DE19923362A1

DE19923362A1 - Verfahren zur Bewertung des Kontaktzustandes eines Leistungsschalters

Info

Publication number: DE19923362A1
Application number: DE1999123362
Authority: DE
Inventors: Volker Rees; Bernhard Feuchter
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1999-05-21
Filing date: 1999-05-21
Publication date: 2000-11-23
Anticipated expiration: 2019-05-22
Also published as: DE19923362B4; DE19923362C5

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Bewertung des Kontaktzustandes eines Leistungsschalters vorgeschlagen, bei dem für jede auftretende Kurzschlußausschaltung das Produkt aus der Lichtbogenbrenndauer (t¶Libo¶) und einem Effektivwert des Kurzschlußstromes (I¶KS¶) während der Lichtbogenbrenndauer (t¶Libo¶) gebildet wird. Die gebildeten Produkte werden summiert. Die Summe dieser Produkte wird als Kriterium für den aktuellen Kontaktzustand herangezogen. DOLLAR A Es wird ein Grenzwert (MAX) für die Summe der Produkte vorgegeben, bei dessen Erreichen eine Revision des Leistungsschalters erforderlich ist. Die Bewertung des Kontaktzustandes erfolgt getrennt für jede Phase des Schalters.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bewertung des Kontaktzustandes ei nes Leistungsschalters gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und kann bei Hoch spannungsleistungsschaltern in metallgekapselten Anlagen oder in Freiluftanlagen ein gesetzt werden.

Um den aktuellen Kontaktzustand eines Hochspannungs-Leistungsschalters zu ermit teln, muß üblicherweise vor und hinter dem Schaltgerät eine Meßmöglichkeit auf die Hauptstrombahn (Sammelschiene) geschaffen werden. Folglich muß ein Teil einer das Schaltgerät enthaltenden Schaltanlage außer Betrieb gehen. Beispielsweise kann ein erster Meßpunkt am Schnellerdungsschalter des zu messenden Feldes und ein zwei ter Meßpunkt am Schnellerdungsschalter des benachbarten Feldes vorgesehen sein. Die Sammelschiene ist somit innerhalb der Meßkette und muß zur Bestimmung des Kontaktabbrandes außer Betrieb gehen, d. h. es ist eine nachteilige Freischaltung er forderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bewertung des Kontaktzu standes eines Leistungsschalters der eingangs genannten Art anzugeben, mit dessen Hilfe Freischaltungen am Feld einer Schaltanlage vermieden werden.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungs gemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit Hilfe einer einzigen Berechnungsformel die eine aussagekräftige Größe zur Zustandsein schätzung von Leistungsschaltern darstellende Kontaktbelastung sowohl für kleine Kurzschlußströme als auch für große Kurzschlußströme mit jeweils beliebigem Gleich anteil richtig bewertet wird. Das vorgeschlagene Verfahren kumuliert die Kontaktbela stung trotz unterschiedlicher Abbrandmechanismen sowohl bei großen als auch bei kleinen Kurzschlußströmen in zutreffender Art und Weise und führt somit auf eine sehr unkomplizierte Art und Weise zu einer zuverlässigen Einschätzung des jeweils aktuel len Kontaktzustandes.

Weitere Vorteile sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeich net.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der einzigen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.

In der Figur ist ein typischer zeitlicher Kurzschlußstromverlauf dargestellt. Der Zeitpunkt des Kurzschlußeintritts ist mit t = t₀ bezeichnet. Der mittels eines Stromwandlers erfaß te, nach dem Zeitpunkt t₀ stark ansteigende Strom i wird mit Hilfe eines Schutzrelais erkannt, welches eine Ausschaltung des Leistungsschalters veranlaßt. Zum Zeitpunkt t₁ beginnt der Stromfluß in der Auslösespule des Leistungsschalterantriebs. Dementspre chend wird der Zeitraum von t₀ bis t₁ als Schutzrelaiszeit bezeichnet.

Zum Zeitpunkt t = t₁' erfaßt ein erster Näherungsschalter im Leistungsschalterantrieb den Beginn der Bewegung des beweglichen Kontaktes des Leistungsschalters. Mit an deren Worten gibt t₁' den Zeitpunkt des Verlassens der Anfangsstellung des Leistungs schalters an. Die beweglichen Kontakte des Leistungsschalters sind über eine Schalt stange starr mit dem Leistungsschalterantrieb gekoppelt, so daß die Bewegung des Antriebs ein genaues Abbild der Bewegung der Leistungsschalterkontakte darstellt. Dementsprechend wird der Zeitraum von t₁ bis t₁' als Reaktionszeit t_R bezeichnet. Der Zeitpunkt der galvanischen Kontakttrennung des Leistungsschalters ist mit t₂ bezeich net. Dementsprechend ist der Zeitraum von t₁ bis t₂ die Ausschalteigenzeit t_a.

