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Elektrische
Energieversorgungssysteme sind üblicherweise
in einzelne Abschnitte aufgeteilt. Solche Abschnitte sind mittels
sogenannter Leistungsschalter voneinander abtrennbar. Tritt auf
einem Abschnitt eines Energieversorgungssystems ein Fehler, beispielsweise
ein Kurzschluss, auf, so wird der betroffene Abschnitt mittels der
ihn begrenzenden Leistungsschalter vom übrigen System abgetrennt, so
dass sich der Fehler nicht auf die übrigen – gesunden – Abschnitte auswirken kann.
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Leistungsschalter
weisen im Allgemeinen einander stirnseitig gegenüberliegende Schaltkontakte
auf, die durch Einleiten einer Antriebsbewegung miteinander in Kontakt
gelangen oder voneinander getrennt werden können. Sie sind zum Schalten
hoher Leistungen ausgelegt, so dass beispielsweise in einem Kurzschlussfall
eine fehlerbehaftete Leitung eines Energieverteilungsnetzes unterbrochen
werden kann. Aufgrund der hohen Kurzschlussströme wird beim Trennen zwischen
den Schaltkontakten ein Lichtbogen gezogen, der wegen seiner hohen
Temperatur eine Abnutzung durch Abbrand des Kontaktmaterials bewirkt.
Dieser lichtbogeninduzierte Materialabbrand beeinträchtigt das
Schaltvermögen
des Leistungsschalters.
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Um
Fehlfunktionen des Leistungsschalters zu vermeiden, werden die Leistungsschalter
daher beispielsweise nach einer bestimmten Zeitdauer ausgetauscht.
Ein solcher zeitdauerabhängiger
Austausch des Leistungsschalters kann jedoch dann unnö tig sein,
wenn mit dem auszutauschenden Schalter nur wenig Schaltprozesse
durchgeführt
wurden und auch ansonsten keine schwerwiegenden Mängel, wie
beispielsweise ein schleichender Gasaustritt oder dergleichen, feststellbar
sind. Andererseits ist es jedoch auch möglich, dass in der vorgegebenen
Zeitdauer unerwartet viele Schaltspiele, d. h. Stromunterbrechungen,
mit dem Schalter durchgeführt
wurden, so dass der Schalter bereits nach einer vergleichsweise
kurzen Lebensdauer an seinen Schaltkontakten erhebliche Mängel aufweist.
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Um
zumindest eine Abschätzung
des Abbrandes der Schaltkontakte eines Leistungsschalters vornehmen
zu können,
geht z. B. aus der als Stand der Technik geltenden deutschen Patentanmeldung
DE 103 12 504 hervor, den
während
der Dauer des Lichtbogens fließenden
Strom in Form eines Strom-Zeit-Integrals zu erfassen. Auf diese
Weise wird der gesamte während
der Dauer des Lichtbogens über
die Schaltkontakte des Leistungsschalters geflossene Strom ermittelt.
Die bei jedem Öffnen
des Leistungsschalters erfassten Strom-Zeit-Integrale werden in
einem Summenspeicher zu einer Gesamtsumme aufaddiert. Diese Gesamtsumme
wird beispielsweise mit einem Grenzwert verglichen, und es wird
ein Warnsignal abgegeben, wenn sie den Grenzwert überschreitet.
Das Warnsignal gibt an, dass der Leistungsschalter auszutauschen
ist. Die Schwierigkeit bei diesem Verfahren besteht insbesondere
darin, einen angemessenen Grenzwert anzugeben, mit dem die Gesamtsumme
der Strom-Zeit-Integrale verglichen werden und anhand dessen das
Warnsignal abgegeben werden kann.
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Ferner
ist es bekannt, dass Hersteller von Leistungsschaltern in technischen
Spezifikationen und Handbüchern
häufig
Informationen zur Haltbarkeit der Schaltkontakte eines entsprechenden
Leistungsschalters liefern. Diese Haltbarkeitsinfor mationen beruhen üblicherweise
auf Schaltexperimenten mit baugleichen Leistungsschaltern und beinhalten
normalerweise Größen wie
eine maximale Anzahl von Schaltspielen – also die Anzahl der möglichen Öffnungsvorgänge des
Leistungsschalters – einerseits
bei einem Bemessungs-Betriebsstrom und andererseits bei einem Bemessungs-Kurzschlussstrom.
