CN1287157C - 用于确定触点装置负载的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种确定电气开关设备(1)的触点装置(2)负载的方法，其中，对在触点操纵时出现的光弧所释放的电磁辐射进行采集。根据所采集的电磁辐射确定一个时间间隔，该时间间隔确定了电热积分的边界。在另一种方法中，同样确定电磁辐射开始的时刻，并将该时刻与由一个耦合在开关设备(1)的开关机构上的参考传感器(5)所确定的时间标记进行比较。从两种方法的结合中可以确定触点装置(2)的剩余利用长度。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于确定电气开关设备的触点装置负载的方法，其利用了在触点操纵时出现的光弧所释放的电磁辐射。
背景技术
一种这样的方法例如由公开文献DE 4416781 A1所公开。在电气开关设备的开关过程中有规律地出现一种光弧。在公知的方法中借助于一个接收线圈和/或一个天线对电磁辐射的各个磁的或电的成分进行采集。借助于一个放大器和一个解调器对在触点装置开关过程中出现的光弧所释放的电磁辐射强度的时间变化进行处理。为了确定光弧的长度和其强度可以对该时间上的变化进行求值。作为表示特征的量可以优选地采集该辐射的最大幅度和/或时间长度。根据在开关过程期间测量的电磁辐射，对电气开关设备针对运行的可靠性进行估计。
用于采集电磁辐射强度所需的装置是相对花费高的装置，因为由光弧释放的电磁辐射在一个高频率范围中波动。因此要求采用相应高分辨率的接收和处理装置，以便可以按足够的精度表示电磁辐射波动的变化，并从该变化中对电气开关设备迄今的负载进行相应可靠的估计。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，这样地建立一种用于确定电气开关设备的触点装置负载的方法，使得可以采用简单和廉价的测量装置，对在开关过程中出现的光弧所释放的电磁辐射进行处理。
按照本发明的在本文开始所提到的方法中，上述技术问题是这样解决的，对电磁辐射进行采集，根据所出现的电磁辐射确定一个时间间隔，该时间间隔确定了电热积分、特别是电热积分∫I2tdt的边界。
为了确定时间间隔，对电磁辐射的定量采集还具有其它意义。该时间间隔仅用于电热积分计算的边界。在此，该时间间隔可以具有预定的长度，或者根据出现的开关过程可变地确定其长度。在一种简单的情况下，例如可以根据出现的电磁辐射仅确定预定时间间隔的起始时刻。该起始时刻例如可以随电磁辐射强度达到一个确定的阈值而确定。由此对电磁辐射的测量“触发”对电热积分的计算。通过在一个确定的时间间隔上对电热积分的计算来确定触点装置在一个开关过程中出现的热负载，构成了对触点装置各负载的可靠描述。为了触发对电磁辐射的电热积分的计算，仅需要一个极其简单的、用于采集电磁辐射的采集装置。不需要用于跟踪辐射变化和由此导出的对触点负载的确定的昂贵的高分别率的部件。
此外，可以优选地将时间间隔的起始设置为与电磁辐射开始的时刻相对应。
如果将时间间隔设置为随电磁辐射的开始而开始，则为此仅一个极其简单的接收装置是必要的。其中，对电磁辐射定量的分析和描述不是必须的。所需的仅是对电磁辐射的存在进行采集，以便确定时间间隔的开始并启动对电热积分的计算。
在另一种优选实施方式中，将时间间隔的结束设置为与电磁辐射结束的时刻相对应。
如同可以用简单的装置确定电磁辐射的开始一样，电磁辐射结束的时刻也以简单的方式确定。除了将时间间隔的边界选择为电磁辐射的开始和结束，也可以将在该间隔内的时刻选择为时间间隔的边界。用于确定时间间隔的边界值例如是电磁辐射最大值出现的时刻，或者是电磁辐射到达一个确定的斜率或阈值的时刻。
此外，还可以优选地将按照绝对值和时间确定在该时间间隔期间出现的电流变化。
