(19) |
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(11) |
EP 0 694 937 B1 |
(12) |
EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
(45) |
Hinweis auf die Patenterteilung: |
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29.03.2000 Patentblatt 2000/13 |
(22) |
Anmeldetag: 17.07.1995 |
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(51) |
Internationale Patentklassifikation (IPC)7: H01H 1/00 |
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(54) |
Verfahren zur Bestimmung der Restlebensdauer von Kontakten in Schaltgeräten und zugehörige
Anordnung
Method and apparatus for determining the residual life of contacts in switching devices
Procédé et dispositif pour déterminer la vie résiduelle de contacts dans les appareils
de commutation
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(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
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CH DE ES FR IT LI SE |
(30) |
Priorität: |
29.07.1994 DE 4427006
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(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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31.01.1996 Patentblatt 1996/05 |
(73) |
Patentinhaber: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT |
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80333 München (DE) |
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(72) |
Erfinder: |
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- Pohl, Fritz
D-91334 Hemhofen (DE)
- Elsner, Norbert
D-91056 Dechsendorf (DE)
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(56) |
Entgegenhaltungen: :
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- PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 013, no. 509 (E-846), 15.November 1989 & JP 01 206531
A (FUJI ELECTRIC CO LTD), 18.August 1989,
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung der Restlebensdauer von
Kontakten in Schaltgeräten, insbesondere von Schützkontakten, bei denen die Kontaktstücke
mit dem Schalten einem Abbrand unterliegen, wobei ein Ersatzkriterium für den Abbrand
erfaßt und ausgewertet wird.
[0002] In Schaltgeräten tritt bei jedem Schalten ein Abbrand an den Kontaktstücken auf.
Dieser Abbrand führt je nach Beanspruchung durch den Strom bzw. die Spannung letztlich
zum Versagen des Schaltgerätes, so daß dadurch dessen Lebensdauer begrenzt wird. Unter
bestimmten Betriebsbedingungen werden derzeit nach einer routinemäßig bestimmten Schaltzahl
die Kontaktstücke oder auch das gesamte Schaltgerät ausgetauscht, unabhängig davon,
ob an den Kontaktstücken tatsächlich ein weitgehender Abbrand aufgetreten ist oder
nicht.
[0003] Häufig wird gefordert, das Funktionieren der vorhandenen elektrischen Schaltgeräte
unmittelbar zu überwachen, um einen sicheren Betrieb elektrischer Verteilungen und/oder
Einrichtungen zu gewährleisten. Dies gilt insbesondere für häufig betätigte Schaltgeräte
wie den Schützen, da speziell dort im Schaltbetrieb ein fortschreitender Verschleiß
der Schaltkontakte vorliegt. Hier ist es bekannt, daß nach einer bestimmten Anzahl
von Schaltspielen, die - wie oben erwähnt - abhängig von der elektrischen Belastung
ist, das Lebensdauerende der Kontaktstücke unterstellt wird.
[0004] Für eine automatisierte Überwachung der elektrischen Einrichtungen wäre es allerdings
wünschenswert, die Restlebensdauer der Kontakte, insbesondere von Kontaktstücken für
Schütze, auch während des Betriebes des Schützes unmittelbar zu erfassen und die Meßdaten
einer Überwachungs- und Meldeeinrichtung zuzuführen.
[0005] Vom Stand der Technik sind bereits Vorschläge bekannt, bei denen mehr oder weniger
die Restlebensdauer von Schützen aus der Betriebsdauer und/oder aus der Zahl der Schaltspiele
abgeleitet wird. Dabei ist die elektrische Lebensdauer durch Erfahrungswerte definiert
und vom Gerätetyp, der elektrischen Belastung und z.B. vom Kontaktwerkstoff abhängig.
Bei Änderung einer oder mehreren Einflußgrößen muß daher ein neuer Erfahrungswert
für die elektrische Lebensdauer des Schaltgerätes bestimmt werden.
[0006] Im allgemeinen werden für die Bestimmung der Restlebensdauer von Kontaktstücken Ersatzkriterien
für den Abbrand ausgewählt und ausgewertet. Beispielsweise ist aus der DE-AS 23 05
149 ein Schaltgerät bekannt, bei dem die durch den Kontaktabbrand verursachte Längenänderung
des Schalthubes erfaßt wird. Um auf diesem Wege eine sichere Anzeige des Kontaktabbrandes
zu erreichen, ist jedoch eine relativ aufwendige mechanische Konstruktion erforderlich.
Weiterhin ist aus der DE-OS 37 14 802 ein elektrischer Schalter bekannt, bei dem wenigstens
einem der Kontaktstücke ein Lichtleiter zugeordnet ist, dessen Transmissionseigenschaften
von außen mittels geeigneter optischer Hilfseinrichtungen gemessen werden können.