Hierbei kennzeichnet der Bemessungs-Betriebsstrom einen Ausschaltstrom,
für den
der Leistungsschalter im Normalbetrieb des Energieversorgungssystems
ausgelegt ist. Der Bemessungs-Kurzschlussstrom gibt hingegen den
maximalen Ausschaltstrom an, für
den der Leistungsschalter eingerichtet ist, d. h. den maximalen
Kurzschlussstrom, den der Leistungsschalter ohne Zerstörung abschalten
kann.
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Häufig ist
die Abhängigkeit
von Ausschaltstrom und dazugehörigen
maximalen Schaltspielzahlen in einem Diagramm graphisch dargestellt,
aus dem der Betreiber des Leistungsschalters ablesen kann, wie viele Schaltvorgänge der
Leistungsschalter bei einem bestimmten Ausschaltstrom durchführen kann.
Da der Ausschaltstrom jedoch von Schaltvorgang zu Schaltvorgang
variieren kann, sind mit Hilfe dieser graphisch ablesbaren Informationen
lediglich Angaben für
den jeweiligen Einzelfall möglich,
eine Angabe der aktuellen Abnutzung der Schaltkontakte des Leistungsschalters
ist hieraus nicht ohne Weiteres möglich.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ermitteln
eines eine Abnutzung von Schaltkontakten eines Leistungsschalters
angebenden Restschaltspiel-Wertes anzugeben, mit dem in einfacher
Weise eine vergleichsweise zuverlässige Angabe der Abnutzung
der Schaltkontakte des Leistungsschalters möglich ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch
ein Verfahren zum Ermitteln eines eine Abnutzung von Schaltkontakten
eines Leistungsschalters angebenden Restschaltspiel-Wertes gelöst, bei
dem beim Öffnen der
Schaltkontakte des Leistungsschalters ein einen momentan fließenden Strom
angebender Ausschaltstrom-Messwert ermittelt wird; für diesen
Ausschaltstrom-Messwert
wird anhand einer schalterspezifischen Kennlinie ein ausschaltstromabhängiger Schaltspiel-Wert
ermittelt; anschließend
wird der Quotient aus einem anhand der schalterspezifischen Kennlinie
festgelegten Schaltspiel-Bezugswert und dem ausschaltstromabhängigen Schaltspiel-Wert
unter Bildung einer Schaltspielkenngröße ermittelt; schließlich wird
für das
erstmalige Öffnen
der Schaltkontakte des Leistungsschalters eine Differenz zwischen
dem Schaltspiel-Bezugswert und der Schaltspielkenngröße unter
Bildung eines Restschaltspiel-Wertes und für jedes weitere Öffnen der
Schaltkontakte des Leistungsschalters jeweils die Differenz zwischen
einem für
einen unmittelbar vorhergehenden Öffnungsvorgang der Schaltkontakte
ermittelten Restschaltspiel-Wert und der Schaltspiel-Kenngröße unter
Bildung eines jeweiligen aktuellen Restschaltspiel-Wertes ermittelt.
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Der
wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin,
dass auf der Basis der vom Leistungsschalterhersteller angegebenen
und experimentell abgesicherten Informationen zu möglichen Schaltspielen
bei bestimmten Ausschaltströmen
vergleichsweise zuverlässig
eine Angabe darüber
gemacht werden kann, wie viele Schaltspiele der entsprechende Leistungsschalter
ausschaltstromabhängig
noch durchführen
kann. Dadurch, dass der jeweils beim vorausgehenden Öffnungsvorgang
des Leistungsschalters berechnete Restschaltspiel-Wert für den nachfolgenden
Schaltvorgang als Ausgangswert zur Differenzbildung verwendet wird,
kann für
jeden Schaltvorgang des Leistungsschalters die aktuell gültige Abnutzung
der Schaltkontakte bestimmt werden. Hierbei wird sozusagen die Lebensdauer
der Schaltkontakte heruntergezählt,
so dass die Restschaltspiel-Wert unter Berücksichtigung der Schalthistorie
des Leistungsschalters immer die zum aktuellen Zeitpunkt noch möglichen
Schaltspiele des Leistungsschalters angibt. Dabei gibt ein niedriger
Wert des Restschaltspiel-Wertes eine hohe Abnutzung der Schaltkontakte
an.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
sieht vor, dass der Schaltspiel-Bezugswert anhand der schalterspezifischen
Kennlinie bezüglich
eines Referenz-Ausschaltstromwertes festgelegt wird. Hierdurch findet
sozusagen eine Normierung der Schaltvorgänge des Leistungsschalters
auf entsprechende Schaltvorgänge
beim Referenz-Ausschaltstrom statt. Auf diese Weise lässt sich
die Restlebensdauer der Schaltkontakte des Leistungsschalters besonders
einfach angeben.
