DE19954037A1

DE19954037A1 - Method for monitoring the functionality of a component of an electrical device during operation

Info

Publication number: DE19954037A1
Application number: DE1999154037
Authority: DE
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1999-10-29
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2001-05-03
Also published as: WO2001033686A2; WO2001033686A3; EP1293022A2

Abstract

According to the invention, the retaining force of a permanent magnet, which forms part of the tripping magnet (11) in a circuit breaker forming part of a power switch (2) in a power supply circuit, is monitored, whereby the release coil of the tripping magnet (11) is energised with a pulse of current before a predicted response, whose duration is shorter than that duration necessary for the desired response.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet des Erfassens einer physi kalischen Größe und ist bei der Überwachung der Funktionsfä higkeit eines Bauelementes anzuwenden, das Teil einer Bau gruppe eines in Betrieb befindlichen elektrischen Gerätes ist. Eine solche Überwachung kann in der Weise ablaufen, daß die Baugruppe mit einem elektrischen, optischen oder akusti schen Prüfimpuls beaufschlagt und die aufgrund einer speziel len Eigenschaft des Bauelementes erfolgende Reaktion der Bau gruppe erfaßt und ausgewertet wird.The invention is in the field of the detection of a physi calic size and is in the monitoring of the function ability to apply a component that is part of a construction Group of an electrical device in operation is. Such monitoring can take place in such a way that the assembly with an electrical, optical or acousti test impulse and due to a special len property of the component taking place reaction of the construction group is recorded and evaluated.

Ein elektrisches Gerät, bei dem Bauelemente während des Be triebes einer Überwachung ihrer Funktionsfähigkeit bedürfen, sind beispielsweise elektrische Schaltgeräte. So ist für Mit telspannungs-Schaltgeräte, die als-Schaltelement eine Vakuum schaltröhre enthalten, ein Verfahren zur Drucküberwachung der Vakuumschaltröhre bekannt, bei dem als akustische Prüfimpulse Ultraschallwellen in die Vakuumschaltröhre gesendet werden und bei dem in der Vakuumschaltröhrehreflektierte Ultra schallwellen empfangen werden und bei den aus den empfangenen Signalen der Innendruck der Vakuumschaltröhre ermittelt wird (DE 195 39 535 A1). Für den gleichen Zweck kann auch mit ei ner an die geöffneten, sich langsam schließenden Schaltkon takte angelegten Spannung (DE 195- 26 393 A1) oder mit einem hochfrequenten Strom (DE 36 43 672 C2) oder auch mit opti schen Hilfsmitteln (DE 20 02 686 A1) gearbeitet werden.An electrical device in which components during loading drives require their functionality to be monitored, are, for example, electrical switching devices. So for Mit Telvoltage switchgear, which as a switching element a vacuum contain switching tube, a method for pressure monitoring of the Vacuum interrupter known as acoustic test pulses Ultrasonic waves are sent into the vacuum interrupter and the Ultra reflected in the vacuum tube sound waves are received and from those received Signals the internal pressure of the vacuum interrupter is determined (DE 195 39 535 A1). For the same purpose you can also use egg ner to the open, slowly closing Schaltkon clock applied voltage (DE 195-26 393 A1) or with a high-frequency current (DE 36 43 672 C2) or with opti aids (DE 20 02 686 A1) are worked on.