Durch entsprechende Anordnung des Lichtleiters führt ein unzulässig fortgeschrittener
Kontaktabbrand zur Zerstörung des Lichtleiters und damit zur Änderung der optischen
Transmissionseigenschaften. Schließlich wurde mit der älteren deutschen Patentanmeldung
P 43 07 177.6 ein Schaltgerät vorgeschlagen, bei dem der Kontaktträger geteilt ist
und die Kontaktstücke rückseitig geschlitzt auf dem geteilten Kontaktträger aufgebracht
sind. Bei diesem Schaltgerät wird das Schwingungsverhalten des Kontaktträgers als
Ersatzkriterium und damit als Maß für den Abbrand der Kontaktstücke verwendet.
[0007] Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein vereinfachtes Verfahren und eine zugehörige
Anordnung anzugeben, mit denen eine sichere Bestimmung der Restlebensdauer ermittelbar
ist.
[0008] Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren der eingangs
genannten Art als Ersatzkriterium der sogenannte Kontaktdurchdruck der Schaltbrücke
gewählt wird und daß zur Bestimmung jeweils des Abbrandes der Kontaktstücke die Durchdruckänderung
während des Ausschaltvorganges bestimmt und als Restlebensdauer umgerechnet wird.
Die Ermittlung der Durchdruckänderung erfolgt hierbei aus der Zeitmessung des Ankerweges
vom Beginn der Ankeröffnungsbewegung bis zum Beginn der Kontaktöffnung. Dabei erfolgt
die Umrechnung entsprechend der Beziehung
wobei t
0 die Zeit der Ankerbewegung und t
i die Zeit des Öffnungsbeginns der Hauptkontakte sowie c eine konstruktiv bestimmte
Konstante bedeuten.
[0009] Im Rahmen der Erfindung kann die Bestimmung der Restlebensdauer gemäß der angegebenen
Gleichung softwaremäßig erfolgen. In gleicher Weise können aus entsprechend abgeleiteten
Gleichungen die Restbetriebsdauer und/oder die Restschaltzahl des Schaltgerätes berechnet
werden. Dafür ist vorteilhafterweise eine Anordnung durch eine Prozessoreinheit mit
Speichern und einem Controller und einem zugehörigen Display gekennzeichnet. Gegebenenfalls
können am Schaltgerät selbst entsprechende Anzeigemittel vorhanden sein.
[0010] Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird in vorteilhafter Weise ausgenutzt, daß die
Änderung des Kontaktdurchdruckes im Prinzip auf der Messung von Zeitdifferenzen vom
Ausschalten des Magnetsystems, d.h. genau vom Beginn der Ankeröffnung, bis zum Öffnen
der Brückenkontakte beruht, was in einfacher Weise erfolgen kann. Die dabei anfallenden
Meßgrößen können also genutzt werden, auch den Schaltzustand des Schützes eindeutig
anzuzeigen. Im einzelnen läßt sich der Einschaltzustand durch die Berührung der Polflächen
von Anker und Joch eindeutig kennzeichnen. Diese Berührung kann als elektrischer Kontakt
zwischen Anker und Joch gemessen werden, wozu Anker und Joch über federnde Kontakte
an einem Hilfsstromkreis angeschlossen sind. Im regulären Ausschaltzustand des Schützes
befindet sich dagegen der Anker in seiner Öffnungsstellung und der elektrische Kontakt
zwischen den Polflächen von Anker und Joch ist unterbrochen. Auch im Falle von Kontaktverschweißungen,
wobei Brückenkontakte einseitig oder zweiseitig verschweißt sein können, entfernt
sich im Ausschaltzustand des Schützes der Anker wenigstens um einen Bruchteil des
Kontaktdurchdruckes vom Joch. Der elektrische Kontakt zwischen den Polflächen von
Anker und Joch ist auch hierbei unterbrochen.
[0011] Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Es zeigen
- Figur 1
- die wesentliche Anordnung eines Antriebes für ein Schütz und die daraus abgeleitete
Messung des Ankerbewegungsbeginns,
- Figur 2
- die Kontaktanordnung des Schützes und die daraus abgeleitete Messung des Kontaktöffnungsbeginns,
- Figur 3
- ein alternatives Prinzip der Bestimmung der Kontaktöffnungszeitpunkte bei stromlosem
Öffnen der Hauptkontakte,
- Figur 4
- eine blockschaltbildmäßig dargestellte Anordnung zur softwaremäßigen Bestimmung und
Anzeige der Restlebensdauer eines Schützes und
- Figur 5
- ein zugehöriges Ablaufdiagramm.
[0012] In den Figuren 1 und 2 sind jeweils Teile eines Schützes mit der zugehörigen Meßeinrichtung
dargestellt. Im einzelnen zeigt Figur 1 den Magnetantrieb und Figur 2 die Kontaktanordnung
des zugehörigen Schützes. Dabei bedeuten 1 eine Schaltbrücke mit zwei darauf endseitig
angeordneten Kontaktstücken 2 sowie 3 jeweils U-förmig abgekröpfte Kontaktträger mit
darauf angeordneten Gegenkontakten 4 für die Kontakte 2 der Schaltbrücke 1. Der zugehörige
Antrieb besteht im wesentlichen aus einem Magnetjoch 10 mit darauf aufgesteckten Spulen
11 und einem zugehörigen Magnetanker 12. Der Magnetanker ist mit einer Aufnahmevorrichtung,
dem Brückenträger, zur Aufnahme der Schaltbrücken, was in Figur 1 bzw. Figur 2 nicht
dargestellt ist, verbunden. Weiterhin sind federnd angeordnete Kontakte 15 vorhanden.
