DE10051161C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Reduzierung des Kontaktabbrandes eines Schaltgerätes - Google Patents

Abstract

Zur Reduzierung des Kontaktabbrandes eines Schaltgerätes (1), insbesondere eines Schützes, wird ein Einschaltbefehl (ES) bis zum Erreichen desjenigen auf den Phasenwinkel(PSI) der Steuerspannung (U¶S¶) eines mit den Hauptkontakten (K1, K2, K3) des Schaltgerätes gekoppelten Magnetsystems (4) bezogenen Kommandowinkels (PSI¶Kv¶) verzögert, der dem jeweiligen Hauptkontakt (K1, K2, K3) mit dem aktuell stärksten Abbrand zugeordnet ist. Dazu sind eine Anzahl von Auswertegliedern (A¶Ln¶) zur Bestimmung des Kontaktabbrandes (DELTAm¶n¶) und ein Speicherbaustein (10) für bestimmte Kommandowinkel (PSI¶Kv¶) sowie ein Phasenkomparator (11) vorgesehen, der anhand eines Vergleiches des bevorzugten Kommandowinkels (PSI¶Kv¶) mit dem Phasenwinkel (PSI) der erfassten Steuerspannung (U¶S¶) einen Impuls (S) zur Einleitung des Schaltvorgangs erzeugt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reduzierung des Kontaktabbrandes eines Schaltgerätes, insbesondere eines Schütz. Sie bezieht sich weiter auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei einem mit Wechselstrom angesteuerten und elektromagne­ tisch betätigten Schaltgerät, dessen nachfolgend als Haupt­ kontakte bezeichneten Hauptkontaktanordnungen ein Drehstrom­ system schalten, besteht das Bestreben, durch geeignete Be­ triebsführung den Kontaktabbrand zu reduzieren und damit die Funktionsdauer des Schaltgerätes zu erhöhen. So kann durch Vermeidung des sogenannten Schaltsynchronisationseffektes ein gleichmäßiger Abbrand in den üblicherweise drei Hauptkontak­ ten erreicht werden, wodurch die Funktionsdauer erhöht wird. Dazu ist bereits die Beschaltung der Schaltgeräte- bzw. Schützspule mit einer Kapazität vorgeschlagen worden. Darüber hinaus kann eine angestrebte Vergleichmäßigung des Kontakt­ abbrandes durch Vermeidung der sogenannten Autosynchronisa­ tion des Schaltgerätes erhöht werden. Dazu können beispiels­ weise Schaltbefehle nach bestimmten Methoden derart verzögert werden, dass eine gleichmäßige Verteilung der Schaltwinkel hervorgerufen wird.

Um einen gleichmäßigen Kontaktabbrand zu gewährleisten, ist es aus der US 5,440,180 bekannt, alternativ einen gleichmä­ ßige Abfolge unterschiedlicher Schaltwinkel oder eine zufäl­ ligen und sich ständig ändernden Schaltwinkel eines Schaltbe­ fehls herbeizuführen. Eine ähnliche Vorgehensweise ist auch aus der DE 44 34 074 A1 bekannt, wobei dort zur Vermeidung einer Selbstsynchronisation beim Schalten eines mehrpoligen Schützes eine Phasenumschalteinrichtung die Steuerspannung für den Magnetantrieb des Schaltgerätes abwechselnd an eine der drei Phasen des Hauptstromkreises legt. Dabei wird eine gleichbleibende, sich wiederholende Umschaltfolge durchge­ führt, die zu einer Vergleichmäßigung des Kontaktabbrandes an den Hauptkontakten führen soll.

Ferner ist aus der DE 10 40 105 C ein Verfahren zur Reduzie­ rung des Kontaktabbrandes eines Schaltgerätes bekannt, bei dem eine Umschalteinrichtung in Abhängigkeit einer auf die Intensität der Lichtbogenbildung ansprechenden Überwachungs­ einrichtung die Betätigungsspule eines Schaltgerätes solange in eine andere Leitung eines Dreiphasensystems legt, bis der geringste Lichtbogeneffekt an den Hauptkontakten auftritt.

