CN100477043C - 采集开关设备中触点烧损的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于采集电开关设备(S)的开关触点(K1，K1’)上的触点烧损的装置，其中触点烧损在开关设备(S)的至少一对断开和闭合的开关触点(K1，K1’)上引起。该装置包括光波导体(LWL)和检测器(D)，其中由至少一个光源(Q)发出的光耦合到该光波导体(LWL)中，并由该光波导体(LWL)传输至检测器(D)。在此光波导体(LWL)关于至少一对开关触点(K1，K1’)这样设置，使得由检测器(D)测量的耦合到光波导体(LWL)中的光的强度随着由触点烧损产生的电开关设备(S)中的触点烧损微粒的数量增加而减小。

Description

采集开关设备中触点烧损的装置
技术领域
本发明涉及一种用于采集开关设备中触点烧损的装置。本发明尤其是涉及一种用于采集电开关设备的开关触点上的触点烧损的装置。
背景技术
在电开关设备中用于接通电流开关触点的断开和闭合引起开关触点之间的开关电弧。该开关电弧导致开关触点上触点烧损的增加，并因此导致开关触点的磨损。由于该磨损影响了开关设备的开关性能，因此必须监控开关触点的触点烧损。
EP1022904A1公开了将照相机用于图像地监控开关触点的磨损。由EP1022904A1公开的另一种用于监控磨损的装置利用换向操作计数器进行数值监控或利用累加断开电流来进行数值监控。
DE10109952A1公开了一种可以利用光波导体识别电开关设备中的干扰电弧的设置。为此由出现的干扰电弧发出的光径向地耦合到光波导体中并传递至检测器。接着在干扰光采集电路中利用耦合和被检测到的光识别是否出现了干扰电弧。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供另一种用于监控电开关设备中开关触点损耗的装置。
本发明的技术问题是通过一种用于采集电开关设备的开关触点上的触点烧损的装置解决的，其中触点烧损在开关设备的至少一对断开和闭合的开关触点上引起，该装置包括至少一个光波导体和至少一个检测器，其中由至少一个光源发出的光耦合到至少一个光波导体中，并由该光波导体传递至至少一个检测器，该至少一个光波导体关于至少一对开关触点这样设置，使得由至少一个检测器测量的耦合到光波导体中的光的强度随着由触点烧损产生的触点烧损微粒的数量增加而减小。
随着开关过程数量的增加以及由此重复出现的开关电弧的数量增加，由此产生的开关触点上的触点烧损导致触点烧损微粒的加倍累积，并因此导致电开关设备中的污染程度上升。根据本发明的基本原理，该上升的污染程度用作评价触点烧损的度量并由此用于监控电开关设备的开关触点的磨损。根据本发明，该污染程度在至少一个光波导体和至少一个检测器的帮助下确定。也就是说，一个或多个光波导体关于至少一个待监控的开关触点这样设置，使得由光源发出并在一个光波导体中出现的光随着触点烧损微粒的数量增加以及由此随着污染程度的增加而越来越强烈地被衰减。出现在一个或多个光波导体中的光由该光波导体传递至一个或多个检测器。在此，一个光波导体可以将出现的光准确地传递至一个或多个检测器。另一方面在多个共同对应于至少一个开关触点的光波导体中出现的光也可以只准确地引向一个检测器。在所有这些情况中，由至少一个检测器测量耦合到至少一个光波导体中的光的强度。由出现在光波导体中的光在开关设备额定状态(也就是例如在一个新的开关设备中)下所测量的强度出发，可以通过重复测量和分析出现在至少一个光波导体中的光的强度来监控触点烧损，并由此监控至少一个所对应的开关触点的磨损。由此本发明的装置允许用光电器件进行无接触的监控。此外本发明的装置还允许确定触点烧损，而不必为此使开关设备本身从其实际运行地点离开。根据开关触点的状态并因此根据磨损程度来校准所测量的强度要根据相应的开关设备的实施方式来确定，并例如可以基于由实验确定的值。
优选地，将通过开关触点的断开和闭合而引起的电弧本身用作本发明装置的光源。为了还能利用各种开关电弧的不同光强度，为此以合适方式进行计算上的标准化。在该标准化中尤其是引入电弧的光强度随着触点烧损的增加而出现的可能变化。通过这样的标准化然后可以在分析时以电弧发出的光的强度几乎恒定为基础。由此接着可以通过测量电弧发出的、随着触点烧损微粒的增加而被更强烈衰减并耦合到至少一个光波导体中的光的强度来推导出触点烧损，并因此监控开关触点的磨损。