Bei Leistungsschaltern, die in Energieverteilungsnetzen im Niederspannungsbereich eingebunden sind, werden zur Auslösung eines Schaltvorganges unter anderem Unterspannungs- und Über strom-Auslöser eingesetzt, die einen Auslösemagneten aufwei sen; bei Ansprechen des Auslösemagneten wird die Auslösung . des Leistungsschalters bewirkt (Prospekt "Leistungsschalter 3WN1" der Siemens AG, 1986, Seiten 1 bis 13). Die in solchen Schaltern eingesetzten Überstromauslöser sind als "magnetge fesselte" Auslöser ausgestaltet, das heißt sie weisen eine auf einen Magnetkern aufgebrachte Auslösespule, einen Schlaganker, der unter der Einwirkung einer magnetischen oder mechanischen Feder steht, und einen dem Schlaganker zugeord neten Fesselmagneten auf. Bei dem Fesselmagneten handelt es um einen Permanentmagneten, der im Ruhezustand des Auslösers den Schlaganker in auslösebereiter Stellung festhält. Im Aus lösefall schwächt das von der Auslösespule erzeugte Magnet feld das Magnetfeld des Fesselmagneten, so daß dieser sich unter dem Einfluß des erzeugten Magnetfeldes und/oder der Federkraft bewegen kann (DE 27 55 645 B1, DE 42 38 939 A1). Bei Überstromauslösern kommt es darauf an, eine gewünschte Auslösestromstärke genau einstellen zu können und eine Beeinflussung der Einstellung durch Erschütterungen- und Vibrationen möglichst auszuschließen. Dies ist dann nicht mehr gewährleistet, wenn die Remanenz des Permanentmagneten, mit dem der Schlaganker vor der Auslösung festgehalten wird, im Zuge eines Alterungsprozesses abnimmt.In circuit breakers, which are integrated in power distribution networks in the low-voltage range, undervoltage and overcurrent releases are used to trigger a switching operation, which have a release magnet; when the tripping magnet responds, the tripping. of the circuit breaker (brochure "Circuit breaker 3 WN1" from Siemens AG, 1986, pages 1 to 13). The overcurrent releases used in such switches are designed as "magnetically tied" releases, that is to say they have a release coil attached to a magnetic core, an impact armature, which is under the action of a magnetic or mechanical spring, and a captive magnet associated with the impact armature. The shackle magnet is a permanent magnet that, when the trigger is at rest, holds the anchor in the ready-to-fire position. In the event of a release, the magnetic field generated by the trigger coil weakens the magnetic field of the captive magnet, so that it can move under the influence of the magnetic field generated and / or the spring force (DE 27 55 645 B1, DE 42 38 939 A1). In the case of overcurrent releases, it is important to be able to precisely set a desired tripping current and to rule out any influence of the setting by shocks and vibrations. This is no longer guaranteed if the remanence of the permanent magnet, with which the impact armature is held before triggering, decreases in the course of an aging process.

Ausgehend von einem Verfahren mit den Merkmalen des Oberbe griffes des Patentanspruches 1 liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Überwachung der Halte kraft des Fesselmagneten zu schaffen.Based on a procedure with the characteristics of the Oberbe handle of claim 1, the invention is therefore the Task based, a way to monitor the stops power to create the bondage magnet.

Zur Lösung diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß bei Auftreten eines Überstromes im Energieverteilungsnetz die Auslösespule zu einem Zeitpunkt, der vor der atifgrund des Überstromes prognostizierten Ansteuerung des Auslösemagneten liegt, mit einem Stromimpuls belastet wird, dessen Dauer un terhalb der für ein Ansprechen der Auslösespule an sich er forderlichen Dauer liegt.To achieve this object, the invention provides that when an overcurrent occurs in the power distribution network the release coil at a time before the atifgrund of the Overcurrent forecast control of the tripping magnet is loaded with a current pulse, the duration of which is un below that for a response of the trigger coil itself required duration.

Mit einem gemäß der Erfindung ausgebildeten Überwachungsver fahren ist es somit möglich, die Haltekraft des im Auslösema gneten angeordneten Permamentmagneten zu überwachen. Führt nämlich der Prüfimpuls zu einem Ansprechen des Auslösemagne ten, so kann aufgrund dieses "vorzeitigen" Ansprechens ein Alarm gegeben und nachfolgend der geschwächte Permamentmagnet beziehungsweise der komplette Auslösemagnet (die Baugruppe) ausgewechselt werden.With a surveillance ver designed according to the invention It is therefore possible to drive the holding force of the release mechanism arranged to monitor permanent magnet. Leads namely the test impulse to respond to the triggering magnet due to this "early" response Alarm given and then the weakened permanent magnet or the complete release magnet (the assembly) be replaced.