对在该时间间隔期间出现的电流变化的确定，可以借助于开关设备的控制和/或监视系统按简单的方式进行。例如为了保护电气开关设备经常监视该电流变化。在利用已经确定电量的条件下确定电气开关设备的触点装置负载，其中，光弧所释放的电磁辐射给定了对于借助于电热积分确定出现的热功率的、时间上的触发。
按照本发明，在另一种用于确定触点装置负载的方法中，确定电磁辐射开始的时刻，并将该时刻与由一个耦合在开关机构上的参考传感器确定的时间标记进行比较。
该时刻与时间标记的比较按简单的方式确定了这两个时间之间的偏差。其中，可以将由参考传感器确定的时间标记，例如在电气开关设备投入运行时一次确定，并且将该一次确定的时间标记一直与当前确定的时刻进行比较。此外，还可以在每个开关过程中重新确定该时间标记，并将该重新确定的时间标记分别与当前确定的时刻进行比较。由此保证了，开关机构的改变对于时刻和时间标记的比较没有影响。参考传感器的耦合可以按不同的、例如按机械的或者光学的实施方式进行。
在一个优选的结构中，建立了该时刻和时间标记之间的差。
通过该差值的建立形成一个绝对值，对其可以用简单的方式进一步处理。
此外，还可以优选地从该差值中确定触点装置的材料磨损。
所确定的差值和受开关过程中出现光弧的热效应影响的材料磨损通过一个参考曲线相互关联。随着该差值绝对值的增大可以认为触点装置上的烧损加剧。该差值是触点装置的触头变短和由此的触头机械分离的不同时刻的写照。
此外，还可以优选地对通过电热积分确定的值以及所确定的触点装置的材料磨损进行处理，并确定触点装置的剩余利用长度。
对上述用于确定触点装置负载方法的结果的组合、评价以及合并，使得可以对剩余利用长度进行诊断。其中，一方面考虑触点装置的机械状态，而另一方面考虑在多个断开过程中借助于电热积分确定的触点装置的热负载。触点装置的热负载是不可以直接在触点装置的触头上识别的。经常是通过该热负载影响到作为触点装置的材料的内部结构的改变和变弱。通过对触点材料的热负载以及在触点装置上现有材料磨损的考虑，可以进行对剩余利用长度的可靠诊断。将当前的材料磨损分别与分别通过求解电热积分确定的、积累的电流负载相关联，则通过一个图中的量给出一条曲线变化，从中可以导出开关的剩余利用长度。
此外，还可以优选地利用反映材料磨损的方法，其中确定一个向电气开关设备输出一个触发脉冲的时刻。
确定一个用于输出一个触发脉冲的时刻在一个受控的开关中特别重要。根据电流或者电压的时间上的变化确定一个时刻，在该时刻上接通或者断开电气开关特别有利。有利的例如是，将交流电压/电流在过零点附近中断。为此有必要将触点装置的断开/接通尽可能准确地在预定的时刻上进行。
如果借助于上述方法考虑触点装置上的烧损，并使其参与确定输出触发脉冲的理想时刻，则可以以改善的质量实现一个受控开关。由此可以避免过渡的过电压出现的可能性。
实现受控开关所必须的控制装置可以继续以公知的形式使用。其中在该装置内运行的步骤仅与按照本发明的方法相联系。
附图说明
下面对照附图所示的实施方式对本发明作进一步的说明。其中，
图1示出了一种装置，用于实现利用电热积分计算确定触点装置负载的方法，
图2示出了一种装置，用于实现利用参考传感器确定触点装置负载的方法，
图3示出了具有两个时间差值的示意图，
图4示出了确定触点装置的剩余利用长度的示意图，并且
图5示出了触点装置的细节。
具体实施方式
图1示意地示出了一个电气开关设备1。该电气开关设备1例如是一个高压功率开关。电气开关设备1的触点装置2具有两个可以相对相互移动的触头。触点装置2导通电流I。在接通过程中触点装置2的触头的距离这样地减小，使得在触头之间形成一个释放电磁辐射的光弧。在断开过程中触点装置2的触头的距离这样地增大，即直到电流I的完全断开在触头之间点燃一个光弧，其同样释放电磁辐射。该电磁辐射在高频范围内波动。借助于为电气开关设备1设置的天线3可以接收在开关过程中出现光弧所发射的电磁辐射。由天线3接收的信号被传递到第一处理装置4。其中，该第一处理装置4可以这样构成，使得对电磁辐射的出现既按照大小又按照时间进行采集。