在另一个实施方式中尤其是设置发光二极管作为光源，该发光二极管与至少一个光波导体一起构成光栅。在此该光栅必须关于至少一对开关触点这样设置，使得由发光二极管发出并耦合到至少一个光波导体中的光通过位于发光二极管和光波导体之间的空隙中的触点烧损微粒而衰减。如果优选采用市场上常见的只包括一个光波导体和一个发光二极管的光栅，则可以用最简单的方式监控磨损。
在另一种实施方式中，设置另一个光波导体作为光源。由于一个光波导体本身是无源元件，因此当然首先将光以合适方式从诸如发光二极管的光元件耦合到该另一个光波导体中。如果由该另一个光波导体发出的光这样被传递，使得该光出现在其正面，则可以将该正面用作本发明装置的光源，并与第一光波导体一起作为光栅。由此可以在实际的开关设备外部设置所有本发明所需要的电元件，如发光元件或检测器。
在一个替换实施方式中，由作用为光源的另一个光导体发出的光这样被传递，使得该光在其长度上径向射出。由于持续的光溢出而使得留在该光波导体中的强度随着长度、也就是与发光元件之间距离的增加而逐渐下降。由此随着与发光元件之间距离的增加，所出现的光的强度也逐渐降低。通过该另一个光波导体关于受监控的开关触点对的合适设置，使得可以在采集触点烧损时引入空间上的加权。
在另一种实施中，在光源和至少一个光波导体之间设置一个平板，该平板具有针对从光源发出的光的特定传输度，该平板关于开关触点这样设置，使得触点烧损微粒可以积聚在该平板上。随着触点烧损的加剧，越来越多的触点烧损微粒聚集在平板上，因此针对穿过平板的光的传输度也逐渐降低。利用由此引起的耦合到光波导体中的光强度的减弱，又可以推导出触点烧损的程度并因此推导出开关触点的磨损。
本发明的装置允许监控至少一对开关触点，也就是说一对或多对开关触点可以由至少一个光波导体和至少一个检测器组成的一个共同设置来监控。该共同设置允许对该至少一对开关触点上的触点烧损一起做出判断。在另一个实施中，尤其是为多极开关设备的每一对开关触点都设置了至少一个光波导体。由此可以监控烧损程度并由此分开监控各对开关触点的磨损。
如果对应于由至少一个检测器测量的光强度的信号被传递到用于电开关设备的释放单元，则该开关设备可以由该释放单元控制。如果所测量的光强度由于越来越大的触点烧损微粒数量而低于特定值，则该释放单元识别出磨损达到了临界程度，并中断该电开关设备的进一步开关。
如果通过合适的装置(如无线的)传输由至少一个检测器测量的强度以进行进一步的分析，则该分析可以在一个远离开关设备的地方进行，并因此监控该开关设备。特别是可以因此在功率开关运行期间也远程通知开关触点的状态。由此可以及早识别出开关触点的磨损，并可以进行预防性的警告。
优选采用本发明的装置来采集低压功率开关或保护器中的开关烧损。
附图说明
下面借助附图详细描述本发明及其优选实施方式。其中：
图1示意性示出用发光二极管作为光源的第一实施方式，
图2示出用另一个光波导体作为光源的第二实施方式，
图3示意性示出用电弧作为光源的第三实施方式，
图4示意性示出在光源和光波导体之间具有平板的第四实施方式，
图5示出用于多对开关触点的光波导体设置，
图6示出用于三对开关触点的3个光波导体的设置。
具体实施方式
为了简单描述本发明，图1至图4中所示的实施例始终只包括一个光源Q、一个光波导体LWL来耦合由该光源发出的光，和一个检测器D来用于一对开关触点。在更复杂的设置中，设置至少一个光波导体来代替所示的一个光波导体LWL，设置至少一个检测器来代替一个检测器D用于本发明的装置。
图1-4示出电开关设备S的不同实施方式。开关设备S包括第一开关触点K1和第二开关触点K1’。其中一个开关触点在此可以合适方式移动，从而在相应的控制下这两个触点可以相互靠近或相互远离地移动。然后利用由开关触点K1和K1’组成的开关触点对可以接通开关电流。在开关触点对K1，K1’断开和闭合时，如在低压功率开关中或保护器时常见的那样接通高电流时会在开关触点K1和K1’之间产生电弧。该电弧随着开关过程数量的增长而引起开关触点K1和K1’的烧损增加，并因此引起开关设备S的磨损增加。如果烧损太大，则开关设备S可能不能再安全可靠地接通要接通的电流，而因此必须被更换。