Um sowohl den Autosynchronisationseffekt als auch den z. B. durch Fertigungstoleranzen hervorgerufen mechanischen Syn­ chronisationseffekt auszugleichen, könnte durch geeignete Wahl des Schaltzeitpunktes die vom aktuellen Abbrand am stärksten betroffene Hauptkontaktanordnung bezüglich des Ab­ brandes entlastet werden. Dadurch würden die beiden anderen Hauptkontaktanordnungen stärker belastet, wodurch ebenfalls eine Nivellierung herbeigeführt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Reduzierung des Kontaktabbrandes eines Schaltgerätes, insbe­ sondere eines Schützes, anzugeben, mit dem einerseits ein, insbesondere durch den Schaltsynchronismus hervorgerufener, divergierender Abbrand der Hauptkontakte und andererseits der summarische Abbrand aller drei Hauptkontaktanordnungen des Schaltgerätes reduziert wird. Des Weiteren soll eine zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung angegeben werden.

Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1. Dazu wird bei ei­ nem Schaltgerät nach Erhalt eines Einschaltbefehles dieser bis zum Erreichen eines bevorzugten Phasen- oder Kommando­ winkels verzögert, der demjenigen Hauptkontakt mit dem aktu­ ell stärksten Abbrand zugeordnet ist. Der Kommando- oder Ein­ schaltkommandowinkel ist dabei ein bestimmter, auf die Pha­ senlage der Steuer- oder Spulenspannung zum elektromagneti­ schen Betätigen der Hauptkontakte bezogener Zeitpunkt. Der Einschaltkommandowinkel berücksichtigt dabei die von diesem abhängige Kontaktschließzeit zwischen dem Anlegen der Spulen- oder Steuerspannung des mit den Hauptkontakten gekoppelten Magnetsystems des Schaltgerätes und der Berührung der Kon­ taktelemente der jeweiligen Hauptkontakte.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass in je­ der halben Netzperiode drei bevorzugte Zeitpunkte oder Kom­ mandowinkel existieren, zu denen ein Schaltvorgang einen im statistischen Mittel geringeren summarischen Abbrand aller drei Hauptkontakte verursacht als ein beliebiger anderer Zeitpunkt oder ein beliebiger anderer gleich verteilter Kom­ mandowinkel. Dabei kann jedem der bevorzugten Zeitpunkte oder Kommandowinkel genau ein Hauptkontakt zugeordnet werden, der einem zu diesem Zeitpunkt bzw. zu diesem Kommandowinkel ein­ geleiteten Schaltvorgang im statistischen Mittel einen gegen­ über den anderen beiden Hauptkontakten geringeren Abbrand aufweist. Diese Zuordnung zwischen den bevorzugten Zeitpunkten oder Kommandowinkeln und den Hauptkontakten ist einein­ deutig, so dass jedem Hauptkontakt oder jeder Hauptkontakt­ anordnung auch exakt ein bevorzugter Kommandowinkel zugeord­ net ist. Jedem bevorzugten Kommandowinkel sind dabei zwei we­ sentliche Eigenschaften, nämlich einerseits ein minimaler Ab­ brand für einen bestimmten Hauptkontakt. Andererseits ist bei Wahl dieses bevorzugten und nur einem der Hauptkontakte zuge­ ordneten Kommandowinkels für alle Hauptkontakte der Abbrand im statistischen Mittel kleiner als bei einem beliebigen anderen Kommandowinkel.

Die Verzögerung kann beispielsweise durch ein diskret reali­ siertes Verzögerungsglied oder durch einen Mikrokontroller bewerkstelligt werden. Da insgesamt drei bevorzugte Komman­ dowinkel oder Zeitpunkte für jede halbe Netzperiode existie­ ren, beträgt die Verzögerung höchstens 180°, was bei einer Netzfrequenz von 50 Hz einer Verzögerungszeit von 10 ms ent­ spricht. Auf diese Weise ist einerseits die Vermeidung jeg­ licher Schaltsynchronisation sichergestellt. Andererseits wird eine Reduzierung des kumulierten Kontaktabbrandes in al­ len drei Hauptkontakten oder Hauptkontaktanordnungen er­ reicht.

