DE4028721C2 - Verfahren und Anordnung zur Ermittlung der Restlebensdauer von Schaltgeräten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur Ermittlung der Restlebensdauer von Schalt­ geräten.

Aus der DE 27 27 378 C2 ist eine Einrichtung zur Kontrolle der Betriebsfähigkeit von elektrischen Schalt­ geräten bekannt, bei der ein Augenblickswert des Ab­ schaltstromes erfaßt und einem elektronischen Funktions­ speicher, in dem der Abbrand der Schaltstücke in Abhängig­ keit von der Höhe des abzuschaltenden Stromes gespeichert ist, zugeführt wird. Dabei wird bei jeder Abschaltung ein dem Stromaugenblickswert entsprechender Abbrandwert in einen Summierspeicher eingegeben. Wenn die Summe der Ab­ brandwerte einen vorgebbaren Sollwert überschreitet, kann ein Signal abgegeben werden. Dieser bekannten Einrichtung liegt dabei die Überlegung zugrunde, daß die Lichtbogen­ zeiten und auch die Ströme und Stromflußzeiten bei allen Abschaltungen einem statischen Mittelwert entsprechend gleich sind.

Weiterhin ist aus der DE 26 40 921 A1 Vakuumschalt­ gerät mit einer Einrichtung zur Überwachung der Schalt­ stücke bekannt, bei dem ein Spannungsabfall an einem Teil des Trägerbolzens eines Schaltstückes einer Zähl­ schaltung zugeführt wird. Die Zählschaltung kann bei­ spielsweise als Coulometer ausgebildet sein. Zum Ansteuern der Zählschaltung wird der gesamte Strom erfaßt, der während eines Abschaltvorgangs über die Schaltstücke fließt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ohne konstruktive Veränderung des Schaltgerätes mit hoher Genauigkeit dessen Restlebensdauer zu bestimmen. Dabei sollen nur Meßwerte verwendet werden, die in den Zulei­ tungen gemessen werden können.

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Restlebensdauer des Schaltgeräts ergibt sich aus der Messung des Stromes und der Spannung am Schaltgerät. Beim Ausschaltvorgang wird der Strom integriert. Als Integrationsintervall kann die Verharrzeit des Lichtbogens auf den Kontaktstücken gewählt werden. Diese entspricht im wesentlichen der Zeit zwischen dem Öffnen der Kontakte und dem Zeitpunkt, zu dem der Lichtbogen die Kontakte verläßt. Das Integrationsintervall ist beispielsweise durch einen vorgegebenen Bereich der Schaltstreckenspannung festgelegt. Aus dem Stromintegral wird bei jedem Ausschaltvorgang in einer Auswerteeinheit die über die Kontakte geflossene Ladung berechnet und aufsummiert. Die aufgelaufene Ladungssumme wird in der Auswerteeinheit mit einem vorgegebenen schaltgeräte­ typischen Ladungsgrenzwert verglichen und die Differenz als Maß für die Restlebensdauer genommen. Der Ladungs­ grenzwert erweist sich dabei als ein von der Belastung der Kontakte und der Schaltzahl unabhängiges Maß für den Abbrand. Eine Anpassung an unterschiedliche Schaltgeräte erhält man durch experimentelle Bestimmung der jeweiligen Ladungsgrenzwerte und deren Vorgabe an die Auswerteein­ heit.

Aus der DE-PS 19 36 552 war zwar bereits ein Meßverfahren zur Messung des bei Ausschaltungen entstehenden Schalt­ stückabbrandes von Hochleistungsschaltern bekannt, bei dem ebenfalls der über die Schaltkontakte fließende Aus­ schaltstrom gemessen und durch Integration die Ladung bestimmt wird. Eine Integrationszeit, die von einer oberen und einer unteren Schwelle der gemessenen Schaltstrecken­ spannung abhängt, ist aber dort nicht zu entnehmen. Die Erfindung beruht dagegen auf der Erkenntnis, daß zwischen dem Abbrand auf den Kontakten und der Ladung, die speziell während der Brenndauer des Lichtbogens über die Kontakte fließt, ein Zusammenhang besteht. Dabei stellt eine unter maximaler Belastung der Kontakte bis zu deren Abnutzung ermittelte Ladungssumme auch bei geringerer Belastung der Kontakte und höherer Schaltzahl einen gültigen Grenzwert dar.

Eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens, bei der ein Stromwandler aus Primär- und Sekun­ därwicklung sowie ein Schaltgerät hintereinander in einer Speiseleitung angeordnet sind, ist durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruches 2 gekennzeichnet.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der eine Anordnung zur Durchführung des Ver­ fahrens gemäß der Erfindung schematisch veranschaulicht ist.