已经公开了各种识别该磨损的方法和装置。现在利用若干实施例描述本发明用于监控、也就是采集触点烧损的装置。为此设置了光波导体LWL和光源Q，如图1所示。优选该光源Q是发光二极管，其与光波导体LWL一起构成市场上常见的光栅LS。由光源Q发出的光根据光源的类型及对其的控制而具有特定的强度。对应于光源Q和光波导体LWL的设置，光的特定部分耦合到光波导体LWL中，并由该光波导体LWL传递到检测器D。对于新的开关设备S而言，在此由检测器D测量的耦合到光波导体LWL中的光的强度具有特定的值，也就是额定值。随着开关触点K1和K1’上的触点烧损的增加，电开关设备S的外壳G中的触点烧损微粒的数量也增多。如果该触点烧损微粒到达光源Q和光波导体LWL之间的区域内，则由光源Q发出并出现在光波导体LWL中的光就通过这些触点烧损微粒衰减。这意味着外壳G内的以及由此在光源Q和光波导体LWL之间区域内的触点烧损微粒越多，由检测器D测量的耦合到光波导体LWL中的光的强度就越小。如果一次性确定触点烧损和位于开关设备S中的触点烧损微粒的数量之间的关系，则可以利用由于触点烧损微粒的数量而引起的耦合到光波导体中的光强度的降低来监控开关触点K1和K1’的磨损，并因此监控开关设备S的磨损。
图2更详细地示出具有两个开关触点K1和K1’的电开关设备S的另一个实施方式。基于在此示出的开关触点K1和K1’的形式，恰好在所标示的区域中触点烧损增加，并由此导致污染增加。如果在采集触点烧损时要考虑该局部更强烈的污染，则本发明装置的扩展是有优势的。因此在图2所示的实施中，本发明的装置包括一个光波导体LWL用于耦合光以及另一个构成为光源的光波导体LWLQ。在所示的结构中，由在该另一个光波导体LWLQ的两端上的一个发光元件Q发出的光耦合到该作为光源的另一个光波导体中。该另一个光波导体LWLQ在此这样构成，使得引入其中的光在其长度上径向射出。通过该持续的光射出，从该另一个光波导体LWLQ径向射出的光的强度随着离发光元件Q之间距离的增大而逐渐降低。这意味着在图2所示的设置中由另一个光波导体LWLQ发出的光在所标示的区域中以最小的强度射出。由于该用虚线包围的区域也是具有最大污染的区域，因此已经具有较小强度的从该另一个光波导体LWLQ径向射出的光比在其它区域中的光更为强烈地衰减。由此出现在例如与该另一个光波导体LWLQ平行设置的光波导体LWL中的光在所标示的区域中总是具有比耦合到光波导体LWL的其它区域中的光更小的强度。由于针对耦合到光波导体LWL中并传递至检测器D的光来采集所有空间上被耦合的光分量的强度，因此在确定强度并由此评价触点烧损时对在所标示的区域中出现的光进行不同于耦合到其它区域中的光的加权。除了图2所示的光波导体LWL和另一个光波导体LWLQ的设置之外，还可以提出很多其它设置并由本发明涵盖。从而可以考虑这样的设置，其中光波导体LWL和LWLQ不是曲折形的，而是只构成为简单的环形。此外还可以考虑这样设置两个光波导体LWL和LWLQ，使得开关触点对K1和K1’位于光波导体LWL和另一个光波导体LWLQ之间。此外还可以无困难地在该实施中如上所述以多个光波导体或检测器取代一个光波导体LWL和一个检测器D来监控一对开关触点。
在图3示意性示出的第三实施方式中，通过开关触点K1和K1’的断开和闭合产生的电弧本身就是光源Q。然后另外只需要一个光导体LWL和一个检测器D，以利用本发明的装置采集触点烧损，并由此监控开关设备S的磨损。随着烧损的增加，电弧Q和光波导体LWL之间由于烧损产生的触点烧损微粒的数量也增加，由此从电弧Q发出的光被越来越越强地衰减，直到进入光波导体。由此又可以利用耦合到光波导体LWL并传递至检测器D的光的强度间接监控开关设备的磨损。必须尽可能实验性地确定在运行期间、也就是随着开关设备进行的开关过程的数量增加而可能改变的电弧发出的光强度，并在监控时考虑对其进行相应的标准化。
图4示意性示出第4实施方式，其中电弧也是光源Q。在此，在电弧Q和光波导体LWL之间还设置了一个平板P，在平板上可以聚集触点烧损微粒。这意味着随着烧损的增加会有越来越多的触点烧损微粒聚集在平板P上，由此由电弧向光波导体传输的光的传输度越来越小，也就是被越来越强地衰减。因此又可以利用耦合到光波导体LWL并传递至检测器D的光的强度来间接监控开关设备的磨损。在图4中示出的平板P可以无困难地与图1或图2所示的实施方式组合使用。平板P本身还可以是外壳中的一个窗口，其中电弧发出的光通过平板P传输到设置在外壳之外的光波导体LWL，并耦合到该光波导体中。除了至此描述的实施方式之外，还可以考虑本发明装置的很多其它实施方式或组合，只要满足本发明的基本原理，即利用触点烧损微粒间接监控开关触点K1和K1’的触点烧损并由此监控电开关设备S的磨损。