在一个简单的结构中也可以，仅对电磁辐射的开始以及结束进行估计。为了在电气开关设备具有多个开关电极或者有多个开关设备(其同样同时或者在时间上重叠地开关)的情况下避免干扰，该第一处理装置4具有干扰信号抑制功能。为了可靠的抑制干扰信号可以例如仅在一个所谓的时间窗内允许对由天线3提供的信号进行处理。该时间窗可以例如与用于监视电气开关设备1的触发信号的存在相关联。由此保证了，不对由其它电气开关设备或者由干扰源释放的电磁辐射进行处理。此外对于干扰信号抑制可以采用对触点装置触头的机械运动进行监视。为此，可以在电气开关设备1的驱动机构中设置一个参考传感器5。为了对干扰信号的抑制效果进行更精确地计量，还可以监视电气开关设备1的所谓自身时间的保持。通过将触发信号和同时记录的触点装置2开关触点的运动相关联，以及通过监测触点装置2的自身时间，可以将天线3提供的信号准确地分类为干扰信号和待处理信号。
第一处理装置4可以将不同的时刻作为边界值来确定，例如电磁辐射的开始或者结束，或者电磁辐射强度到达最小值、最大值或其它阈值的时刻。这些边界值被传递到积分装置6。与电流I对应的信号根据时间被导入该积分装置6。这些信号通过电流转换器7产生。借助于积分装置6可以为各开关过程计算电热积分，例如积分∫I2tdt。
如果已经通过第一处理装置4识别道电磁辐射的出现，该电磁辐射可追溯到触点装置2的开关过程，则将其传递给积分装置6。在此还可能，通过第一处理装置4向积分装置6传递不同的时刻。在最简单的情况下，可以将电磁辐射开始的时刻传递给积分装置6。该时刻构成了对于求解电热积分的积分下限。上限值也可以例如通过一个固定的预定间隔长度，从由第一处理装置4提供的时刻确定。此外，也可以由第一处理装置4提供积分下限和积分上限。为此例如可以采用电磁辐射开始的时刻和结束的时刻。此外还可以确定其它传递给积分装置6的时刻。
为了可以确定在预定边界内的电热，借助于电流转换器7连续地测量电流I。这些值例如可以在积分装置中临时存储。
通过积分装置6的积分，为开关过程确定了在各间隔中出现的热负载。这种方法也以“电流面积方法”而公知。将对多个开关过程积分的不同结果求和，可以为电气开关设备1的触点装置2的剩余利用长度确定一个经验值。
在另一种方法中对触点装置2触头的烧损进行诊断。在图2中示意地示出了一种对此合适的装置。在图2中作用相同的组件用与图1中相同的附图标记进行标示。同样为电气开关设备1设置了一个天线3。天线3可以接收在触点装置2开关过程中出现光弧所发射的电磁辐射。此外，为电气开关设备1设置了一个参考传感器5。该参考传感器5耦合在电气开关设备1的开关机构上。参考传感器5在达到触点装置2开关运动的一个精确重复的点时给出一个时间标记。该时间标记反映了机械运动期间的一个确定的时刻。天线3将描述电磁辐射的信号传递给第二处理装置8。其中，该第二处理装置8可以在原则上与由图1公开的第一处理装置4相对应。第二处理装置8确定电磁辐射开始的时刻。对于图1中进行的对干扰抑制的实施，也可以按其精神应用到在图2所示的方法。由第二处理装置8确定的电磁辐射开始的时刻被传递到一个比较装置9。由参考传感器5确定的时间标记同样传递至比较装置9。比较装置9比较时间标记以及该时刻，并从中构成一个时间差值Δt。另外还可以不采用参考传感器5，而是代之以将参考传感器5的功能集成在电气开关设备1的控制当中，并由此处为比较装置9引入参考信号。差值Δt是对触点装置2的触头状态的写照。对于每个开关过程分别存储各自的差值Δt，并与存储的此前开关过程的差值进行比较。由差值Δt的持续而恒定的大小可以推断出与触点装置2的不变的关系。由差值Δt的变大可以推断出触点装置2中的材料磨损。
此外，借助于速度测量装置10可以确定开关运动的速度v。