Der Lichtbogen ist zum Zeitpunkt t₃ gelöscht. Dementsprechend ist der Zeitraum von t₂ bis t₃ die Lichtbogenbrenndauer t_Libo. Zum Zeitpunkt t = t₄ ist die mittels eines zweiten Näherungsschalters erfaßte Endstellung des beweglichen Kontakts des Leistungs schalters nach der Ausschaltung erreicht. Der Zeitraum von t₁' bis t₄ wird auch als Be wegungszeit t_B des beweglichen Schaltkontakts des Leistungsschalters bezeichnet.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, den sich durch Kurzschlußausschaltungen nach und nach verschlechternden, aktuellen Kontaktzustand des Leistungsschalters gemäß folgender Berechnungsformel zu bewerten:

Σ I_KS ^1,7.t_Libo < MAX

Dabei entspricht I_KS dem Effektivwert eines Kurzschlußstromes in kA zwischen den beiden Zeitpunkten t₂ und t₃. Die Zeitspanne t_Libo zwischen den beiden Zeitpunkten t₂ und t₃ entspricht der Lichtbogenbrenndauer in ms. Bei der Ermittlung des Effektivwertes des Kurzschlußstromes I_KS ist der Gleichstromanteil mit zu berücksichtigen. Der Grenz wert MAX ist je nach vorliegendem Schaltertyp unterschiedlich vorzugeben. Bei 60 Hz- Netzen verkürzt sich die zweite Halbwelle des Lichtbogens und der Wert für MAX kann deshalb im Vergleich zu 50 Hz-Netzen um 10% erhöht werden.

Die vorstehende Berechnungsformel ist für jede Phase des Leistungsschalters separat anzuwenden.

Die Anwendung der Berechnungsformel erfolgt unter Einsatz eines Monitoringsystems, dem bei jeder Kurzschlußausschaltung die jeweils aktuellen Werte für I_KS und t_Libo bzw. die zur Ermittlung dieser Werte geeigneten Größen zugeleitet werden und das die Be rechnung, Summenbildung zur Bewertung und zweckmäßig auch die Anzeige des je weils aktuellen Kontaktzustandes (via Bildschirm) vornimmt. Dabei werden nur die Be lastungen durch Kurzschlußausschaltungen betrachtet, d. h. die Kontaktbelastung bei einer Kurzschlußeinschaltung wird nicht berücksichtigt und Ein/Ausschaltungen mit Be triebsströmen werden nicht in die Berechnungsformel einbezogen. Eine bei Kurzschluß auftretende Open-Close-Open-Schaltung (OCO-Schaltung) wird doppelt gewichtet, d. h. wie zwei Kurzschlußausschaltungen gezählt. Eine bei Kurzschluß auftretende Close- Open-Schaltung (CO-Schaltung) wird wie eine Kurzschlußausschaltung gezählt.

Die durch das Monitoringsystem 2 zu bildende Lichtbogenbrenndauer kbo berechnet sich zu:

t_Libo = t₃ - t₂

Der Zeitpunkt t₃ kann dadurch ermittelt werden, daß der Effektivwert des Stromes klei ner oder gleich einem Grenzwert nahe Null detektiert wird (Schwellwertdetektion). Die Bestimmung des Zeitpunktes t₃ mittels Schwellwertdetektion kann durch einen zu hoch eingestellten Schwellwert oder durch "Stromschwänze", welche sich durch eine Entla dung der Hauptinduktivität des Stromwandlers ergeben können, verfälscht werden. Ei ne genaue Bestimmung des Zeitpunktes t₃ ist durch Berechnung des Nulldurchganges des mit einem Rückrechnungsalgorithmus zur Rekonstruktion verzerrter Meßwandlersi gnale berechneten Verlaufes des primärseitigen Kurzschlußstromes möglich.

Der Zeitpunkt t₂ berechnet sich zu:

t₂ = t₄ - t_B - t_R + t_a

Dabei ergeben sich für unterschiedliche Leistungsschalter jeweils unterschiedliche typi sche und konstante Ausschalteigenzeiten t_a, so daß für die Berechnung ein für den be treffenden Leistungsschalter typischer, konstanter Wert für t_a vorgegeben wird. Die Be wegungszeit t_B berechnet sich zu:

t_B = t₄ - t₁

Die Reaktionszeit t_R berechnet sich zu:

t_R = t₁' - t₁

Somit ist die Lichtbogenbrenndauer t_Libo durch Messung der Zeitpunkte t₁, t₁' und t₄ und Eingabe an das Monitoringsystem 2 berechenbar.

