Verfahren zur Bestimmung der Restlebensdauer von Kontakten in Schaltgeräten und zugehörige Anordnung

Beschreibung

[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 t₀ 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 t₀ 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 U₀ 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 U₀ ab. Beim Abheben des Ankers 12 vom Joch 10 wird der Strompfad über die Polflächen unterbrochen und die Spannung am Meßwiderstand wechselt von U₀ nach Null. Die Spannungsflanke U₀ → 0 wird in einer Auswerteeinrichtung als Zeitpunkt t₀ 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 U₀ besteht, ein. Die Spannung am Meßwiderstand wechselt dabei von Null nach U₀ und die Spannungsflanke 0 → U₀ 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 S₁ 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 L₁ = 0,3 µH, für den überwachten Parallelstrompfad L₂ = 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 S₁ und geschlossenem Hauptkontakt S₂ eine Abnahme der Meßspannung am Widerstand auf etwa 1/2 bis 1/3 des Ausgangswertes. Ohne Parallelstrombahn, d.h. bei geöffnetem Hauptkontakt S₂, würde die Meßspannung am Meßwiderstand R beim Öffnen des Hauptkontaktes S₁ 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 t₀ 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 t₀ 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-t₀)². Bezogen auf den Durchdruck s im Neuzustand ergibt sich die einfache Relation s_i/s_i,neu = ((t_i-t₀)/(t_i,neu -t₀))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 -t₀ bestimmt werden muß, wonach während des Betriebes lediglich noch die Zeitdifferenzen t_i-t₀ 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 t₀ 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 N₀ bestimmen. Als konstante Eingabegröße enthält der Controller 40 die Geometriegröße c. Aus den Zeitsignalen t₀, t_i bestimmt der Controller 40 die Zeitdifferenz t_i-t₀, wobei die den Neuzustand charakterisierende Bezugsgröße t_i,neu-t₀ als Mittelwert der Zeitdifferenz t_i-t₀ 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.

Ansprüche

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 t₀ 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.

Claims

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 t₀ 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.

Revendications

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 t₀ 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.

Zeichnung