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Vorteilhafterweise
kann als Referenz-Ausschaltstrom ein schalterspezifischer Bemessungs-Betriebsstrom
verwendet werden. Der Bemessungs-Betriebsstrom kennzeichnet den
Normalbetriebszustand des Leistungsschalters, ist also beispielsweise
vom Nennstrom des Energieversorgungssystems abhängig. Auf diese Weise können die
noch möglichen
Schaltspiele des Leistungsschalters auf den im Normalbetrieb des
Energieversorgungssystems fließenden
Strom normiert werden.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist außerdem
vorgesehen, dass als schalterspezifische Kennlinie die Abhängigkeit n|Ia = n|In für Ia ≤ In; n|Ia =
n|Isc für
Ia ≥ ISC; n|Ia =
b·Iam für
In < Ia < ISC verwendet wird, wobei
- Ia
- den Ausschaltstrom-Messwert,
- In
- einen schalterspezifischen
Bemessungs-Betriebsstrom,
- Isc
- einen schalterspezifischen
Bemessungs-Kurzschlussstrom,
- n|Ia
- den ausschaltstromabhängigen Schaltspiel-Wert,
- n|In
- einen bemessungsbetriebsstromabhängigen Schaltspiel-Wert,
- b
- einen schalterspezifischen
Potenzfunktions-Vorfaktor
und
- m
- einen schalterspezifischen
Potenzfunktions-Exponenten
angeben.
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Auf
diese Weise kann allein auf Basis der üblicherweise von Leistungsschalterherstellern
angegebenen Informationen zu möglichen
Schaltspielen des Leistungsschalters einerseits bei dem Bemessungs-Betriebsstrom
und andererseits bei dem Bemessungs-Kurzschlussstrom auf sehr einfache
Weise der Restschaltspiel-Wert bestimmt werden.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist zudem vorgesehen, dass der ermittelte Restschaltspiel-Wert mit
einem einen Mindestrestschaltspiel-Wert angebenden Schwellenwert
verglichen wird und ein Warnsignal erzeugt wird, wenn der Restschaltspiel-Wert den Schwellenwert
unterschreitet. Hierdurch ist es mög lich, bereits einige Zeit
vor der vollständigen
Abnutzung der Schaltkontakte des Leistungsschalters ein Warnsignal
zu erzeugen, das den Betreiber des Leistungsschalters darauf hinweist,
eine Wartung einzuleiten bzw. den Leistungsschalter oder die Schaltröhre möglichst
bald auszutauschen.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
sieht außerdem
vor, dass die Ermittlung des Restschaltspiel-Wertes von einer Recheneinrichtung
eines elektrischen Feldgerätes durchgeführt wird.
Auf diese Weise können üblicherweise
in Leistungsschalternähe
vorhandene Feldgeräte, wie
beispielsweise elektrische Schutzgeräte, zur Ermittlung der Abnutzung
der Schaltkontakte verwendet werden. Hierdurch entstehen keine weiteren
Kosten für
zusätzliche
Hardwarebausteine, wie beispielsweise zusätzliche Stromwandler, weil
die elektrischen Feldgeräte üblicherweise
bereits mit dem Energieversorgungssystem über entsprechende Wandler verbunden
sind.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
sieht ferner vor, dass der ermittelte Restschaltspiel-Wert und/oder
ein in Abhängigkeit
von diesem erzeugtes Warnsignal auf einer Anzeigeeinrichtung angezeigt
werden. Auf diese Weise kann dem Betreiber des Leistungsschalters
der Restschaltspiel-Wert und/oder ein Warnsignal beispielsweise
auf einer Anzeigeeinrichtung in einer Leitstation des Energieversorgungssystems
oder einer Anzeigeeinrichtung eines Feldgerätes angegeben werden.