Die auf die Auslösespule für den Prüfzweck gegebene Auslö-se spannung hat den gleichen Wert wie die zum eigentlichen Aus lösen vorgesehene Auslösespannung, der Spannungsimpuls muß jedoch zeitlich kürzer gewählt werden. Bedingt durch die In duktivität der Auslösespule überschreitet dann der Strom nicht den Wert, der bei intaktem Permanentmagneten zum Auslö sen erforderlich ist.The trip on the trip coil for the test purpose voltage has the same value as that for the actual off release the intended trigger voltage, the voltage pulse must however, be chosen shorter in time. Due to the In The inductance of the trip coil then exceeds the current not the value that triggers when the permanent magnet is intact sen is required.

Die der Überwachung der Haltekraft des Permanentmagneten die nende Ansteuerung der Auslösespule kann auch in mehreren sich steigernden Stufen durchgeführt werden, indem die Dauer der nacheinander aufgebrachten Prüfimpulse schrittweise vergrös sert wird.The monitoring of the holding force of the permanent magnet The triggering coil can also be activated in several different ways incremental stages are carried out by the duration of the successively applied test pulses gradually increased sert.

Ein besonderer Vorteil des neuen Überwachungsverfahrens be steht darin, das es keine zusätzlichen mechanischen oder elektrischen beziehungsweise elektronischen Bauteile erfor dert sondern allein durch eine entsprechende Programmierung in dem dem Überstromauslöser zugeordneten Mikroprozessor er fordert. Bereits in Betrieb befindliche Schalter können durch Austausch des Festspeichers (EPROMS) nachgerüstet werden.A special advantage of the new monitoring procedure be is that there are no additional mechanical or electrical or electronic components but only through appropriate programming in the microprocessor associated with the overcurrent release demands. Switches that are already in operation can be switched on Fixed memory exchange (EPROMS) can be retrofitted.

Das gemäß der Erfindung ausgebildete Überwachungsverfahren wird zweckmäßig nur bei sogenannten "zeitunkritischen" Auslö sungen angewendet, also nicht im Kurzschlußfall oder bei sehr hohen Strömen. Zeitunkritische Auslösungen liegen dann vor, wenn die bei Auftreten eines Überstromes prognostizierte Aus lösezeit mehr als 3 s beträgt.The monitoring method designed according to the invention is useful only with so-called "time-uncritical" tripping solutions applied, i.e. not in the event of a short circuit or very high currents. Time-critical triggers are then available if the off predicted when an overcurrent occurs release time is more than 3 s.

Eine Schaltungsanordnung mit der das neue Überwachungsver fahren ausgeführt werden kann, ist in der Figur dargestellt.A circuit arrangement with which the new surveillance ver driving can be performed is shown in the figure.

Teil der Schaltungsanordnung ist eine Gleichrichterschaltung 5, die über die Sekundärwicklung 4 eines Stromwandlers 3 aus einer Phase 1 eines Niederspannungs-Energieverteilungsnetzes gespeist wird. Der Gleichrichterschaltung 5 ist als Verbrau cher ein Auslösemagnet 11 zugeordnet, der im Falle seines An sprechens einen in der Phase 1 des Niederspannungs-Stark stromnetzes angeordneten Schalter 2 ansteuert. Im Strom kreis des Auslösemagneten 11 sind eine Diode 14 und ein elek tronischer Schalter 12 angeordnet. Der elektronischa Schalter 12 ist direkt oder - mittels einer Ansteuerschaltung 15 - in direkt von einer mikroprozessorgesteuerten Auslöseschaltung a- - angesteuerbar.Part of the circuit arrangement is a rectifier circuit 5 , which is fed via the secondary winding 4 of a current transformer 3 from a phase 1 of a low-voltage power distribution network. The rectifier circuit 5 is assigned as a consumer cher, a trigger magnet 11 which, in the case of its speaking, controls a switch 2 arranged in phase 1 of the low-voltage high-voltage network. In the circuit of the trigger magnet 11 , a diode 14 and an electronic switch 12 are arranged. The electronic switch 12 can be controlled directly or - by means of a control circuit 15 - directly from a microprocessor-controlled trigger circuit a-.