图3示意地示出了差值Δt的变化。在图3中示出了在时间轴上触发脉冲11的开始。借助于参考传感器5在触点装置2的触头的相对运动期间确定一个在驱动机构中的时间标记(12)。在触头相对运动开始和触头机械断开或者触头完全接通之间经过了一定的时间。该时间通过上述方法由借助参考传感器5确定时间标记和确定电磁辐射出现的时刻而建立。在新出厂的触点装置中在开关运动开始和触点装置2断开或者接通之间表现出相对大的时间间隔tA。这是由于触点装置2的触头还没有或者仅有极小的材料磨损。在新的状况下触点装置2相互电气连接区域相对长地重叠(13)。随着触点装置2开关频度的增加，在触头上的材料磨损增加。由此，新出厂状态还相对大的、触点装置2触头连接区域的重叠减小，而由于变小的覆盖随着其中出现的光弧在与动的机械开始和触头分离之间经历了一个较短的时间间隔tE。在图5中象征性地表示了这种关联。用点表示的部分11显示了触点装置的原始状态。如果由于多次开关过程部分11被烧损，则尽管驱动机构的运动保持相同触头分离的时刻也改变，因为触点装置2的覆盖减小。在利用由速度测量装置10获得的关于开关速度的信息的条件下，可以按照等式(tE-tA)·v＝Δs确定触头磨损Δs。
如果将材料磨损的变化Δs按积累的电热负载记录，则给出一条曲线，从中可以确定触点装置的剩余利用长度(图4)。为此，从Δs的变化和积累的电热负载的变化中确定差商Q：
Q＝Δ(Δs)/Δ(∑Sn(i+X)-∑Sn(i))。
曲线的斜率被确定。由此可以确定每时间周期(从该时间周期内一定的开关功率出发)预计的烧损(例如按cm/年的Δs/Δt)。由此，该商从最大允许的材料磨损Δs和每时间周期的烧损给出对触点装置2的剩余利用长度的预测。
为了进一步提高所述方法的精度，还可以在评价中考虑开关电流的相位状态。如果开关过程在电流过零区域中出现，即光弧不出现或者仅以极小的功率规模出现，则可以将该测量值从测量序列中去除，以便避免单个测量值的静态波动恶化。
Claims (9)
1.一种用于确定电气开关设备(1)的触点装置(2)负载的方法，其利用在触点操纵时出现的光弧所释放的电磁辐射，其特征在于，对电磁辐射进行采集，根据所出现的电磁辐射确定一个时间间隔，该时间间隔确定了电热积分、特别是电热积分∫I2tdt的边界。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述时间间隔的开始对应于电磁辐射开始的时刻。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述时间间隔的结束对应于电磁辐射结束的时刻。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，按照绝对值和时间确定在所述时间间隔内出现的电流变化。
5.一种用于确定电气开关设备(1)的触点装置(2)负载的方法，其利用在触点操纵时出现的光弧所释放的电磁辐射，其特征在于，确定电磁辐射开始的时刻，并将该时刻与由耦合在开关机构上的参考传感器(5)所确定的时间标记进行比较。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，建立所述时刻和所述时间标记之间的差(tE；tA)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，从所述差(tE；tA)中确定触点装置的材料磨损(Δs)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，对通过电热积分确定的值以及所确定的触点装置的材料磨损进行处理，并确定触点装置的剩余利用长度。
9.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其特征在于，使用所述方法确定向所述电气开关设备(1)输出触发脉冲(11)的时刻。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20061129 Termination date: 20131103 |