Der aktuelle Abbrand der drei Hauptkontakte wird vorzugsweise durch eine Zeitintervallmessung während des Ausschaltvorgangs bestimmt. Hierbei wird die Zeitspanne zwischen einer Trennung des zur elektromagnetischen Betätigung der Hauptkontakte vor­ gesehenen Magnetsystems und der Trennung der Hauptkontakte erfasst. Die Trennung des Magnetsystems kann hierbei durch einen charakteristischen Spannungsimpuls an der zugeordneten Magnetspule detektiert werden. Die Trennung der Hauptkontakte resultiert ebenfalls in einem Spannungsimpuls, dessen Höhe mindestens der Anoden-Kathoden-Spannung eines entstehenden Lichtbogens entspricht. Eine derartige Zeitintervallmessung ist beispielsweise beschrieben in der DE 196 03 310 A1 und der DE 196 03 319 A1. Die Zeitintervallmessung nutzt die Er­ kenntnis, dass sich der Abbrand der Hauptkontakte primär in einer Verringerung der Dicke der Kontaktauflage und damit in einem verkürzten Weg äußert.

Bezüglich der Vorrichtung wird die genannte Aufgabe erfin­ dungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruches 5. Vor­ teilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der auf diesen rückbezogenen Unteransprüche.

So umfasst die Vorrichtung eine Anzahl von Auswertegliedern zur Bestimmung des Abbrandes jedes Hauptkontaktes des Schalt­ gerätes. Dazu führt jedes Auswerteglied anhand der Spannung über dem jeweiligen Hauptkontakt und der Spannung der Magnet­ spule des Magnetsystems eine Zeitintervallmessung durch. Die drei bevorzugten Kommandowinkel, die den drei Phasen des Drehstromnetzes zugeordnete Phasenwinkel der Spulen- oder Steuerspannung für das Magnetsystem des Schaltgerätes sind, sind zweckmäßigerweise als Tabelle in einem Speicherbaustein hinterlegt.

Ein Phasenkomparator erzeugt anhand eines Vergleichs des dem Hauptkontakt mit dem aktuell stärksten Abbrand zugeordneten Kommando- oder Phasenwinkels mit dem Phasenwinkel der aktuell erfaßten Steuerspannung des Magnetsystems einen Impuls zur Einleitung des Schaltvorgangs. Dabei entspricht die Impuls­ folge des erzeugten Impulses zweckmäßigerweise einer halben Netzperiode. Eine dem Phasenkomparator nachgeschaltete Kipp­ stufe, vorzugsweise ein Flipflop, übergibt mit dem vom Pha­ senkomparator erzeugten Impuls den Einschaltbefehl an einen Schalter zum Anlegen der Steuer- oder Spulenspannung an das Magnetsystem. Zur Ermittlung des Phasenwinkels der vorzugs­ weise kontinuierlich erfassten Steuerspannung ist der Phasen­ komparator mit einem Phasenausgang des Schaltgerätes verbun­ den, an den eine der Phasen des Drehstromnetzes angeschlossen ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbeson­ dere darin, dass durch Verzögerung und damit durch gezielte Beeinflussung des Einschaltvorgangs eines mit Wechselstrom angesteuerten, elektromagnetisch betätigten Schaltgerätes, insbesondere eines Schützes, unter Nutzung dessen spezifi­ scher Eigenschaften einerseits der Synchronisationseffekt vermieden und andererseits der Abbrand der Hauptkontakte ins­ gesamt reduziert wird. Dabei wird eine Veränderung sowohl des durch die Hauptkontakte zu schaltenden Hauptstromkreises als auch des Schaltgerätes selbst vermieden.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Schaltgerätes mit einer Anordnung zur Reduzierung des Kontaktabbrandes,