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Zur
weiteren Erläuterung
der Erfindung sind in
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1 schematisch
ein Feldgerät
an einem Abschnitt einer Energieübertragungsleitung,
in
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2 schematisch
ein Ausführungsbeispiel
eines Verfahrens zur Ermittlung eines Restschaltspiel-Wertes in
einem Blockschaltbild und in
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3 ein
Ausführungsbeispiel
einer schalterspezifischen Kennlinie
dargestellt.
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1 zeigt
zwei Abschnitte 1 und 2 einer im ansonsten nicht
dargestellten Energieübertragungsleitung
eines Energieversorgungssystems. Die Abschnitte 1 und 2 der
Energieübertragungsleitung
sind durch einen Leistungsschalter 3 voneinander abtrennbar. Über einen
Stromwandler 4 ist mit dem Leitungsabschnitt 2 ein
Feldgerät
in Form eines elektrischen Schutzgerätes 5 verbunden. Das
Schutzgerät 5 ist über eine
Kommunikationsleitung 8 mit einem Kommunikationsbus 9 verbunden.
Mit einem weiteren Ausgang des Schutzgerätes 5 ist eine Antriebseinrichtung 6 für einen
beweglichen Schaltkontakt 7a des Leistungsschalters 3 verbunden.
Dem beweglichen Schaltkontakt 7a stirnseitig gegenüber liegt
ein feststehender Schaltkontakt 7b des Leistungsschalters 3.
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Im
Folgenden soll angenommen werden, dass auf einem der Leitungsabschnitte 1 oder 2 ein
Kurzschluss auftritt. Unter Verwendung an sich bekannter (und daher
an dieser Stelle nicht näher
erläuterter) Schutzalgorithmen
für Energieversorgungssysteme
erkennt das Schutzgerät 5 den
Kurzschluss anhand mittels des Stromwandlers 4 aufgenommener
Strommesswerte und ggf. auch anhand mittels eines nicht dargestellten
Spannungswandlers aufgenommener Spannungsmesswerte. Das Schutzgerät 5 gibt
daraufhin ein Auslösesignal
an die Antriebseinrichtung 6 des Leistungsschalters 3 ab,
die den beweglichen Schaltkontakt 7a in die geöffnete Stellung
bringt.
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Beim Öffnen der
Schaltkontakte 7a und 7b entsteht zwischen diesen
ein Lichtbogen, durch dessen hohe Temperatur die Schaltkontakte 7a und 7b teilweise
abgebrannt und damit abgenutzt werden. Nachdem der Leistungsschalter 3 eine
bestimmte Anzahl von Schaltspielen durchgeführt hat, sind die Schaltkontakte 7a und 7b zu
stark abgebrannt und der Leistungsschalter 3 muss ausgewechselt
werden.
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Zur
Bestimmung der Abnutzung der Schaltkontakte 7a und 7b wird
mittels einer in 1 nicht dargestellten Recheneinrichtung
des Feldgerätes 5 ein
Restschaltspiel-Wert berechnet, wie es nachfolgend unter Hinzuziehung
der 2 und 3 erläutert wird:
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2 zeigt
hierzu in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens
zur Ermittlung eines Restschaltspiel-Wertes SR für die Schaltkontakte 7a und 7b des
Leistungsschalters 3 in Form eines Blockschaltbilds.
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Zum
Zeitpunkt des Öffnens
der Schaltkontakte 7a und 7b des Leistungsschalters 3 wird
mittels des Stromwandlers 4 ein Ausschaltstrom-Messwert
Ia bestimmt, wie dies durch Block 11 in 2 andeutet
ist. Der Ausschaltstrom-Messwert Ia stellt dabei beispielsweise
einen Effektivwert desjenigen Stromes dar, der genau zum Zeitpunkt
des Öffnens
der Schaltkontakte 7a und 7b in Form eins Lichtbogens
zwischen den sich öffnenden
Schaltkontakten 7a und 7b fließt.