到目前为止只关于具有一对开关触点K1，K1’的电开关设备S描述了本发明。图5示出用于具有3对开关触点的多极开关设备的光波导体LWL的可能设置。光波导体在此具有3个环形，其中每个环形分别对应于开关设备的一对开关触点。在此没有示出光源。但光源可以像在上面描述的实施例中那样是电弧本身或附加的光源，尤其是发光二极管或另一个光波导体。由此对于每一对开关触点都由检测器D测量由相应的光源Q发出、耦合到光波导体LWL中并由该光波导体继续传递的光的强度，接着传送到释放单元A。该释放单元根据所测量的光强度控制电开关设备。如果只针对一对开关触点来说所测量的光强度由于触点烧损微粒的数量越来越大而低于特定值，则释放单元A识别出至少对该对开关触点来说磨损达到了临界程度，并中断多极电开关设备S的所有开关触点对的闭合。如果分开监控多极开关设备的开关触点对，则如图6所示对每一对开关触点都设置一个自己的光波导体LWL1、LWL2和LWL3以及一个所属的检测器D1，D2和D3。如果各对开关触点在时间上错开地闭合，并且向检测器提供该时间信息，则3个检测器D1，D2和D3如图6用虚线所示的那样可以由唯一的一个检测器D代替。然后由检测器D1，D2和D3或检测器D测量的强度可以又传送到释放单元A，接着该释放单元如已所述的那样进行相应的响应。

Claims (11)

1.一种用于采集电开关设备(S)的开关触点(K1，K1’)上的触点烧损的装置，其中触点烧损在电开关设备(S)的至少一对开关触点对(K1，K1’)上由于断开和闭合而引起，该装置包括至少一个光波导体(LWL)和至少一个检测器(D)，其中由至少一个光源(Q)发出的光耦合到该至少一个光波导体(LWL)中，并由该光波导体(LWL)传递至该至少一个检测器(D)，其特征在于，所述至少一个光波导体(LWL)关于至少一对开关触点(K1，K1’)这样设置，使得由至少一个检测器(D)测量的耦合到该光波导体(LWL)中的光的强度随着由触点烧损产生的电开关设备(S)中的触点烧损微粒的数量增加而减小。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光源(Q)是通过开关触点对(K1，K1’)的断开和闭合而产生的电弧。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光源(Q)是至少一个发光二极管，该发光二极管与所述至少一个光波导体(LWL)一起构成光栅(LS)。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个光源(Q)是另一个光波导体(LWLQ)。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，由所述另一个光波导体(LWLQ)发出的光出现在该另一个光波导体(LWLQ)的正面，并且该正面与所述至少一个光波导体(LWL)一起构成为光栅(LS)。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，由所述另一个光波导体(LWLQ)发出的光在其长度上径向射出。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述光源(Q)和至少一个光波导体(LWL)之间设置一个平板(P)，该平板具有针对从该光源(Q)发出的光的传输度，并且该平板关于所述至少一对开关触点(K1，K1’)这样设置，使得触点烧损微粒积聚在该平板(P)上，其中，该传输度随触点烧损微粒数的增加而减小。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，对多极电开关设备(S)的每一对开关触点都设置一个光波导体(LWL1，LWL2，LWL3)，其中该光波导体关于所对应的开关触点对这样设置，使得由一个检测器(D)测量的通过光波导体(LWL1，LWL2，LWL3)耦合的光的强度成为所对应的开关触点对的触点烧损的度量。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述检测器(D)将相应于所测量的光强度的信号传递到释放单元(A)，并且该释放单元(A)根据该信号控制电开关设备(S)。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，由所述检测器(D)测量的光强度通过用于通信的装置进行传输以进行进一步分析。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电开关设备(S)是低压功率开关或保护器。
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