Fig. 2 in einem Winkel/Zeit-Diagramm die vom Einschalt­ kommandowinkel abhängige Schließzeit,

Fig. 3 in einem Winkel/Geschwindigkeits-Diagramm die vom Einschaltkommandowinkel abhängige Schließgeschwin­ digkeit,

Fig. 4 in einem Winkel/Zeit-Diagramm die vom Einschalt­ kommandowinkel abhängige Abhebedauer von Hauptkon­ takten des Schaltgerätes,

Fig. 5 in einem Winkel/Winkel-Diagramm die vom Einschalt­ kommandowinkel abhängigen Schließwinkel der Haupt­ kontakte, und

Fig. 6 in einem weiteren Diagramm die vom Einschaltkomman­ dowinkel abhängige relative Prellladung.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt ein Schütz als Schaltgerät 1 mit drei nachfolgend als Hauptkontakte K1 bis K3 bezeichneten Hauptkontaktanord­ nungen, deren unbeweglichen Kontaktelemente K1a, K2a bzw. K3a einerseits mit Phasenanschlüssen 2 eines Drehstromnetzes L1, L2, L3, N und andererseits mit einer Last 3 verbunden sind. Die beweglichen Kontaktelemente K1b, K2b und K3b der Hauptkontakte K1 bis K3 werden von einem gemeinsamen Magnetsystem mit einer Magnetspule 4 betätigt. Die Magnetspule 4, mit der die Hauptkontakte K1 bis K3 mechanisch gekoppelt sind, ist über eine Steuerleitung 5 einerseits mit dem Phasenanschluss 2 des Phasenleiters L3 und andererseits mit dem Anschluss 2 des Neutralleiters N verbunden. In der Steuerleitung 5 liegt ein Schalter 6 zum Ansteuern der Magnetspule 4 und somit zum Betätigen, d. h. zum Ein- und Ausschalten des Magnetsystems des Schaltgerätes 1.

Jedem Hauptkontakt K1 bis K3 ist ein Auswerteglied A_L3, A_L2, A_L1 zur Ermittlung des Kontaktabbrandes des jeweiligen Hauptkon­ taktes K1 bis K3 zugeordnet. Jedem dieser Auswerteglieder A_L3, A_L2, A_L1 wird einerseits über eine Messleitung 7 die Span­ nung U₁, U₂, U₃ über dem jeweiligen Hauptkontakt K1 bis K3 und andererseits über Messleitungen 8 die Steuer- oder Spulen­ spannung U_S an der Magnetspule 4 zugeführt. Anhand dieser Spannungen U₁, U₂, U₃ und U_S führen die Auswerteglieder A_L3, A_L2, A_L1 eine Zeitintervallmessung durch und bestimmen damit die aktuellen Abbrandwerte Δm₁, Δm₂, Δm₃ der Hauptkontakte K1 bis K3, d. h. die jeweilige Dicke der verbleibenden Kontaktauf­ lagen der Hauptkontakte K1 bis K3.

Aus den dadurch ermittelten aktuellen Abbrandwerten Δm₁, Δm₂, Δm₃ wird in einem Funktionsbaustein 9 nach einem vorgegebenen funktionalen Zusammenhang, z. B. nach einer sogenannten max- index-Funktion, der Hauptkontakt K1, K2 oder K3 mit dem größ­ ten Abbrand bestimmt. Mittels eines Speicherbausteins 10, in dem tabellarisch drei bevorzugte Einschaltkommandowinkel Ψ_K1, Ψ_K2, Ψ_K3 hinterlegt sind, wird der für den folgenden Schalt­ vorgang maßgebliche Kommandowinkel Ψ_Kν entnommen und an einen Phasenkomparator 11 weitergeleitet.

Der Phasenkomparator 11 vergleicht kontinuierlich den Phasen­ winkel Ψ der Spulen- oder Steuerspannung U_S mit dem bevorzug­ ten Kommandowinkel Ψ_Kν und gibt bei Übereinstimmung einen kurzen Impuls S aus, der beispielsweise etwa 100 µs lang ist.