Sowohl die Auslöseschaltung 8 als auch weitere elektronische Komponenten der Schaltung werden von einem Netzteil 7, wel ches einen Spannungsregler enthält, mit Spannung versorgt.Both the trigger circuit 8 and other electronic components of the circuit are supplied with voltage by a power supply unit 7 , which contains a voltage regulator.

Parallel zum Auslösemagneten 11 sind noch ein Ladekondensator 6 sowie ein elektronischer Schalter 10 angeordnet, wobei der elektronische Schalter 10 zur Regelung der Ladespannung des Ladekondensators 6 dient und direkt oder - mittels einer An steuerschaltung 9 - indirekt von der mikroprozessorgesteuer ten Auslöseschaltung 8 angesteuerbar ist.A charging capacitor 6 and an electronic switch 10 are also arranged parallel to the trigger magnet 11 , the electronic switch 10 being used to regulate the charging voltage of the charging capacitor 6 and can be controlled directly or - by means of a control circuit 9 - indirectly by the microprocessor-controlled trigger circuit 8 .

Im Stromkreis der Gleichrichterschaltung liegt noch ein Meß widerstand 13, wobei der an diesem Widerstand sich ergebende Spannungsabfall als Meßsignal der Auslöseschaltung 8 zuge führt wird.In the circuit of the rectifier circuit there is still a measuring resistor 13 , the voltage drop resulting from this resistor being supplied as a measuring signal to the trigger circuit 8 .

Ein im Niederspannungs-Energieverteilungsnetzes auftretender Überstrom wird durch einen entsprechenden Spannungsabfall am Meßwiderstand 13 der Auslöseschaltung 8 mitgeteilt. Der in der Auslöseschaltung 8 enthaltene Mikroprozessor errechnet dabei die aufgrund der Größe des Überstromes sich ergebende voraussichtliche Auslösezeit für den Auslösemagneten 11. Der Mikroprozesssor ist weiterhin so programmiert, daß er etwa 50 bis 100 ms vor der Auslösung des Auslösemagneten 11 durch Be tätigung des elektronischen Schalters 12 einen Prüfimpuls auf den Auslösmagneten 11 gibt, dessen Dauer kürzer als die zum Ansprechen des Auslösemagneten an sich erforderliche Dauer ist. Führt diese Ansteuerung zu einem Auslösendes Auslöse magneten 11, so ist dies ein Zeichen dafür, daß der Fessel magnet nicht mehr die erforderliche Remanenz aufweist. Die vorzeitig erfolgte Auslösung wird von der Auslöseschaltung 8 registriert und kann als Fehler angezeigt werden.An overcurrent occurring in the low-voltage power distribution network is communicated to the trigger circuit 8 by a corresponding voltage drop across the measuring resistor 13 . The microprocessor contained in the tripping circuit 8 calculates the expected tripping time for the tripping magnet 11 that results from the size of the overcurrent. The microprocessor is also programmed so that it gives about 50 to 100 ms before the triggering of the trigger magnet 11 by actuating the electronic switch 12, a test pulse on the trigger magnet 11 , the duration of which is shorter than the duration required to respond to the trigger magnet. If this control leads to a triggering trigger magnet 11 , this is a sign that the shackle magnet no longer has the required remanence. The premature triggering is registered by the trigger circuit 8 and can be displayed as an error.

Claims

1. A method for monitoring the functionality of a component, which is part of a subassembly of an electrical device, during the operation of the device, in which the subassembly is subjected to a test pulse and the reaction of the component or the subassembly that takes place due to a special property of the component is recorded and evaluated,
characterized by
that for monitoring the holding force of a permanent magnet, which is part of a release magnet ( 11 ) in an overcurrent release of an integrated in an energy distribution low-voltage circuit breaker ( 2 ) for holding a spring-loaded impact armature is net angeord,
in the event of an overcurrent in the power distribution network, the trigger coil is loaded with a current pulse at a point in time before the predicted triggering of the trigger magnet ( 11 ), the duration of which is below the duration required for a response of the trigger magnet itself.

2. The method according to claim 1, characterized, that the trigger coil in succession with several test pulses increasing duration is charged.