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Der
richtige Zeitpunkt zur Erfassung des Ausschaltstrom-Messwertes Ia
kann beispielsweise dadurch bestimmt werden, dass nach der Abgabe
des Auslösesignals
von dem Schutzgerät 5 an
die Antriebseinrichtung 6 des Leistungsschalters 3 eine
be kannte Eigenzeit des Leistungsschalters 3 abgewartet
wird, wobei diese Eigenzeit die Zeitspanne zwischen dem Empfang
des Auslösesignals
durch die Antriebseinrichtung 6 und dem tatsächlichen Öffnen der
Schaltkontakte 7a und 7b angibt. Erst nach Ablauf
dieser Eigenzeit wird der Ausschaltstrom-Messwert Ia bestimmt.
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Der
Ausschaltstrom-Messwert Ia wird der Recheneinrichtung des Schutzgeräts 5 zugeführt, die
diesen zunächst
auf seine Lage hinsichtlich einer für den Leistungsschalter 3 spezifischen
Kennlinie untersucht, wie dies in Block 12 der 2 angedeutet
ist. Die Kennlinie gibt hierbei die Zahl möglicher Schaltspiele in Abhängigkeit
vom jeweiligen Ausschaltstrom Ia an. Eine solche Kennlinie wird üblicherweise
vom Hersteller in den technischen Spezifikationen des Leistungsschalters 3 mitgeliefert.
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Ein
Beispiel für
eine Kennlinie dieser Art ist in 3 gezeigt. 3 zeigt
in doppellogarithmischer Auftragung eine – fett eingezeichnete – Kennlinie,
die die Abhängigkeit
zwischen einem Schaltspiel-Wert n|Ia und dem
Ausschaltstrom Ia für
einen bestimmten Leistungsschalter angibt.
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Anhand
der Lage des Ausschaltstrommesswertes Ia auf der Kennlinie ermittelt
die Recheneinrichtung des Schutzgeräts 5 den zugehörigen Schaltspiel-Wert
n|Ia und gibt diesen gemäß 2 an einen
Block 13 zur Quotientenbildung weiter. Hier wird der Quotient
aus einem Schaltspiel-Bezugswert nmax bezüglich eines
Referenz-Ausschaltstromes und dem aus der Kennlinie in Block 12 ermittelten
ausschaltstromabhängigen Schaltspiel-Wert n|Ia unter
Bildung einer Schaltspiel-Kenngröße Kn berechnet. Als Referenz-Ausschaltstrom kann
jeder beliebige Strom bis zu dem maximal von dem Leistungsschalter 3 abschaltbaren Bemessungs-Kurzschlussstrom
Isc gewählt
werden. Es bietet sich jedoch an, als Referenz-Ausschaltstrom den
Betriebs-Bemessungsstrom In zu wählen, da
dieser den Strom im Normalbetrieb des Leistungsschalters 3 darstellt.
Der hierzu gehörende
Schaltspiel-Bezugswert ergibt sich ohne Weiteres aus der schalterspezifischen Kennlinie.
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Die
Schaltspiel-Kenngröße K
n wird an einen Block
14 zur Differenzbildung übergeben.
Beim ersten Öffnungsvorgang
der Schaltkontakte
7a und
7b wird hier die Differenz
aus dem Schaltspiel-Bezugswert n
max und
der Schaltspiel-Kenngröße K
n gebildet. Als Ergebnis ergibt sich der
gesuchte Restschaltspiel-Wert S
R, der die
Abnutzung der Schaltkontakte
7a und
7b des Leistungsschalters
3 angibt.
Ein niedriger Wert des Restschaltspiel-Wertes bedeutet hierbei eine
hohe Abnutzung. Für
den ersten Öffnungsvorgang
wird somit der Restschaltspiel-Wert
S
R gemäß der Gleichung
ermittelt.
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Für jeden
weiteren Öffnungsvorgang
der Schaltkontakte
7a und
7b kann als Ausgangswert
zur Differenzbildung nicht mehr der Schaltspiel-Bezugswert n
max verwendet werden, da dieser nur die Anzahl
der möglichen
Schaltspiele für
den unbenutzten Leistungsschalter
3 angibt. Stattdessen
wird als neuer Ausgangswert für
die Differenzbildung nunmehr der für den jeweils vorhergehenden
Schaltvorgang ermittelte Restschaltspiel-Wert verwendet, da dieser
die Schalthistorie des Leistungsschalters
3 beinhaltet
und somit die aktuell noch mögli chen
Schaltspiele der Schaltkontakte
7a und
7b angibt.