Dazu ist der Phasenkomparator 11 über eine Steuerleitung 12 mit dem Anschluß 2 des Nullleiters N und einem der Phasenan­ schlüsse 2, im Ausführungsbeispiel der Phase L3, des Dreh­ stromnetzes verbunden. Im Phasenkomparator 11 bleibt dabei die Polarität der Spulenspannung U_S unberücksichtigt, so dass die Impulse S im Abstand von einer halben Netzperiode T/2 ausgegeben werden. Der Impuls S wird an einen Eingang E₁ ei­ nes Flipflops 13 geführt, an dessen Weiteren Eingang E₂ ein externer Schaltbefehl, d. h. der externe Einschaltbefehl ES, ansteht. Das ausgangsseitig mit dem Schalter 6 verbundene Flipflop 13 übernimmt mit dem am Eingang E₁ anstehenden Im­ puls S den am Eingang E₂ anstehenden Schaltbefehl ES und lei­ tet somit über den verzögerungsfreien Schalter 6 den Ein­ schaltvorgang ein.

Die Ableitung der bevorzugten Kommandowinkel Ψ_Kν aus dem Schaltverhalten des elektromagnetisch betätigten Schaltgerä­ tes oder Schützes 1 wird nachfolgend anhand der Fig. 2 bis 6 näher beschrieben. Beispielhaft wird hierzu der durch Messun­ gen verifizierte Einschaltvorgang eines 37 kW-Schützes heran­ gezogen.

Fig. 2 zeigt die vom Einschaltkommandowinkel Ψ_K abhängige Schließzeit t_S. Diese gibt die Zeit vom Anlegen der Steuer- oder Spulenspannung U_S bis zur Berührung der Kontaktelemente K1a bis K3b der Hauptkontakte K1 bis K3 an. Der Einschalt­ kommandowinkel Ψ_K ist hierbei der auf die Phasenlage der si­ nusförmigen Steuer- bzw. Schutzspulenspannung U_S bezogene Phasenwinkel. Aus dem Verlauf ist ersichtlich, dass die vom Einschaltkommandowinkel Ψ_K abhängige Schließzeit t_S nicht konstant, sondern einer Schwankung von mehr als 10 ms unter­ worfen ist. Dies entspricht bei einer Netzfrequenz von 50 Hz einem Winkel Ψ_K von mehr als 180°.

Für Ψ_K ≈ n.180°, mit n ∈ N, ist die Schaltzeit t_S minimal. Grund hierfür ist, dass dort bei Einschaltung der fast aus­ schließlich induktiven Schütz- oder Magnetspule 4 ein maximales transientes Gleichstromglied hervorgerufen wird, was insgesamt eine höhere Anzugskraft zur Folge hat. Bei konstan­ tem Einschaltkommandowinkel Ψ_K ist die Schließzeit t_S nahezu keinen statistischen Schwankungen unterworfen. Somit kann in Kenntnis des Kommandowinkels Ψ_K die Schließzeit t_S und damit auch der Schließzeitpunkt der Hauptkontakte K1, K2, K3 sehr ge­ nau bestimmt werden. Wesentlich dabei ist, dass zwar die Schließzeit t_S aller drei Hauptkontakte K1, K2, K3 konstant ist, der auf die jeweilige Netzspannung bezogene Schließwin­ kel jedoch in den drei Hauptkontakten K1, K2, K3 bei einem Schaltvorgang aufgrund der Phasenverschiebung im Drehstrom­ system jeweils um 120° versetzt ist.