Mit zugehörigen elektrischen Schaltelementen lassen sich die Zeiten t
0 und t
i bestimmen.
[0013] In Figur 1 sind der Magnetanker 12 und das Magnetjoch 11 über federnde Kontakte 15
und über einen Meßwiderstand 21 mit Widerstand R
meß an die Gleichspannung U
0 eines Hilfsstromkreises angeschlossen. Alternativ kann das Magnetjoch 11 statt über
einen federnden Kontakt 15 auch über eine flexible oder starre elektrische Leitung
an den Hilfsstromkreis angeschlossen sein. Berührt der Anker 12 das Joch 10, so ist
der Hilfsstromkreis geschlossen und am Meßwiderstand 21 fällt die Spannung U
0 ab. Beim Abheben des Ankers 12 vom Joch 10 wird der Strompfad über die Polflächen
unterbrochen und die Spannung am Meßwiderstand wechselt von U
0 nach Null. Die Spannungsflanke U
0 → 0 wird in einer Auswerteeinrichtung als Zeitpunkt t
0 weiterverarbeitet.
[0014] Aus Figur 2 läßt sich die Bestimmung der Kontaktöffnungszeitpunkte t
i ableiten. Dabei wird vorausgesetzt, daß die Hauptkontakte 2 bzw. 4 des Schützes unter
Strombelastung öffnen und Schaltlichtbögen entstehen. Zur Messung der Kontaktöffnungszeitpunkte
wird die beim Öffnen eines Hauptkontaktes entstehende Schaltspannung, d.h. die Bogenspannung
kurzer Lichtbögen, in einer Gleichrichterschaltung 22 gleichgerichtet und über eine
Begrenzungsschaltung aus Widerständen 23 und 24 und Kondensator 25 und zugehöriger
Zenerdiode 26 dem Steuereingang eines Optokopplers 28 zugeführt. Der Schaltausgang
des Optokopplers 28 schaltet einen Hilfsstromkreis, der aus einem Meßwiderstand 29
und einer Gleichspannungsquelle U
0 besteht, ein. Die Spannung am Meßwiderstand wechselt dabei von Null nach U
0 und die Spannungsflanke 0 → U
0 wird in einer Auswerteeinrichtung als Zeitpunkt t
i (i = 1, 2, 3) weiterverarbeitet.
[0015] Bei der Voraussetzung, daß das Ausschalten des Schützes stromlos erfolgt, beispielsweise
beim unterbrechungslosen Umschalten von Drehstrom-Asynchronmotoren oder beim selbsttätigen
Anlassen von Drehstrom-Asynchronmotoren über dreipolige Widerstände mit Zeitrelais,
ist statt einer Anordnung gemäß Figur 2 eine Anordnung entsprechend Figur 3 mit einer
Induktivitätsbestimmung zu verwenden. Hier können die Kontaktöffnungszeitpunkte beim
stromlosen Öffnen der zu überwachenden Hauptkontakte durch die Induktivitätsmessung
bestimmt werden, beispielsweise wenn die Netzspannung unterbrochen ist oder wenn zu
den Hauptkontakten Parallelstrompfade bestehen. Dazu weist Figur 3 einen Motor als
Last auf, welcher elektrisch in Reihe geschaltet ist zu einer Parallelschaltung eines
Hauptkontaktes S1 eines Schützes 31 mit einem Hauptkontakt S2 eines Schützes 32, wobei
die parallel geschalteten Schaltstrecken über Kondensatoren 33 und 34 mit Kapazität
C
o kapazitiv an einen Hilfsstromkreis mit Generator 35 und Widerstand 36 angeschlossen
sind. Parallelschaltungen dieser Art werden insbesondere für ein Transitionsschütz
verwendet.
[0016] Gemäß Figur 3 wird also an dem zu überwachenden Hauptkontakt ein gedämpfter Schwingkreis
angeschlossen, der über den höherfrequenten Generator 35 mit einer Frequenz von beispielsweise
1 bis 10 MHz gespeist wird. Bei geschlossenem Hauptkontakt S
1 sind die Generatorfrequenz, die Kapazität und die Induktivität des Schwingkreises
annähernd auf Resonanz eingestellt. Beispielsweise erhält man für der Realität angepaßte
Geometrieverhältnisse der Parallelstromkreise für den überwachten Strompfad eine Induktivität
von L
1 = 0,3 µH, für den überwachten Parallelstrompfad L
2 = 0,8 µH und für die resultierende Induktivität beider geschlossenen Strompfade L
res = 0,2 µH. Mit Werten für die Kondensatoren 33 und 34 und dem Meßwiderstand 36 von
beispielsweise C
o = 10 nF, R = 5 Ω und einer Generatorfrequenz von 5 mHz ergibt sich bei öffnendem
Hauptkontakt S
1 und geschlossenem Hauptkontakt S
2 eine Abnahme der Meßspannung am Widerstand auf etwa 1/2 bis 1/3 des Ausgangswertes.
