CN1745442A - 确定开关装置剩余寿命的方法和设备 - Google Patents

Abstract

在开关装置中开关触头可被一开关机构置于接通或断开位置，为此通常存在一个电磁传动装置，其中，为了在接通位置施加一预定的接触力利用一接触力弹簧的规定的推压力。按本发明在静态在开关装置(1)的接通位置，亦即当开关触头(17、18)闭合时检测推压力，然后将该检测到的推压力值与开关触头(17、18)的烧损和/或开关机构(20、30、40)的磨损联系起来，以及根据开关触头(17、18)的烧损值和/或开关机构(20、30、40)的磨损确定开关装置(1)的剩余寿命。在一附属的设备中，为了静态检测所述推压力的变化，在开关机构(20、30、40)上存在至少一个传感器(S1、S2、S3)用于相对行程测量。

Description

确定开关装置剩余寿命的方法和设备

本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述确定开关装置剩余寿命的方法。此外，本发明还涉及一种按权利要求10前序部分所述的附属设备。

对于开关设备的工作可靠性重要的是，了解开关装置中的触头尤其是接触器触头的剩余寿命，以便及时采取维护措施，例如对于接触器通过更换触头，避免工作故障。在这里为了检测烧损，已知作为判断烧损状况的替代准则是使用所谓的触头推压力，在实际工作中检测推压力的变化。

推压力的变化由触头的触头烧损和机械磨损合成。尤其对于开关触头寿命很长的开关，迄今不检测磨损的影响。为了使触头材料有更高的利用率，触头推压力必须直接在产生推压力的那些构件上测量。

按先有技术，迄今分析在断开过程中的时间顺序。尤其对于空气接触器发展了一种方法用于触头烧损的剩余寿命识别，其中，通过测量在衔铁打开(由线圈电压内特性曲线峰值表征)与触头断开(由出现触头间距电压表征)之间的时间间隔，确定烧损并因而测定剩余寿命。

作为判断触头烧损替代准则的检测推压力变化的方法受到欧洲专利EP0694937B1的保护。在EP 0878016B1、EP 0878015B1和EP 1002325B1中详细介绍了尤其在开关装置中使用的方法。这些方法均无例外地在断开过程，亦即在通过电磁传动装置断开开关触头时来检测推压力的变化，由此具体确定开关触头上的烧损，并由此计算开关的剩余寿命。

在空气接触器中，由于刚性连接的结构和使用耐磨的材料对，磨损一般小到可以忽略不计。

对于尤其用于真空接触器的开关装置，通常采用前言所述类型的方法，这种方法借助传感器工作，它是本中请人一项平行申请的内容。此方法同样以Δt-时间测量为基础，它作为替代准则可用来确定开关触头的推压力，以及为了借助时间测量来检测触头的推压力需要一个受微处理器控制的电子分析装置。

在开关中，尤其在有真空开关管的接触器中，不可能光学地监控触头，目前，触头烧损只能通过作标记或借助接通状态下的烧损指导量来检查。在这种情况下不检测传动装置内或开关机构内的磨损，例如转向杆上的磨损。

由上述事实情况出发，本发明的目的是提供一种确定开关装置剩余寿命的简化方法以及创造附属的设备。

上述目的按本发明在一种前言所述类型的方法中采取权利要求1中所述措施达到。相关的附属设备则由权利要求10所述特征给出。该方法和附属设备的进一步发展是各从属权利要求的内容。

按本发明有利地在静态，亦即在接通状态当触头闭合时测量。由此不仅得知真正的触头烧损，而且还能检测开关机构上的磨损。这尤其在监测真空接触器时是有利的，此时由于力的转向和由此导致结构比较复杂的开关机构，在开关机构中运动部件的磨损已经不能忽略。此外，因为在真空接触器中触头行程较小，在观察推压力变化时必须考虑这些部件机械磨损的份额。所介绍的方法当然同样也可以在空气接触器中使用，虽然在空气接触器中基于较简单的机械接合所述推压力变化主要源自于开关触头烧损所致。

在用于实施此方法的附属的设备中使用一些传感器用于相对行程测量，尤其是间距测量。这些传感器基于静态测量可以有利地是简单的报警开关。由此在总体上使所述设备具有一种简单的结构。

