Rückschluss auf deren Innendruck. Die bei unbekannter Kennlinie resultierende Druckspannweite wird auf Basis repräsentativ ausgewählter Schaltkammer-Typen untersucht und beträgt teils weniger als eine, bei vorheriger Abschätzung der Schaltkammer-Größe weniger als eine halbe Druckdekade. Zur zusätzlichen Reduktion der Druckspannweite werden weitere, druckabhängige Kenngrößen, speziell die durch den Getter-Ion Effekt hervorgerufene Innendruck-Reduktion, analysiert. Für die mobile Erzeugung des erforderlichen Magnetfeldes werden verschiedene Permanentmagnet- und Spulenanordnungen hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit beim Vor-Ort-Einsatz des Magnetron-Verfahrens untersucht. Gegenüber bestehenden Konzepten, die teils nur eine eingeschränkte Anwendbarkeit aufweisen, wird für Spulensysteme durch die Entwicklung einer aktiven Kühlung oder durch den Betrieb mit gepulstem Spulenstrom eine zuverlässige Messung auf dem vollständigen relevanten Druckmessbereich erreicht. Im Hinblick auf die Aussagekraft der beim Feldeinsatz ermittelten Druckwerte werden der Einfluss der Temperatur sowie der Einfluss von Schalthandlungen unter elektrischer Last auf den Innendruck analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass Schalthandlungen, anders als eine Temperaturänderung, eine dauerhafte Veränderung des Drucks, insbesondere eine teils signifikante Abnahme um mehrere Größenordnungen, bewirken können und dadurch die Lebensdauerprognose einschränken.