Ohne Parallelstrombahn, d.h. bei geöffnetem Hauptkontakt S
2, würde die Meßspannung am Meßwiderstand R beim Öffnen des Hauptkontaktes S
1 auf Null absinken.
[0017] Während die Methode der Induktivitätsmessung gemäß Figur 3 beim stromlosen Öffnen
der Kontakte eindeutige Ergebnisse liefert, erfolgt beim Kontaktöffnen eines stromführenden
Hauptkontaktes keine signifikante Induktivitätsänderung. Allerdings erzeugt die sprungartige
Änderung der Kontaktspannung von Null auf beispielsweise 20 V beim Kontaktöffnen des
stromführenden Hauptkontaktes am Meßwiderstand 36 der Figur 3 einen sehr kurzen Spannungsimpuls
mit einer Impulsbreite kleiner einer Mikrosekunde, der zur Bestimmung des Kontaktöffnungszeitpunktes
herangezogen werden könnte.
[0018] Die ermittelten Zeitpunkte t
0 und t
i werden zur Bestimmung der Restlebensdauer herangezogen. Dazu lassen sich zur Ableitung
einer geeigneten Beziehung folgende Überlegungen anstellen:
[0019] Im Einschaltzustand summieren sich die Kontaktkräfte der Schaltbrücken mit der Federkraft
der Ankerfedern zur Gesamtöffnungskraft F
A des Magnetankers 10. Während der Anfangsbewegung des Ankers 10 liefert diese Kraft
F
A eine praktisch konstante Ankerbeschleunigung, bis der Öffnungsvorgang der Brückenkontakte
einsetzt. Bei ungleicher Schaltbelastung der Schützhauptkontakte 2 bzw. 4, beispielsweise
in einem 3-phasigen Netz, brennen die Hauptkontakte 2, 4 jeder Phase unterschiedlich
stark ab und das Kontaktöffnen in den drei Phasen erfolgt in zeitlicher Reihenfolge,
beginnend mit den am stärksten abgebrannten Kontakten. Das zeitliche Mittel der Ankerbeschleunigung
ist für die später öffnenden, d.h. geringer abgebrannten Hauptkontakte, daher etwas
kleiner als für den zuerst öffnenden Hauptkontakt.
[0020] Aus der Zeitmessung des Ankerbewegungsbeginns t
0 und des Öffnungsbeginns der Hauptkontakte 2, 4 mit den Zeiten ti (Phasenindex i =
1, 2, 3) sowie der Ankerbeschleunigung b erhält man den sogenannten Durchdruck s
i = 1/2 b(t
i-t
0)
2. Bezogen auf den Durchdruck s im Neuzustand ergibt sich die einfache Relation s
i/s
i,neu = ((t
i-t
0)/(t
i,neu -t
0))
2. Ist für einen sicheren Einschaltzustand ein Mindestdurchdruck s
min vorgegeben, so läßt sich daraus mit einer Konstante c = s
min/s
neu die Restlebensdauer definieren
[0021] Bei der Gleichung (1) ist die Konstante c konstruktiv vorgegeben. Die Gleichung bedeutet,
daß für jeden Hauptkontakt im Neuzustand die Zeitdifferenz t
i,neu -t
0 bestimmt werden muß, wonach während des Betriebes lediglich noch die Zeitdifferenzen
t
i-t
0 bestimmt werden müssen, was anhand der Figuren 1 bis 3 verdeutlicht wurde. Letzteres
läßt sich vorteilhafterweise digital ausführen, was in den Figuren 4 und 5 verdeutlicht
wird. In Figur 4 bedeutet 40 ein Controller, dem die Zeitsignale t
0 und t
i, d.h. deren Spannungsflanken aus Figur 1 bzw. 2, zugeführt werden. Als weitere Größen
bestimmt der Controller die Schaltzahl N und beispielsweise mit einer internen Uhr
die aufgelaufene Betriebszeit T. Zur Überwachung des mechanischen Verschleißzustandes
kann der Controller 40 die über mehrere elektrische Lebensdauerzyklen akkumulierte
Schaltzahl N
0 bestimmen. Als konstante Eingabegröße enthält der Controller 40 die Geometriegröße
c. Aus den Zeitsignalen t
0, t
i bestimmt der Controller 40 die Zeitdifferenz t
i-t
0, wobei die den Neuzustand charakterisierende Bezugsgröße t
i,neu-t
0 als Mittelwert der Zeitdifferenz t
i-t
0 einer gegebenen Anzahl von Schaltspielen definiert sein kann. Beispielsweise kommt
dafür der Mittelwert aus den ersten zehn Schaltspielen eines Lebensdauerzyklus in
Frage. Um einen Datenverlust durch abgeschaltete Versorgungsspannung od. dgl. auszuschließen,
werden die aktuellen Meßdaten und Auswertegrößen in nicht flüchtigen Datenspeicher
41 gespeichert und somit gesichert. Es sind weiterhin Ein- und Ausgabeeinheiten 42
bis 44 sowie ein Display zur Anzeige der Ergebnisse vorhanden.