Für alle
auf den ersten Öffnungsvorgang
folgenden Öffnungsvorgänge wird
der aktuelle Restschaltspiel-Wert S
R somit
entsprechend der Gleichung
bestimmt.
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Der
jeweils für
den Restschaltspiel-Wert SR ermittelte Wert
wird gemäß 2 folglich
für einen
nachfolgenden Öffnungsvorgang
des Leistungsschalters 3 als Ausgangswert A (= SR-_vorhergehendes Öffnen) für die Differenzbildung
verwendet, wie es durch einen gepunktet dargestellten Pfeil am Ausgang
des Blockes 14 angedeutet ist.
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Der
Restschaltspiel-Wert SR kann beispielsweise
auf einer Anzeigevorrichtung, wie z.B. einem Display 10 des
Schutzgerätes 5,
angezeigt werden und/oder von dem Schutzgerät 5 über die
Kommunikationsleitung 8 und den Kommunikationsbus 9 an
ein externes Gerät,
beispielsweise einen Leitrechner in einer Leitwarte, übermittelt
und dort angezeigt bzw. ausgewertet werden. Damit hat der Betreiber
des Leistungsschalters 3 die Möglichkeit, die aktuelle Abnutzung
der Schaltkontakte 7a und 7b des Leistungsschalters 3 einzusehen
und ggf. eine Wartung oder ein Austausch des Leistungsschalters 3 bzw.
der Schaltröhre
des Leistungsschalters 3 zu veranlassen.
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Außerdem kann
der Restschaltspiel-Wert SR auch an einen
Block 15 zur Schwellenwertüberprüfung weitergegeben werden,
in dem er mit einem Schwellenwert SW verglichen wird. Unterschreitet die
Restschaltspiel-Wert SR den Schwellenwert
SW, so wird ein Wartungssignal W erzeugt und dem Betreiber des Leistungsschalters 3 beispielsweise
an der Anzeigevorrichtung 10 des Schutzgerätes 5 oder
einer externen Anzeigevorrichtung – beispielsweise in einer Leitwarte – dargestellt.
Der Schwellenwert SW gibt hierbei z. B. eine vorgegebene minimale
Restlebensdauer an, bei der der Betreiber des Leistungsschalters 3 dazu
veranlasst werden soll, einen Austausch des Leistungsschalters 3 einzuleiten,
noch bevor die Schaltkontakte 7a und 7b des Leistungsschalters 3 vollständig abgebrannt
sind. Der Betreiber des Leistungsschalters 3 hat somit
ausreichend Zeit, eine Wartung oder einen Austausch des Leistungsschalters 3 vorzunehmen.
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Nur,
wenn es sich bei dem Leistungsschalter 3 um einen neuen
Leistungsschalter handelt, der noch keiner Alterung durch Schaltvorgänge oder
widrige Umwelteinflüsse
beispielsweise bei Lagerung und/oder Transport ausgesetzt worden
ist, kann als Startwert für
den Ausgangswert A zur Differenzbildung im Block 14 tatsächlich der
Schaltspiel-Bezugswert nmax angesetzt werden.
Dieser kann z.B. aus dem in 3 gezeigten Diagramm
für den
gewählten
Referenz-Ausschaltstrom (z.B. den Bemessungs-Betriebsstrom) abgelesen
werden. Handelt es sich hingegen bei dem Leistungsschalter 3 um
einen gebrauchten Leistungsschalter, dessen Schaltkontakte bereits
durch einen Lichtbogen teilweise abgebrannt sind, so muss der Startwert
für den
Ausgangswert A zur Differenzbildung anhand von Erfahrungswerten
eingestellt werden.
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Das
Verfahren zur Bestimmung des Restschaltspiel-Wertes SR kann
bei ein- oder mehrphasigen elektrischen Leitungen eingesetzt werden.
Bei einer mehrphasigen Ausführung
ist entsprechend an jedem Phasenleiter ein Stromwandler 4 vorzusehen, und
das oben beschriebene Verfahren zur Ermittlung des Restschaltspiel-Wertes
SR ist entsprechend für jeden Phasenleiter anzuwenden.