下面借助附图所示实施方式对本发明的其他细节和优点予以详细说明。附图中：

图1示意表示一个真空接触器，它有包括开关机构部件在内的一附属的传动装置；

图2以线路方框图的形式示出第一种实施例；

图3作为图1局部的详细示图示出属于图2所示实施例的开关机构；

图4以线路方框图的形式示出第二种实施例；以及

图5作为图1局部的详细示图示出属于图4所示实施例的开关机构。

下面详细说明的用于确定推压力的方法是以传感器进行间距测量为基础。但在这里，不管共同造成推压力变化的触头烧损和机械磨损究竟是何种组成情况，都只检测产生推压力的构件或组件的至少两个零件之间的相对间距的改变。因此，根据传感器的数量和特性(Ausprgung)，可以确定一个或多个报警极限并利用来指示、报警或信号处理。传感器的配置、特性和数量取决于开关装置的结构、所期望的报警准确度和对报警信号的进一步处理。具体存在多种组合可能性。

图1表示一个真空接触器典型的结构，它有所属的传动装置。产生推压力的构件/组件是：转向杆、弹簧座和运动的管状销和附属件，如导电带接头、杆座、开关位置指示器和附属的固定件。在用字母A至G表示的位置都可能发生磨损或塑性变形，它们可导致推压力升高或推压力减小。

下面首先说明一真空接触器的结构，它包括附属的电磁传动装置和与之连接的接触器机构，它用于接通一个单极或多极的电网。下面仅观察三相电网的一个相和仅仅一个真空开关管。

按图1，真空接触器1最后一个部分包括一个真空开关管10、接触器机构20、30、40和传动装置100。详细地说，真空开关管10通过固定在一个带有支架4的支座3上。该支架4支承着真空开关管10，为此，开关管10的固定触销15夹紧在支架4内。

真空开关管10由空心圆柱形构件11至13组成，其中空心圆柱体11和13通过一个直线状弹性的金属波纹盒12彼此可沿轴向相对移动地设置。构件11和13互相电绝缘，为此其中一个构件可以用陶瓷材料制成。

真空开关管10内有两个开关触头17和18在真空条件下彼此沿轴向相对运动，其中开关触头17作为固定触头与固定不动的触销15连接，以及开关触头18作为运动触头与一个沿轴向运动的触销16连接。

真空开关管10的开关触头17和18借助电磁传动装置100操纵，为此存在一个由磁轭101、衔铁102和附属的用于电磁激励的线圈105、105′组成的结构。磁轭101装在一支架110内。衔铁102有一个槽103和用于触头支承30的固定装置35。

通过电磁传动装置100，衔铁102可被置于两个垂直的不同位置上，其中下部的位置对应真空接触器10的“闭合”位置，以及上部的位置对应真空接触器10“断开”位置。为此，在图1中垂直移动必须转换为水平移动，所以存在一个转向装置20。

详细地说，在图1中运动触销16克服一弹簧21的压力支承在开关管10外面，其中，该弹簧21支承在一弹簧座22上。存在一根L形转向杆25，它通过一转轴26支承在转折点内。该转向杆25较短的杠杆臂借助一第一端部元件27压在弹簧座22上，而其较长的杠杆臂则以第二端部元件28插入触头支座30的一槽31内，如已提及的那样，该触头支座30与电磁传动装置100的衔铁102连接。存在一块用于触头支座30的支承板35。

借助所述设计为L形的转向杆25，沿垂直方向比较大的移动行程，转换为沿水平方向较小的移动行程和施加相应的力。这对于操纵真空接触器10是必要的，在此真空接触器10中尤其必须在开关触头17和18的接触面之间产生一个足够的接触压力。为此，该用于闭合位置的弹簧21借助一可预定的推压力被夹紧，并由此产生一个对于开关触头17、18的闭合位置足够的接触力。所述推压力在图1中可以通过这样来解释清楚，即，当处于断开的开关位置上时，在转向杆25短杠杆臂上的端部元件27会受到一个后面的杆座23支承。

此外，在图1中作为指示器40的机械运动部分还存在一个开关位置指示器41、一导流带接头42和导流带44，后者与一连接汇流排或连接母线45连接。

图1所示的装置中，通常触头装置的触头行程比较小，例如＜2mm。其结果是，在包括附属的转向装置的开关传动装置中通过频繁活动产生的各种运动间隙不能忽略不计。在具有此类传动和传力装置的开关结构中必须考虑这些实际情况。

开关的寿命受所有机械运动部分磨损的影响。这种磨损按已知的方式一方面通过在接触面A处电开关触头的烧损造成。当触头的厚度由于烧损减小时，必须增大产生接触力的弹簧压力。