[0022] Zur Bestimmung der Restlebensdauer kann nunmehr der Controller 40 die Formel 1 mittels
eines Auswerteprogramms berechnen. In gleicher Weise können weitere, den Verschleißzustand
des Schützes charakterisierende Größen berechnet werden, wie eine Restbetriebsdauer
oder eine Restschaltzahl. Aus der aufgelaufenen Betriebsdauer T folgt dabei für die
Restbetriebsdauer
[0023] In gleicher Weise kann die Restschaltzahl aus der aufgelaufenen Schaltzahl N bestimmt
werden
[0024] Die Formeln (2) und (3) können ausgewertet werden, sobald die nach Formel (1) ermittelte
Restlebensdauer (Rld) einen Wert < 100 % angenommen hat.
[0025] Besonders günstig ist, wenn die vom Controller 40 bestimmten Daten der Restlebensdauer
auf einem am Schaltgerät selbst angebrachten Anzeigeelement optisch angezeigt werden.
Daneben können die digitalisierten Auswertegrößen vom Controller 40 über einen Datenbus
an eine zentrale, nicht dargestellte Überwachungseinheit übertragen werden.
[0026] Anhand des Flußdiagramms gemäß Figur 5 ergibt sich der programmmäßige Ablauf der
Berechnung. In das Flußdiagramm mit üblicher, selbsterklärender Entscheidungsstruktur
sind die entsprechenden Stationen 100 bis 110 jeweils eingetragen. Entsprechend den
Gleichungen (1) bis (3) läßt sich daraus eine Aussage ableiten, ob ein Kontakt erneuert
werden muß oder nicht.
[0027] Die Meß- und Auswerteeinrichtung zur Bestimmung der Restlebensdauer von Kontakten
in Schaltgeräten und der Überwachung auf Kontaktverschweißungen erlauben, unter Umständen
bei Einsatz zusätzlicher Mittel, eine erweiterte Schaltgeräteüberwachung hinsichtlich
gravierender Funktionsstörungen, wie Bruch von Kontaktträgern und/oder Federbügeln,
Ablötungen von Kontaktstücken, unzulässiger Kontaktwiderstände, überhöhter Kontakttemperatur
und dergleichen.
[0028] Zum Beispiel würde beim Bruch des Federbügels die Schaltbrücke beim Einschalten des
Schützantriebs nur noch unkontrollierten elektrischen Kontakt geben, so daß mit einer
gravierenden Veränderung in der Zeitfolge der Meßgrößen t
o (Ankerbewegungsbeginn) und t
i (Kontaktöffnungsbeginn) zu rechnen ist.
[0029] Gleiches folgt bei einem Bruch des Brückenkontaktträgers oder des Festkontaktträgers.
[0030] Andere Störungen betreffen die mangelhafte Kontaktgabe der Kontaktstücke unter dem
Einfluß von Verschmutzung, von Materialniederschlägen und Korrosion. Dadurch wird
der Kontaktwiderstand erhöht und der Kontaktspannungsabfall bzw. die Kontakttemperatur
erreicht unzulässig hohe Werte.
[0031] Zur Überprüfung der Kontaktübertemperatur können aus der elektrischen Verlustleistung,
durch Multiplikation der gemessenen Kontaktspannung mit dem, z.B. mit einem Stromwandler,
gemessenen Schalterstrom, Leistungsgrenzwerte angegeben werden, zu denen bei Überschreitung
ihrer Höhe und Zeitdauer eine Störmeldung erfolgt.
[0032] Durch elektronische Speicherung der Betriebs- und Stördaten mittels des Controllers
ist eine Schaltgerätediagnose, z.B. über ein Anzeigeelement am Schaltgerät, oder über
Datenbus an einer zentralen Auswerteeinrichtung jederzeit und lückenlos durchzuführen.
[0033] Die anhand der Beispiele abgeleiteten Aussagen können auch erfolgen, wenn es zu Verschweißungen
bzw. Teilverschweißungen der Kontakte kommt. Um festzustellen, ob Brückenkontakte
beidseitig oder einseitig verschweißt sind und daher kein regulärer Ausschaltzustand
erreicht wird, ist es möglich, die Ankeröffnung über einen zweiten, federnden Kontakt
zu kontrollieren. In gleicher Weise wie in Figur 1 wird daher ein Hilfsstromkreis
geschlossen, wenn beide federnde Kontakte den Anker 10 berühren. Durch einen Vorlaufweg
der beiden federnden Kontakte von etwa der Hälfte der vollen Ankeröffnung läßt sich
erfahrungsgemäß sicher unterscheiden, ob der reguläre Ausschaltzustand vorliegt, oder
ob aufgrund von Kontaktverschweißungen nur ein kleiner Bruchteil der vollen Ankeröffnung
erreicht wird.
[0034] Das beschriebene Verfahren ermöglicht also eine eindeutige Aussage über den Verschweißzustand
bzw. den Abbrand der Hauptkontakte und einen notwendigen Austausch der Kontaktstücke.