Ein Wartungssignal W kann in diesem Fall beispielsweise dann erzeugt
werden, wenn hinsichtlich eines der mehreren Phasenleiter der Restschaltspiel-Wert
SR den die minimale Restlebensdauer angebenden
Schwellenwert SW unterschreitet.
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Obwohl
das Verfahren gemäß 2 von
einzelnen Berechnungsblöcken
durchgeführt
wird, kann es auch von einer Datenverarbeitungsanlage – wie einem
Mikroprozessor mit entsprechender Software – durchgeführt werden.
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3 zeigt,
wie bereits erwähnt,
eine typische Kennlinie, die die Abhängigkeit der Anzahl noch möglicher
Schaltspiele (ausschaltstromanhängiger
Schaltspiel-Wert n|Ia) vom Ausschaltstrom
Ia angibt. Die Kennlinie weist hierbei einen ersten Bereich 21 auf.
Dieser Bereich gibt den maximalen ausschaltstromabhängigen Schaltspielwert
des Leistungsschalters 3 für Ströme kleiner oder gleich dem
sogenannten Betriebs-Bemessungsstrom In an.
Im Beispiel der 3 liegt der Betriebs-Bemessungsstrom
In bei 2500 A. Für diesen Strom ist der Leistungsschalter 3 im
Normalbetrieb ausgelegt und Experimente seitens des Leistungsschalterherstellers
haben ergeben, dass bei diesem Strom 10.000 Schaltspiele des Leistungsschalters
möglich
sind.
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Ferner
weist die Kennlinie einen zweiten Bereich 22 auf, der den
maximalen möglichen
Ausschaltstrom des Leistungsschalters ohne Zerstörung angibt. Im Beispiel der 3 beträgt dieser
maximale Ausschaltstrom, der auch Kurzschluss-Bemessungsstrom Isc
genannt wird, 50.000 A. Aus der Kennlinie lässt sich ablesen, dass bei
einem Ausschaltstrom von 50.000 A maximal 50 Schaltspiele mit dem
Leistungsschalter möglich
sind.
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Zwischen
dem ersten und dem zweiten Bereich 21 der Kennlinie ist
ein Zwischenbereich 23 angegeben, der die Abhängigkeit
der möglichen
Schaltspiele des Leistungsschalters 3 vom Ausschaltstrom
Ia im Bereich zwischen dem Betriebs-Bemessungsstrom In und
dem Kurzschluss-Bemessungsstrom Isc angibt. Diese Abhängigkeit
folgt im Allgemeinen einer Potenzfunktion, die allgemein in der
Form n|Ia = b·Ia m dargestellt werden kann. Hierbei bezeichnet
b einen Potenzfunktions-Vorfaktor und m einen Potenzfunktions-Exponenten;
n|Ia steht für den ausschaltstromabhängigen Schaltspiel-Wert
und Ia bezeichnet den Ausschaltstrom. Im doppellogarithmischen Diagramm
der 3 ist diese Potenzfunktion als Gerade eingetragen.
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Da
der Anfangs- und Endpunkt der Geraden durch die Wertepaare (Bemessungs-Betriebsstrom)/(Schaltspielzahl
beim Bemessungs-Betriebsstrom)
einerseits und (Bemessungs-Kurzschlussstrom)/(Schaltspielzahl beim
Bemessungs-Kurzschlussstrom) andererseits angegeben sind, können der
Potenzfunktions-Vorfaktor b und der Potenzfunktions-Exponent m wie
im Folgenden gezeigt einfach berechnet werden:
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Somit
sind alle drei Bereiche der Kennlinie eindeutig definiert und bilden
die folgende Berechnungsvorschrift für die ausschaltstromabhängigen Schaltspiel-Wert
n|Ia beim jeweiligen Ausschaltstrom Ia: n|Ia = n|In für Ia ≤ In; n|Ia =
n|Isc für
Ia ≥ ISC; n|Ia =
b·Iam für
In < Ia < ISC.
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Mit
dem hiermit ermittelten Restschaltspiel-Wert SR wird
dem Betreiber des Leistungsschalters 3 eine auf gesicherter
Basis berechnete Abnutzung bzw. Restlebensdauer für die Schaltkontakte 7a und 7b an
die Hand gegeben.