但由图1还可看出，另一方面传动装置运动部件的机械磨损同样可以影响整个开关的寿命。这种磨损尤其是支承的磨损或也包括塑性变形，它们可能具体导致推压力升高或推压力下降。在理想的情况下，在开关机构不同位置处产生的这些正负两方面的影响互相抵消。

详细地说，在图1中除接触面外还画上了位置B至H，在这些地方都会产生磨损。在这里B表示端部元件27在弹簧座22上的支座，C表示该端部元件27在其后面的杆座23上的支座，E表示另一个端部元件28在触头支座30安装槽31内承受机械负荷之处，F表示触头支座30在衔铁102内的支座，G/G′表示衔铁102在磁轭101极面上的支座，以及H/H′表示电磁传动装置100的支架110在一底板内。

图2以线路图表示按图1的真空接触器及其布线。详细地说，在正的信号支线内连接一个极性二极管201以及存在三个报警开关211至213。202和203表示线路电阻，204是一电容和205表示一个光学的信号发生器。此外还存在一个用于在真空接触器的开关触头闭合时消除触头颤动信号或脉冲输出的电子单元210。该电子单元210的优点在于，在分析时切断错误信号。可以将信号在该电子单元210之前或之后进一步传给一个存储器可编程的控制器(SPS)。

在图3中实现相应的机械结构，为此在图3中将图2的开关元件集成在图1所示的结构内。

通过所述转向杆25，在接通状态当达到一个固定的调整好的报警极限时操纵一个可调的开关元件S1、S2、S3，该开关元件由一种带有常开触头的报警开关实现并与杆座固定连接。报警点通过报警开关的开度调整。测量既可以在一个开关装置的仅仅一个电流路径上进行也可以在该开关装置的全部电流路径上进行。在这种情况下所有的开关元件可以并联。因此报警信号由首先达到报警极限的那个触头释放。可供使用的信号可以直接提供给用户进行处理。

在图2和图3的例子中有利地得出一种在达到报警极限时的直接检测手段。由此，对于检测剩余寿命，除考虑到触头烧损外还可以考虑到开关传动装置方面的磨损和变形。此外比较有利的是提供一种无电位的报警信号，它尤其适合于在SPS或类似装置内作进一步处理。然而在实施本方法时，必须考虑报警触头高的操纵速度、在报警触头与杠杆控制装置之间接触部位的磨损，其中在一圆弧上方存在一个控制装置。如果在图2中取消一种消除触头颤动信号的电子处理，则在接通过程中还产生一些颤动信号。

在一种对应于图4和5的实施例中，对开关装置的各电流路径上的报警开关的开关触头进行状态询问。为此在图4的线路中含有一个极性二极管401、三个报警开关411至413和附属的阻抗414至416以及各独立的报警电路420、430和440。用410表示一个用于消除触头颤动信号或脉冲输出的装置，在这里对各报警开关的信号进行处理。

后者借助图5所示的机械示图说明，其中尤其可以准确地规定报警触头的开度。

通过所述带有常开触头的报警开关的一个与弹簧座固定连接的可调的开关元件，以及通过一个与运动的主触头固定连接的操纵装置，询问在接触器接通状态下的行程点。报警点通过报警触头的开度调整。

测量既可以在开关装置的仅仅一个电流路径上进行也可以在该开关装置的全部电流路径上进行。在这种情况下所有的开关元件可以并联。因此报警信号由首先达到报警点的那个触头释放。

在按图2-3或图4-5的例子中，每个电流路径至少需要一个开关触头。根据所期望的或需要的指示精度和报警极限的数量，也可以在一个电流路径中使用多个报警开关。例如可以是三个分别针对报警极限80％、50％和20％的触头。

作为开关元件可以采用带有常闭触头、常开触头和转换触头的开关。通过测量间距，亦即从弹簧座至杆座的布局，尤其可以同时检测导致推压力升高的转向杆25处的磨损。由此，当接触器的开关更高级时(在延迟工作(Laufzeibeitrieb)时)，尤其在断流容量或遮断功率减小的情况下，可以更充分地利用开关触头17、18。

按第一种实施例仍可以在达到报警极限时直接检测剩余寿命值，其中考虑到开关传动装置方面磨损的影响。在这里尤其可以同时检测导致推压力增大的磨损部位。其他特性已在上面针对第一种实施例详细说明。