Fig. 3 zeigt die vom Einschaltkommandowinkel Ψ_K abhängige Schließgeschwindigkeit v_S, d. h. die Geschwindigkeit, mit der die Hauptkontakte K1, K2, K3 aufeinander treffen. Ebenso wie die Schließzeit t_S ist auch die Schließgeschwindigkeit v_S ab­ hängig vom Einschaltkommandowinkel Ψ_K. Im Gegensatz zur Schließzeit t_S ist jedoch der Verlauf der Schließgeschwindig­ keit v_S erheblich von den konstruktiven Gegebenheiten des je­ weiligen Schützes oder Schaltgerätes 1 abhängig, so dass all­ gemein gültige Aussagen praktisch nicht gemacht werden kön­ nen. Darüber hinaus ist die Schließgeschwindigkeit v_S bei konstantem Einschaltkommandowinkel Ψ_K einer statistischen Streuung unterworfen, was aus dem entsprechend der gemessenen Standardabweichung ermittelten Fehlerband hervorgeht. Dennoch ist die Schließgeschwindigkeit v_S aller drei Hauptkontakte K1, K2, K3 näherungsweise gleich, was sich in dem einzigen Gra­ phen widerspiegelt.

Fig. 4 zeigt die vom Einschaltkommandowinkel Ψ_K abhängige Ab­ hebedauer t_ab aller drei Hauptkontakte K1, K2, K3 während des sogenannten Einschaltprellens. Die Abhebedauer t_ab ist hier­ bei die kumulierte Zeit, während derer die Hauptkontakte K1, K2, K3 nach der ersten Berührung erneut voneinander getrennt sind. Hierbei wird ein für den Abbrand maßgeblicher Lichtbogen zwischen den Kontaktelementen 1a bis 3b der Hauptkontakte K1 bis K3 hervorgerufen.

Aus einem Vergleich der Graphen gemäß den Fig. 3 und 4 ist ein deutlicher Zusammenhang zwischen der Schließzeit t_S und der Abhebedauer t_ab ersichtlich. Demnach ruft eine hohe Schließ­ geschwindigkeit v_S auch eine vergleichsweise lange Abhebe­ dauer t_ab hervor. Daher sowie auch aus einfachen Überlegungen zum elastischen Stoß und zu Feder-Masse-Systemen kann bei Mittlung über viele Schaltungen bei gleicher Schließgeschwin­ digkeit v_S für alle drei Hauptkontakte K1 bis K3 auch von etwa gleicher Abhebedauer t_ab ausgegangen werden. Dies lässt sich durch die Beziehung

t_ab = C.v_S(Ψ_K)

audrücken, wobei C eine schaltgerätespezifische Konstante ist.

Zusätzlich zur Schließgeschwindigkeit v_S und damit zur Abhe­ bedauer t_ab ist für den Abbrand auch die Höhe des fließenden Stromes i während der Prellabhebungen der Hauptkontakte K1 bis K3 von Bedeutung. Dabei kann davon ausgegangen werden, dass der Abbrand proportional zum Integral des Lichtbogen­ stromes i über die Zeit ist. Dabei wird zusätzlich der Licht­ bogenstrom i in der Regel mit einer kontaktspezifischen Kon­ stante k potenziert gemäß der Beziehung:

Δm = C'.∫i^k(t)dt

Dabei sind Δm der Kontaktabbrand und C' und k insbesondere von den Eigenschaften des Hauptkontaktes K1 bis K3, z. B. dessen Geometrie und Material, abhängige Konstanten.

Obwohl die erste Berührung der Kontaktelemente 1a bis 3b der Hauptkontakte K1 bis K3 im absoluten, zeitlichen Maßstab na­ hezu gleichzeitig stattfindet, ist der auf die jeweilige Netzspannung bezogene elektrische Schließwinkel der Hauptkon­ takte K1, K2, K3 nicht gleich, sondern aufgrund der um 120° versetzten Spannungen im Dreiphasen-System ebenfalls um 120° versetzt. Dieser Zusammenhang ist in Fig. 5 verdeutlicht, in der die auf 360° normierten Schließwinkel in den drei Haupt­ kontaktanordnungen K1, K2, K3 in Abhängigkeit des Einschalt­ kommandowinkels Ψ_K gezeigt sind. Der in Fig. 5 gezeigte Ver­ lauf lässt sich unter Nutzung der Schließzeit t_S mit Hilfe der nachfolgenden Gleichungen formulieren, wobei die An­ steuerung der Schütz- oder Magnetspule 4 kohärent zum Außen- oder Phasenleiter L3 ist und an den Hauptkontakten K1, K2, K3 ein rechtsdrehendes Dreileitersystem geschaltet wird:

Dabei ist T die Netzperiode mit in der Regel 20 ms Perioden­ dauer. Ψ_S ist der auf die jeweilige Phase oder Phasenleitung L1, L2, L3 bezogene Schließwinkel. Mod 360° bezeichnet den Mo­ dulu-Operator, dessen Anwendung den Divisionsrest bei einer Division durch 360° ergibt. Beispielsweise würde sich bei ei­ nem Winkel von 540° = 1,5.360° und einer Division durch 360° der Faktor 1,5 ergeben. Aus dem numerischen Rest von 0,5 würde sich somit eine Divisionsrest von 180° ergeben.

Daraus folgt, dass zwar die Abhebedauer t_ab der Hauptkontakte K1 bis K3 etwa gleich ist, der fließende Strom bei diesen Ab­ hebungen prinzipiell aber unterschiedlich ist. In Näherung kann für den fließenden Strom in den Hauptkontaktanordnungen K1, K2, K3 während der Prellabhebung angesetzt werden:

Dabei ist C'' eine von der zu schaltenden Last 3 und der Netz­ spannung abhängige Konstante.

Somit sind am Abbrand der Hauptkontakte K1, K2, K3 zwei Pro­ zesse beteiligt, nämlich einerseits die für alle Hauptkontak­ te K1 bis K3 jeweils gleiche Abhebedauer t_ab und andererseits die für alle Hauptkontakte K1 bis K3 jeweils unterschiedliche Höhe des Lichtbogenstromes i. Dies wird auch anhand des in Fig. 6 dargestellten experimentell bestimmten Verlaufs der vom Einschaltkommandowinkel Ψ_K abhängigen relativen Prellladung Q der drei Hauptkontakte K1, K2, K3 deutlich. Als relative Prell­ ladung Q wird hierbei die auf den Effektivwert des Nennstroms bezogene tatsächliche Prellladung bezeichnet.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Abhängigkeit der relativen Prellladung Q vom Einschaltkommmandowinkel Ψ_K ist die Steuer­ spannung U_S wiederum kohärent zum Außen- oder Phasenleiter L3. Zusätzlich ist dort der Mittelwert der drei relativen Prellladungen Q eingezeichnet in Form einer mit Kreuzen mar­ kierten Linie. Diese mit Kreuzen markierte Linie weist im Be­ reich um etwa Ψ_K = 50° und Ψ_K = 85° jeweils Minima auf, die deutlich unter dem durchschnittlichen Wert der Prellladung Q liegen. Die Bereiche um diese Minima sind demnach potenzielle Bereiche für bevorzugte Einschaltkommandowinkel Ψ_K.

Daraus ergibt sich, dass die bevorzugten Einschaltkommando­ winkel bei Ψ_K1 = 55° für den Phasenleiter L1, bei Ψ_K2 = 80° für den Phasenleiter L2 und bei Ψ_K3 = 65° für den Phasenlei­ ter L3 liegen. Grund hierfür ist, dass zu diesen Einschalt­ kommandowinkeln Ψ_K die relative Prellladung Q eines zugeord­ neten Hauptkontaktes K1, K2, K3 jeweils ein lokales Minimum aufweist und auch der Mittelwert der Prellladungen Q aller drei Hauptkontakte K1, K2, K3 niedriger als der Durchschnitt ist. Wird die Steuerphase gewechselt, so dass die Steuer- oder Spulenspannung U_S phasensynchron z. B. zur Phasen- oder Außenleitung L1 ist, so sind auch die bevorzugten Einschalt­ kommandowinkel Ψ_K entsprechend zu rotieren.

Insgesamt wird somit der Einschaltvorgang eines mit Wechsel­ strom angesteuerten, elektromagnetisch betätigten Schützes 1 unter Ausnutzung seiner spezifischen Eigenschaften derart be­ einflusst, dass einerseits der Schaltsynchronisationseffekt vermieden und andererseits der Abbrand der Hauptkontakte K1, K2, K3 insgesamt reduziert wird.