1. Verfahren zur Bestimmung der Restlebensdauer von Kontakten (2,4) in Schaltgeräten,
insbesondere von Schützkontakten, bei denen die Kontaktstücke (2,4) mit dem Schalten
einem Abbrand unterliegen, wobei Ersatzkriterien für den Abbrand ausgewertet werden,
dadurch gekennzeichnet, daß als Ersatzkriterium der sogenannte Kontaktdurchdruck an der Schaltstrecke gewählt
wird und daß zur Bestimmung des Abbrandes der Kontaktstücke (2,4), jeweils die Durchdruckänderung
während des Ausschaltvorganges bestimmt und als Restlebensdauer des Schaltgerätes
umgerechnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchdruckänderung durch eine Zeitmessung des Ankerweges vom Beginn der
Ankerbewegung bis zum Beginn der Kontaktöffnung ermittelt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung der Restlebensdauer gemäß Gleichung
erfolgt, wobei t
0 die Zeit des Ankerbewegungsbeginns und t
i die Zeit des Öffnungsbeginns der Hauptkontakte sowie c eine konstruktiv bestimmte
Konstante bedeuten.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß aus der Restlebensdauer (Rld) die Restbetriebsdauer des Schaltgerätes gemäß
Gleichung
errechnet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß aus der Restlebensdauer (Rld) die Restschaltzahl des Schaltgerätes bezogen auf
seine Schaltzahl N gemäß Gleichung
errechnet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß gemäß den angegebenen Gleichungen (1, 2, 3) Restlebensdauer (Rld), Restbetriebsdauer
(Rbd) und/oder Restschaltzahl (Rsz) softwaremäßig berechnet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung des Bewegungsbeginns des Ankers (12) die beiden Zustände, "Polflächen
von Anker (12) und Joch (10) berühren sich" und "Polflächen von Anker (12), und Joch
(10) sind getrennt," der Anker (12) durch einen federnden, ersten Hilfskontakt (15)
über den einen Anschluß und das Joch über den anderen Anschluß an einen ersten Hilfsstromkreis
angeschlossen sind.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überprüfung auf Kontaktverschweißung der Anker (12) durch einen federnden,
ersten und zweiten Hilfskontakt (15) an einen zweiten Hilfsstromkreis angeschlossen
ist, wenn der Ankerluftspalt einen vorgegebenen Wert unterschreitet.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorlaufweg des ersten und zweiten Hilfskontaktes (15), größer ist als der
Kontaktdurchdruck im Neuzustand, und daß der Vorlaufweg vorzugsweise der Hälfte der
vollen Ankeröffnung entspricht.
10. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Beginn der Kontaktöffnung aus der stufenförmigen Änderung der Kontaktspannung
bestimmt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Beginn der Kontaktöffnung aus der Induktivitätsänderung eines Hilfsstromkreises
bestimmt wird, welcher parallel zu dem zu überwachenden Hauptkontakt an der Hauptstrombahn
angeschlossen ist.
12. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreiten vorgegebener Grenzen der Änderung der Restlebensdauer zwischen
zwei aufeinander folgenden Schaltungen, oder zwischen zwei aufeinander folgenden Mittelwerten
aus mehreren Schaltungen Funktionsstörungen erfaßt und angezeigt werden, wie Bruch
von Kontaktträger, Federbügel, Ablötung von Kontaktstücken und dergleichen.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Kontaktspannung vor dem Beginn der Kontaktöffnung eine Störung der Kontaktgabe
abgeleitet und angezeigt wird, wenn die Kontaktspannung einen vorgegebenen Grenzwert
während einer vorgegebenen Zeitdauer überschreitet.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung der Kontaktübertemperatur die Verlustleistung bestimmt wird,
indem die Werte der Kontaktspannung und des Schalterstromes, welcher beispielsweise
mit einem Stromwandler gemessen werden kann, miteinander multipliziert werden, und
bei Überschreitung eines vorgegebenen Grenzwertes während einer vorgegebenen Zeitdauer
eine Störung der Kontaktgabe angezeigt wird.
15. Anordnung mit Mitteln zur Bestimmung der Restlebensdauer von Kontakten (2, 4) in Schaltgeräten,
insbesondere von Schützkontakten, bei denen die Kontaktstücke (2, 4) mit dem Schalten
einem Abbrand unterliegen, wobei Ersatzkriterien für den Abbrand ausgewertet werden,
dadurch gekennzeichnet, daß das Ersatzkriterium der sogenannte Kontaktdurchdruck an der Schaltstrecke ist
und daß die Mittel zur Bestimmung der Restlebensdauer den Abbrand der Kontaktstücke
(2, 4) durch Erfassen der Durchdruckänderung während des Ausschaltvorganges bestimmen
und eine Prozessoreinheit, einen Controller (40) und Speicher (41) umfassen sowie
ein zugehöriges Display (45) zur Anzeige wenigstens der Restlebensdauer (Rld) enthalten.