在按图2-3或4-5的实施例的一项补充中，状态询问可以借助一些传感器加以改善，从而可以详细具体地实施信号的进一步处理。

在通过恰当布线进行信号预处理后，所有的信号可以任意地进一步处理，为此，除了已提及的SPS外适用一个微处理器。由此提供这样的可能性：例如通过每个电流路径的多个传感器对于多个报警信号(例如90％、80％)分析探测，或确定释放报警信号的那个电流路径。为此可以采用所有适用的传感器。

在以上说明的本发明的扩展设计中，可有利地在达到一个或多个报警极限时进行一种直接的信号检测，由此尤其可以检测开关机构运动部件导致推压力增大的磨损部位。在这里，无电位的报警信号可以作为模拟或数字信号被进一步处理。必要时，通过使用恰当的传感器还可以实现无接触地测取测量值。

Claims (20)

1.一种用于确定一开关装置的剩余寿命的方法，该开关装置具有可被一开关机构置于接通或断开位置的开关触头，为此存在一个电磁传动装置，其中，为了在接通位置施加一个预定的接触力利用一接触力弹簧的一个确定的推压力，此方法包括下列措施：

-在静态，在开关装置的接通位置，亦即当开关触头闭合时检测推压力，

-将所检测到的推压力值与开关触头的烧损和/或开关机构的磨损联系起来，

-根据开关触头的烧损值和/或开关机构的磨损确定该开关装置的剩余寿命。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征为：将在开关触头的烧损和/或开关机构的磨损达到临界值时的推压力值规定作为报警极限。

3.按照权利要求2所述的方法，其特征为：指示报警极限的达到和/或将其作为报警信号提供用于信号处理。

4.按照上述任一项权利要求所述的方法，其特征为：进行单相测量和分析。

5.按照上述任一项权利要求所述的方法，其特征为：进行多相测量以及对就各相所测得的结果进行共同分析。

6.按照权利要求4或5所述的方法，其特征为：将所述分析信号供给一个存储器可编程的控制器(SPS)。

7.按照权利要求4或5所述的方法，其特征为：实施一种由微处理器进行控制的分析。

8.按照上述任一项权利要求所述的方法，其特征为：测量一真空接触器中的推压力。

9.按照权利要求1至3之一所述的方法，其特征为：测量一空气接触器中的推压力。

10.一种实施按照权利要求1至9之一所述方法的设备，它包括一个开关装置，该开关装置具有至少一个固定的和至少一个运动的开关触头、一个用于驱动开关触头的电磁传动装置以及一个附属的开关机构，其特征为：为了静态检测一推压力变化，在所述开关机构(30)上存在至少一个传感器(201至203、401至403)用于测量相对行程，该传感器检测推压力是否达到一预定极限，由此可以确定一方面由于开关触头(16、17)烧损和另一方面由于开关机构(30)的机械磨损而减小了的推压力。

11.按照权利要求10所述的设备，其特征为：所述传感器是一个连接在开关机构(30)上的报警开关(S)，该报警开关在推压力达到一预定的报警极限时被操纵。

12.按照权利要求11所述的设备，其特征为：为了静态检测所述推压力的变化，利用所述报警开关(S)的闭合位置。

13.按照权利要求11所述的设备，其特征为：所述报警开关(S)在闭合位置产生一个可进一步处理的信号。

14.按照权利要求11或12所述的设备，其特征为：为了规定所述报警极限，可以调整所述报警开关(S)的闭合位置。

15.按照权利要求10至14之一所述的设备，其特征为：存在多个分别表征一定的推压力变化的报警开关(S1-S3)，它们构成一多级分立式传感器。

16.按照权利要求10至15之一所述的设备，其中，存在一个用于三相电网的开关装置，其特征为：为了监测推压力，对于三相电网的每一相电流路径分别存在单独的报警开关(S)，它们的信号被独立表示出。

17.按照权利要求10至14之一所述的设备，其中，存在一个用于三相电网的开关装置，其特征为：为了监测推压力，对于三相电网的各电流相位(L1至L3)存在单独的报警开关(S1至S3)，它们的信号可以结合。

18.按照上述任一项权利要求所述的设备，其特征为：存在一些装置(210、410)，用于在达到开关装置(1)的接通状态和开关触头(17、18)相碰时消除开关信号中的触头颤动信号。

19.按照权利要求18所述的设备，其特征为：所述用于消除触头颤动信号的装置(210、410)按电子方式工作。

20.按照上述任一项权利要求所述的设备，其特征为：存在一些数字式信号处理装置。

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