Durch die vorgeschlagene Berechnungsformel kommt klar zum Ausdruck, daß es für die Bewertung des Kontaktzustandes von Wichtigkeit ist, ob es sich beispielsweise um eine relativ hohe Anzahl von Kurzschlußausschaltungen mit relativ kleinem Kurz schlußstrom oder um eine relativ kleine Anzahl von Kurzschlußausschaltungen mit re lativ großem Kurzschlußstrom handelt. Stets wird der Einfluß des einzelnen Kurz schlußfalles auf den Kontaktzustand individuell und richtig bewertet.

Wie bereits vorstehend erwähnt, erfolgt zweckmäßig eine visuelle Anzeige des jeweils aktuellen Kontaktzustandes, beispielsweise durch Balkenanzeige eines jeweils aktuel len Wertes im Bereich von 0% bis 100%. Bei Erreichen der 100%-Marke ist eine Re vision des Leistungsschalters durchzuführen. Der Grenzwert MAX ist selbstverständlich derart vorzugeben, daß bei Überschreiten der 100%-Marke noch eine Sicherheitsre serve besteht, so daß eine unmittelbare Gefährdung des Schalters bei Ausschaltungen unter dem Nennstrom keinesfalls zu erwarten ist.

Zusätzlich zur Balkenanzeige erfolgt zweckmäßig eine Einzelauflistung aller erfaßten Kurzschlußausschaltungen, wobei jeweils die ausgeschalteten Kurzschlußstrom- Effektivwerte der einzelnen Phasen einschließlich des jeweiligen Ausschaltzeitpunktes angegeben werden.

Bei den vorstehenden Erläuterungen wird davon ausgegangen, daß der zeitliche Kurz schlußstromverlauf und somit der Effektivwert des Kurzschlußstromes mit hinreichen der Genauigkeit erfaßt werden kann, d. h. es werden mehr oder weniger ideale Bedin gungen an das Übertragungsverhalten sowie die Genauigkeitsklasse der zur Messung eingesetzten Stromwandler vorausgesetzt. In der Praxis kann jedoch ein durch Nichtli nearitäten des Stromwandlers (Wandlersättigung) sowie im Netz auftretende Ober schwingungen verzerrtes Meßsignal (Sekundärstrom des Stromwandlers) auftreten. Auch unter diesen erschwerten Bedingungen muß eine aussagekräftige Abschätzung der Schalterkontaktbelastung und eine Bewertung der Kontaktzustandes möglich sein, d. h. es ist erforderlich, den Effektivwert des Kurzschlußstromes mit hinreichender Ge nauigkeit zu ermitteln. Bei einem infolge Oberschwingungen und/oder Wandlersätti gung und/oder Signalbegrenzung verzerrtem Sekundärstrom eines Stromwandlers wird deshalb ein dem Kurzschlußstrom näherungsweise entsprechendes rekonstruiertes Signal mit Hilfe eines Rückrechnungsalgorithmus gebildet.

Claims

1. Verfahren zur Bewertung des Kontaktzustandes eines Leistungsschalters, dadurch gekennzeichnet, daß für jede auftretende Kurzschlußausschaltung das Pro dukt aus der Lichtbogenbrenndauer (t_Libo) und dem Effektivwert des Kurzschlußstromes (I_KS) während der Lichtbogenbrenndauer (t_Libo) gebildet wird, daß die gebildeten Pro dukte summiert werden und daß die Summe dieser Produkte als Kriterium für den ak tuellen Kontaktzustand herangezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Grenzwert (MAX) für die Summe der Produkte vorgegeben wird, bei dessen Erreichen eine Revi sion des Leistungsschalters erforderlich ist.

3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Bewertung des Kontaktzustandes getrennt für jede Phase des Schalters erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß der Effektivwert des Kurzschlußstromes (I_KS) mit 1, 7 potenziert wird.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Lichtbogenbrenndauer (t_Libo) durch Ermittlung des Beginns (t₁) des Stromflusses in einer Auslösespule des Leistungsschalterantriebs und durch Ermittlung des Beginns (t₁') sowie des Endes (t₄) der Bewegung eines beweglichen Schaltkontak tes des Leistungsschalters bestimmt wird.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß eine bei Kurzschluß auftretende Open-Close-Open-Schaltung wie zwei Kurzschlußausschaltungen gezählt wird.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß eine bei Kurzschluß auftretende Close-Open-Schaltung wie eine Kurz schlußausschaltung gezählt wird.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß eine Darstellung der Bewertung des aktuellen Kontaktzustandes durch eine visuelle Anzeige erfolgt.