16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Schaltgerät Anzeigemittel für die Restlebensdauer (Rld), Restbetriebsdauer
(Rbd) und/oder Restschaltzahl (Rsz) und gegebenenfalls weiterer Anzeigegrößen vorhanden
sind.
17. Anordnung nach Anspruch 15 zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsstromkreis ein gedämpfter Schwingkreis ist, der durch einen Generator
gespeist wird, dessen Frequenz näherungsweise der Resonanzfrequenz des Hilfsstromkreises
bei geschlossenem, zu überwachenden Hauptkontakt entspricht.
1. Method for determining the residual life of contacts (2, 4) in switching devices,
in particular of earthing contacts, in which the contacts (2, 4) are, with the switching,
subject to an erosion, wherein equivalent criteria for the erosion are evaluated,
characterised in that there is chosen as an equivalent criterion the so-called contact
spring action at the contact gap, and in that in order to determine the erosion of
the contacts (2, 4), the change in spring action during the breaking operation is
determined in each case and converted as residual life of the switching device.
2. Method according to claim 1, characterised in that the change in spring action is
established by a time measurement of the armature travel from the start of the armature
movement to the start of the contact opening.
3. Method according to one of the preceding claims, characterised in that the determining
of the residual life takes place in accordance with equation
where t
0 is the time of the start of the armature movement and t
i is the time of the start of opening of the main contacts and c is a structurally
determined constant.
4. Method according to claim 3, characterised in that from the residual life (Rld), the
residual running time of the switching device is calculated in accordance with equation
5. Method according to claim 3, characterised in that from the residual life (Rld), the
residual number of operations of the switching device with respect to its number of
operations N is calculated in accordance with equation
6. Method according to one of claims 3 to 5, characterised in that in accordance with
the given equations (1, 2, 3), the residual life (Rld), residual running time (Rbd)
and/or residual number of operations (Rsz) are software-calculated.
7. Method according to claim 2, characterised in that in order to determine the start
of movement of the armature (12), the two states "pole faces of armature (12) and
yoke (10) are touching" and "pole faces of armature (12) and yoke (10) are separated",
the armature (12), by means of a spring-mounted first auxiliary contact (15), is connected
to a first auxiliary circuit by way of one terminal, and the yoke is connected to
said first auxiliary circuit by way of the other terminal.
8. Method according to claim 7 characterised in that in order to check for contact welding,
the armature (12), by means of a spring-mounted first and second auxiliary contact
(15), is connected to a second auxiliary circuit if the armature air gap falls below
a predetermined value.
9. Method according to claim 8, characterised in that the pre-travel of the first and
second auxiliary contact (15) is greater than the contact spring action in the new
state, and in that the pre-travel preferably corresponds to half the complete armature
opening.
10. Method according to claim 2, characterised in that the start of the contact opening
is determined from the step-by-step change in the contact potential.
11. Method according to claim 2, characterised in that the start of the contact opening
is determined from the change in inductance of an auxiliary circuit, which is connected
to the main circuit in parallel with the main contact to be monitored.
12. Method according to claim 2, characterised in that if predetermined limits of the
change in the residual life between two successive circuits, or between two successive
mean values from a plurality of circuits, are exceeded, malfunctions are detected
and displayed, such as breakage of contact carrier, spring clip, un-soldering of contacts
and suchlike.
13. Method according to claim 12, characterised in that from the contact potential before
the start of the contact opening, a disturbance of the contact closure is derived
and displayed if the contact potential exceeds a predetermined limiting value during
a predetermined duration.
14. Method according to claim 13, characterised in that in order to monitor the contact
excess temperature, the power loss is determined by multiplying the values of the
contact potential and the switch current, which can be measured by a current transformer,
for example, and in the event of the exceeding of a predetermined limiting value during
a predetermined duration, a disturbance of the contact closure is displayed.
15. Arrangement having means for determining the residual life of contacts (2, 4) in switching
devices, in particular of earthing contacts, in which the contacts (2, 4) are, with
the switching, subject to an erosion, wherein equivalent criteria for the erosion
are evaluated, characterised in that the equivalent criterion is the so-called contact
spring action at the contact gap, and in that the means for determining the residual
life determine the erosion of the contacts (2, 4) by detecting the change in spring
action during the breaking operation and comprise a processor unit, a controller (40)
and memory (41) and an associated display (45) for display of at least the residual
life (Rld).
16. Arrangement according to claim 15,
characterised in that there are present on the switching device display means for
the residual life (Rld), residual running time (Rbd) and/or residual number of operations
(Rsz) and possibly further display variables.
17. Arrangement according to claim 15 for carrying out the method according to claim 11,
characterised in that the auxiliary circuit is a damped oscillating circuit which
is supplied by a generator, the frequency of which corresponds by approximation to
the resonant frequency of the auxiliary circuit in the case of a closed main contact
to be monitored.