Claims (10)

1. Verfahren zur Reduzierung des Kontaktabbrandes eines Schaltgerätes (1), bei dem ein zum elektromagnetischen Be­ tätigen dessen Hauptkontakte (K1 bis K3) anstehender Ein­ schaltbefehl (ES) zur Einleitung eines Schaltvorgangs bis zum Erreichen desjenigen auf den Phasenwinkel (Ψ) der Steuer­ spannung (U_S) eines mit den Hauptkontakten (K1 bis K3) gekop­ pelten Magnetsystems (4) bezogenen Kommandowinkels (Ψ_{K ν}) ver­ zögert wird, der dem Hauptkontakt (K1, K2, K3) mit dem aktuell stärksten Abbrand zugeordnet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der aktuelle Abbrand jedes Hauptkontaktes (K1, K2, K3) durch eine Zeitintervallmes­ sung während eines Ausschaltvorgangs bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem als Zeitintervall die Zeitspanne zwischen einer Trennung eines zur elektromagneti­ schen Betätigung der Hauptkontakte (K1, K2, K3) dienenden Mag­ netsystems (4) und der Trennung der Hauptkontakte (K1, K2, K3) erfasst wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem bei Übereinstimmung des dem Hauptkontakt (K1, K2, K3) mit dem aktu­ ell stärksten Abbrand zugeordneten Kommandowinkels (Ψ_Kν) mit dem Phasenwinkel (Ψ) der kontinuierlich erfaßten Steuerspan­ nung (U_S) des Magnetsystems (4) ein Impuls (S) zur Einleitung des Schaltvorgangs erzeugt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
mit einer Anzahl von Auswertegliedern (A_Ln) zur Bestimmung des Abbrandes jedes Hauptkontaktes (K1, K2, K3) des Schalt­ gerätes,
mit einem Speicherbaustein (10), in dem ein Anzahl von auf den Phasenwinkel (Ψ) einer Steuerspannung (U_S) für ein Magnetsystem (4) des Schaltgerätes (1) bezogenen Kommando­ winkeln (Ψ_Kν) hinterlegt ist, und
mit einem Phasenkomparator (11), der anhand eines Ver­ gleichs des dem Hauptkontakt (K1, K2, K3) mit dem aktuell stärksten Abbrand zugeordneten Kommandowinkels (Ψ_Kν) mit dem Phasenwinkel (Ψ) der erfaßten Steuerspannung (U_S) des Magnetsystems (4) einen Impuls (S) zur Einleitung des Schaltvorgangs erzeugt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, mit einer dem Phasenkompara­ tor (11) nachgeschalteten Kippstufe (13), die mit dem vom Phasenkomparator (11) erzeugten Impuls (S) den Einschaltbe­ fehl (ES) an einen in einer Steuerleitung (5) des Magnetsys­ tems (4) angeordneten Schalter (6) übergibt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Phasenkompa­ rator (11) zur Ermittlung des Phasenwinkels (Ψ) der kontinu­ ierlich erfassten Steuerspannung (U_S) mit einem an eine der Phasen (L1, L2, L3) eines Drehstromnetzes angeschlossenen Pha­ senausgang (2) des Schaltgerätes (1) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei der je­ des Auswerteglied (A_Ln) einerseits über eine Messleitung (7) zur Erfassung der Spannung (U_n) über dem jeweiligen Hauptkon­ takt (K1, K2, K3) und andererseits mit einer Messleitung (8) zur Erfassung der Steuerspannung (U_S) des Magnetsystems (4) verbunden ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, mit einem mit den Auswertegliedern (A_Ln) verbundenen Funktionsbaustein (9) zur Ermittlung des Hauptkontaktes (K1, K2, K3) mit dem ak­ tuell stärksten Abbrand.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Impulsfolge (T/2) des vom Phasenkomparator (11) erzeugten Im­ pulses (S) einer halben Netzperiode entspricht.