In der dargestellten Ausführungsform enthält eine Speiseleitung 2 eine Reihenschaltung eines Schaltgerätes 4 mit einem Strom­ wandler 6. Diese Komponenten können ein- oder mehrphasig, vor­ zugsweise dreiphasig, ausgebildet sein. An die Sekundärwicklung des Stromwandlers 6 ist ein erster Gleichrichter 8a angeschlos­ sen. Durch die Gleichrichtung des Wechselstromes ist die Mes­ sung unabhängig davon, ob der Schaltvorgang in einer positiven oder einer negativen Halbwelle des Stromes stattfindet. Der gleichgerichtete Strom wird einer ersten Einrichtung 10a zur Pegelanpassung zugeführt und dort auf einen zur weiteren Auswertung geeigneten Pegel gebracht. Die Einrichtung 10a zur Pegelanpassung ist mit einem Integrator 12 und der Integrator 12 ist mit einer Auswerteeinheit 16 verbunden. Die Auswerte­ einheit 16 kann beispielsweise in einen in der Figur nicht dargestellten Rechner integriert oder mit diesem verbunden sein, der beispielsweise als Anzeigemedium einen Bildschirm in einer zentralen oder dezentralen Warte verwendet. Parallel zum Schalt gerät 4 wird ein zweiter Gleichrichter 8b an die Speise­ leitung 2 angeschlossen, welcher die während eines Schaltvor­ gangs am Schaltgerät 4 abfallende Spannung gleichrichtet und einer zweiten Einrichtung 10b zur Pegelanpassung vorgibt. Die zweite Einrichtung 10b zur Pegelanpassung ist mit einem Fen­ sterdiskriminator 14 verbunden, dem beispielsweise von Hand oder über einen Rechner ein Spannungsbereich vorgegeben ist, innerhalb dessen der Strom im Integrator 12 integriert wird. Dieser Spannungsbereich ist ein Maß für die Verharrzeit, in welcher der Lichtbogen während des Schaltvorgangs zwischen den Kontakten des Schaltgeräts 4 steht, und wird in Abhängigkeit von der gewählten Spannungsebene und dem Aufbau des Schaltge­ räts, beispielsweise der Zahl seiner Löschbleche, gewählt. Im Niederspannungsbereich kann das Fenster dieser Lichtbogen­ spannung beispielsweise zwischen 0,5 und 200 V, vorzugsweise aber zwischen 10 und 60 V gewählt werden. Der Fensterdiskri­ minator 14 ist mit einer Steuereinheit 18 verbunden, welche dem Integrator 12 ein Startsignal S vorgibt, und damit die In­ tegration des Stromes anstößt, wenn die Bogenspannung die untere Schwelle, beispielsweise 10 V, überschreitet. Wenn die Bogenspannung die obere Schwelle, beispielsweise 60 V, über­ schreitet, gibt die Steuereinheit 18 dem Integrator 12 ein Stopp-Signal S′ vor und der Integrationsvorgang ist beendet. Der Integrator 12 gibt das Stromintegral der Auswerteeinheit 16 vor. Mit Hilfe eines Reset-Signals R stellt die Steuereinheit 18 den Integrator für den nächsten Schaltvorgang zurück. In der Auswerteeinheit 16 werden bei jedem Schaltvorgang aus den je­ weiligen Stromintegralen die entsprechenden Ladungswerte er­ mittelt und aufsummiert. Aus der Differenz der aufgelaufenen Ladungssumme zu einem vorgegebenen schaltgerätespezifischen Ladungsgrenzwert kann dann die Restlebensdauer des Schaltgerä­ tes ermittelt werden. Bei einer externen Anfrage, beispiels­ weise nach der aktuellen Ladungssumme oder der verbleibenden Lebensdauer gibt die Steuereinheit 18 der Auswerteeinheit 16 erst dann ein Freigabesignal F zur Ausgabe des Wertes vor, wenn der Integrationsprozeß abgeschlossen ist und ein stabiler Meß­ wert zur Verfügung steht.

In einer weiteren, vereinfachten Ausführungsform der Anordnung kann zur Festlegung des Integrationsintervalls statt des Fen­ sterdiskriminators 14 ein Photodetektor vorgesehen sein. Dieser Photodetektor kann beispielsweise direkt an den Kontakten vor­ gesehen sein oder aber auch das Licht des Lichtbogens über ei­ nen Lichtwellenleiter erhalten, dessen ein Ende bei den Kontak­ ten angeordnet ist. Dieser Photodetektor kann beispielsweise der Auswerteeinheit 16 während der Verharrzeit des Lichtbogens auf den Kontaktstücken ein Signal vorgeben, bei dessen steigen­ der Flanke der Integrator 12 von der Auswerteeinheit 16 ein Startsignal erhält und bei dessen fallender Flanke der Integra­ tor 12 von der Auswerteeinheit 16 ein Stop-Signal erhält.

Claims (2)

1. Verfahren zur Ermittlung der Restlebensdauer von Schaltgeräten mit folgenden Merkmalen:

• a) Während des Ausschaltvorgangs wird die Schaltstrecken­ spannung am Schaltgerät gemessen,
• b) es wird der Strom gemessen, der über die Kontakte fließt,
• c) während einer durch eine untere und eine obere Schwelle der Schaltstreckenspannung vorgegebenen Zeit wird die­ ser Strom über die Zeit integriert und die über die Kontakte geflossene Ladung ermittelt,
• d) diese ermittelte Ladung wird mit einem schaltgerätespe­ zifischen Ladungsgrenzwert verglichen und
• e) aus dem Vergleich wird die Restlebensdauer des Schalt­ gerätes abgeleitet.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei der ein Stromwandler (6) aus Primär- und Sekundär­ wicklung sowie ein Schaltgerät (4) hintereinander in einer Speiseleitung (2) angeordnet sind, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) an die Sekundärwicklung des mit seiner Primärwicklung in die Speiseleitung geschalteten Stromwandlers (6) ist ein erster Gleichrichter (8a) angeschlossen, an dessen Gleichstromausgang eine Reihenschaltung einer ersten Einheit (10a) zur Pegelanpassung mit einem Integrator (12) und einer Auswerteeinheit (16) ange­ schlossen ist,
• b) dem Schaltgerät (4) ist ein zweiter Gleichrichter (8b) parallelgeschaltet, an dessen Gleichspannungsausgang eine Reihenschaltung einer zweiten Einheit (10b) zur Pegelanpassung mit einem Fensterdiskriminator (14) und einer Steuereinheit (18) angeschlossen ist,
• c) ein erster und ein zweiter Ausgang der Steuereinheit (18) sind mit einem zweiten und einem dritten Eingang des Integrators (12) verbunden und
• d) ein dritter Ausgang der Steuereinheit (18) ist mit der Auswerteeinheit (16) verbunden.