1. Procédé pour déterminer la durée de vie résiduelle des contacts (2, 4) dans des appareils
de commutation, en particulier des contacts de contacteurs, dans lesquels les pièces
de contact (2,4) sont soumises à une usure lors de la commutation, en exploitant des
critères de remplacement de l'usure, caractérisé en ce que l'on choisit, comme critère
de remplacement, ce que l'on appelle la pression de contact dans la zone de commutation
et, pour la détermination de l'usure des pièces de contact (2,4), on détermine une
modification de la pression du contact pendant l'opération d'ouverture et on la convertit
en durée de vie résiduelle de l'appareil de commutation.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la modification de la pression
de contact est déterminée par une mesure du temps du chemin de l'armature, à partir
du début du mouvement de l'armature jusqu'au début de l'ouverture du contact.
3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la détermination
de la durée de vie résiduelle s'effectue conformément de l'équation
dans lequel t
0 représente l'instant du commencement du mouvement d'armature et t
i l'instant du début de l'ouverture des contacts principaux alors que c représente
une constante déterminée par construction.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la durée de vie résiduelle
du fonctionnement de l'appareil de commutation est calculée à partir de la durée de
vie résiduelle (Rld) conformément à l'équation
5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le nombre résiduel de commutations
de l'appareil de commutation rapporté à son nombre de commutations N est calculé à
partir de la durée de vie résiduelle (Rld) conformément à l'équation
6. Procédé selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que conformément aux
équations indiquées (1, 2, 3), la durée de vie résiduelle (Rld), la durée de vie résiduelle
de fonctionnement (Rbd) et/ou le nombre résiduel de commutations sont calculés de
manière logicielle.
7. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce quel pour déterminer le début
du déplacement de l'armature (12) les deux états, "les surfaces polaires de l'armature
(12) et de la culasse (10) se touchent" et "les surfaces polaires de l'armature (12)
et de la culasse (10) sont séparées", l'armature et la culasse sont raccordées, l'armature
(12) en passant par un premier contact auxiliaire élastique (15) par l'une des bornes
et la culasse par l'autre borne à un premier circuit de courant auxiliaire.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que pour le contrôle de soudure
de contact, l'armature (12) par l'intermédiaire d'un premier et deuxième contacts
auxiliaires élastiques est raccordée à un deuxième circuit de courant auxiliaire,
si l'entrefer de l'armature reste en dessous d'une valeur donnée.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la course préalable du premier
et du deuxième contacts auxiliaires (15) est plus grande que la pression de contact
à l'état neuf et en ce que la course préalable correspond de préférence à la moitié
de l'ouverture complète de l'armature.
10. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le commencement de l'ouverture
de contact est déterminé par la modification étagée de la tension de contact.
11. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le commencement de l'ouverture
de contact est déterminé par la modification d'inductance d'un circuit de courant
auxiliaire, lequel est relié, en parallèle au contact principal à surveiller, à la
voie de courant principal.
12. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que dans le cas de dépassement
de limites données de modification de la durée de vie résiduelle entre deux commutations
se suivant l'une après l'autre, ou entre deux valeurs moyennes se suivant l'une après
l'autre, sur plusieurs commutations, les dysfonctionnements sont recensés et affichés,
tels que la rupture de support de contact, d'étrier de ressort, l'enlèvement de la
brasure de pièces de contact et analogues.
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que, à partir de la tension de
contact avant le commencement de l'ouverture de contact, il est déduit et affiché
un dysfonctionnement de contact, lorsque la tension de contact dépasse une valeur
limite donnée pendant une durée donnée.
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que, pour la surveillance d'un
niveau de température trop élevé du contact, la puissance perdue est déterminée, en
ce que les valeurs de la tension de contact et du courant du commutateur, qui par
exemple peut être mesuré avec un transformateur de courant, sont multipliées entre
elles, et un dysfonctionnement de contact est affiché lors du dépassement d'une valeur
limite donnée pendant une durée donnée.
15. Dispositif comprenant des moyens de détermination de la durée de vie résiduelle de
contacts (2, 4) des appareils de commutation, en particulier des contacts de contacteurs,
dans lesquels les pièces de contact (2, 4) subissent une usure lors de la commutation,
en exploitant des critères de remplacement de l'usure, caractérisé en ce que le critère
de remplacement est ce que l'on appelle pression de contact dans la zone de commutation
et en ce que les moyens de détermination de la durée de vie résiduelle déterminent
l'usure des pièces de contact (2, 4) en détectant la modification de la pression du
contact pendant l'opération d'ouverture et comprennent une unité de processeur, un
contrôleur (40) et une mémoire (41) et comportent aussi un affichage associé (45)
au moins pour l'indication de la durée de vie résiduelle (Rld).
16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'appareil de commutation
présente des moyens d'affichage de la durée de vie résiduelle (Rld), de la durée de
vie résiduelle de fonctionnement (Rdb) et/ou du nombre résiduel de commutations (Rsz)
et, le cas échéant, d'autres grandeurs à afficher.
17. Dispositif selon la revendication 15 pour l'application du procédé conformément à
la revendication 11, caractérisé en ce que le circuit de courant auxiliaire est un
circuit oscillant amorti, alimenté par un générateur dont la fréquence correspond
approximativement à la fréquence de résonance du circuit de courant auxiliaire, lorsque
le contact principal à surveiller est fermé.