DE102018208577A1

DE102018208577A1 - Verfahren zur Berechnung des Kontaktzustands eines elektrischen Schalters und elektrischer Schalter mit solch einem Verfahren

Info

Publication number: DE102018208577A1
Application number: DE102018208577.3A
Authority: DE
Inventors: Thomas Moosburger; Thomas Beckert; Stefan Widmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2018-05-30
Filing date: 2018-05-30
Publication date: 2019-12-05
Also published as: CN112313766A; WO2019228790A1; US20210159025A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Berechnung des Kontaktzustands eines elektrischen Schalters offenbart mit den Schritten:- Sammeln erster Eingabewerte zur Berechnung des Kontaktzustands in einer ersten Komponente des elektrischen Schalters;- Sammeln zweiter Eingabewerte zur Berechnung des Kontaktzustands in einer zweiten Komponente des elektrischen Schalters; und- Berechnen des Kontaktzustands des elektrischen Schalters aus den ersten Eingabewerten und den zweiten Eingabewerten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Berechnung des Kontaktzustands eines elektrischen Schalters sowie einen elektrischen Schalter mit solch einem Verfahren.
Zur Visualisierung und Feststellung des Wartungsbedarfs von Kontaktsystemen beispielsweise in Kompaktleistungsschaltern ist es notwendig, den physikalischen Zustand der Kontakte zu ermitteln. Typischerweise verschleißen Kontakte bei Auf- und Abschaltvorgängen, speziell bei der Auslösung von Kompaktleistungsschaltern.
Verschiedene Verfahren zur Bestimmung des Kontaktzustands von Kontaktsystemen sind bekannt. Beispielsweise sind bei ACB-Schaltern (Air Circuit Breaker) mechanische Systeme bekannt, die in Form eines Stößels optisch die Dicke des verbleibenden Kontaktmaterials bestimmen.
Ebenso sind software-basierte Kontaktzustandsbewertungen bekannt, die beispielsweise in Form der Aufsummierung von Stromquadratwerten im Auslösefall Rückschlüsse auf den Kontaktzustand schließen.
Weiterhin sind Systeme bekannt, die den Kontaktzustand bei Abschaltvorgängen und Auslösungen innerhalb der Elektronic-Trip-Unit (ETU) bewerten. Diese Funktion ist nur bei einer Fremdversorgung aktiv und nur bei Abschaltvorgängen operativ. Eine Anzeige des Zustands des maximal verschlissenen Kontakts erfolgt auf einem abgesetzten Display. Zu einer Erkennung von nicht durch eine Auslösung, also nicht durch die ETU selbst verursachten Abschaltvorgang, nutzt das System eine dezidierte Signalleitung zwischen dem Kommunikationszubehör und der ETU. Das Kommunikationszubehör hat dabei die Funktion, den Schalterzustand anhand zweier Kontakte abzufragen. In diesem System sind zwei Zusatzgeräte für die vollständige Funktionalität der Kontaktzustandsbewertung notwendig.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein alternatives Verfahren zur Bestimmung des Kontaktzustands eines elektrischen Schalters zur Verfügung zu stellen, welches die im Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren zur Berechnung des Kontaktzustands eines elektrischen Schalters gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 angegeben. Die Aufgabe wird ebenfalls erfindungsgemäß durch den elektrischen Schalter gemäß Patentanspruch 9 und das System gemäß Patentanspruch 10 gelöst.
Das Verfahren zur Berechnung des Kontaktzustands eines elektrischen Schalters gemäß Patentanspruch 1 umfasst die Schritte:

- Sammeln erster Eingabewerte zur Berechnung des Kontaktzustands in einer ersten Komponente des elektrischen Schalters;
- Sammeln zweiter Eingabewerte zur Berechnung des Kontaktzustands in einer zweiten Komponente des elektrischen Schalters; und
- Berechnen des Kontaktzustands des elektrischen Schalters aus den ersten Eingabewerten und den zweiten Eingabewerten.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Berechnung des Kontaktzustands besitzt gegenüber bekannten Lösungen folgende Vorteile. Es können Auf- und Abschaltvorgänge betrachtet werden und in die Bewertung der Zustände der jeweiligen Kontakte einbezogen werden. Des Weiteren ist kein Zusatzgerät notwendig, wodurch eine Zubehörtasche im Kompaktleistungsschalter für anderes Zubehör freibleibt. Weiter ist vorteilhaft beim erfindungsgemäßen Verfahren, dass keine dezidierte Signalleitung zwischen einem Zubehör und der ETU notwendig ist, um den Schalterzustand zur ETU zu übertragen.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst dies den weiteren Schritt:

- Übermitteln der ersten Eingabewerte von der ersten Komponente zur zweiten Komponente des elektrischen Schalters; wobei in der zweiten Komponente der Kontaktzustand des elektrischen Schalters aus den ersten Eingabewerten und den zweiten Eingabewerten berechnet wird.

In einer alternativen Ausgestaltung umfasst das erfindungsgemäße Verfahren den weiteren Schritt:

- Übermitteln der zweiten Eingabewerte von der zweiten Komponente zur ersten Komponente des elektrischen Schalters; wobei in der ersten Komponente der Kontaktzustand des elektrischen Schalters aus den ersten Eingabewerten berechnet wird.

In einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Verfahren den weiteren Schritt:

- Übermitteln der ersten Eingabewerte und der zweiten Eingabewerte von der ersten und zweiten Komponente zu einer dritten Komponente des elektrischen Schalters; wobei in der dritten Komponente der Kontaktzustand des elektrischen Schalters aus den ersten Eingabewerten und den zweiten Eingabewerten berechnet wird.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bedeutet das Sammeln erster Eingabewerte, dass das Signal Breaker Status Sensor (BSS) und/oder das Signal Trip Alarm Switch (TAS) gemessen und/oder ausgewertet werden.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bedeutet das Sammeln zweiter Eingabewerte, dass der Strom beim Abschalten des elektrischen Schalters, der Nennstrom und/oder der Storm beim Zuschalten des elektrischen Schalters gemessen und/oder ausgewertet werden.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die erste Komponente ein Kommunikationsmodul und die zweite Komponente eine Electronic-Trip-Unit (ETU).
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die dritte Komponente ein Datenkonzentrator-Modul, welches außerhalb des elektrischen Schalters angeordnet ist.
Der erfindungsgemäße elektrische Schalter gemäß Patentanspruch 9 umfasst eine erste Komponente und eine zweite Komponente, wobei der Kontaktzustand mit einem erfindungsgemäßen Verfahren berechnet wird.
Das erfindungsgemäße System gemäß Patentanspruch 10 umfasst einen erfindungsgemäßen elektrischen Schalter und eine dritte Komponente zur Berechnung des Kontaktzustands aus den ersten Eingabewerten und den zweiten Eingabewerten.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, so wie die Art und Weise, wie sie erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich in Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die in Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert werden.
Dabei zeigen:

1 Systemaufbau zur Bewertung des Kontaktzustands;
2 erfindungsgemäßes Verfahren zur Berechnung des Kontaktzustands des elektrischen Schalters;
3 alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Berechnung des Kontaktzustands;
4 weitere alternative Ausführungsform des Verfahrens zur Berechnung des Kontaktzustands; und
5 erfindungsgemäßes Verfahren zur Berechnung des Kontaktzustands in einer dritten Komponente.

In 1 ist der grundlegende Systemaufbau für die Bewertung des Kontaktzustands eines elektrischen Schalters 1000 dargestellt. Dazu umfasst der elektrische Schalter 1000 eine erste Komponente 1100 und eine zweite Komponente 1200. Die erste Komponente 1100 und die zweite Komponente 1200 können jeweils Daten miteinander austauschen. Beispielsweise kann über eine drahtgebundene Verbindung oder ebenso über eine Funkverbindung der Austausch der Daten zwischen erster Komponente 1100 und zweiter Komponente 1200 geschehen.
Die erste Komponente 1100 kann beispielsweise ein Kommunikationsmodul sein, welches verschiedene Zustände und Messwerte des elektrischen Schalters 1000 extern zugänglich macht. Dazu kann eine Kommunikationsverbindung mit einer dritten Komponente 1300 existieren, die außerhalb des elektrischen Schalters 1000 angeordnet ist und beispielsweise mit mehreren elektrischen Schaltern 1000 verbunden ist. Diese dritte Komponente 1300 kann beispielsweise ein Daten-Konzentrator-Modul sein, welches mit verschiedenen elektrischen Schaltern 1000 kommuniziert.
Die zweite Komponente 1200 des elektrischen Schalters 1000 kann beispielsweise eine Electronic-Trip-Unit (ETU) sein. Aufgabe einer solchen Electronic-Trip-Unit (ETU) ist die ständige Überwachung des Stromes des elektrischen Schalters 1000 zur Erkennung von elektrischen Zuständen des Schalters 1000 und ggf. zum Ergreifen von Gegenmaßnahmen.
Die erste Komponente 1100 sammelt 210 kontinuierlich erste Eingabewerte, beispielsweise das Signal Breaker Status Sensor (BSS) und/oder das Signal Trip Alarm Switch (TAS). Ebenso werden von der zweiten Komponente 1200 ständig zweite Eingabewerte gesammelt 220, beispielsweise der Strom beim Abschalten des elektrischen Schalters 1000, der Nennstrom und/oder der Strom beim Zuschalten des elektrischen Schalters 1000.
In 2 ist das erfindungsgemäße Verfahren 100 zur Berechnung des Kontaktzustands eines elektrischen Schalters 1000 dargestellt. Das Verfahren 100 startet an 110 und endet an 120. Das erfindungsgemäße Verfahren 100 umfasst die Schritte:

- Sammeln erster Eingabewerte 210 zur Berechnung des Kontaktzustands in einer ersten Komponente 1100 des elektrischen Schalters 1000;
- Sammeln zweiter Eingabewerte 220 zur Berechnung des Kontaktzustands in einer zweiten Komponente 1200 des elektrischen Schalters 1000; und
- Berechnen 300 des Kontaktzustands des elektrischen Schalters 1000 aus den ersten Eingabewerten und den zweiten Eingabewerten.

Wie oben beschrieben, kann das Sammeln erster Eingabewerte 210 und das Sammeln zweiter Eingabewerte 220 parallel geschehen, so dass diese ersten und zweiten Eingabewerte in die Berechnung 300 des Kontaktzustands des elektrischen Schalters 1000 einfließen. Erste Eingabewerte zur Berechnung 300 des Kontaktzustands sind beispielsweise das Signal Breaker Status Sensor (BSS) und/oder Trip Alarm Switch (TAS). Die zweiten Eingabewerte zur Berechnung 300 des Kontaktzustands sind beispielsweise der Strom beim Abschalten des elektrischen Schalters 1000, der Nennstrom des elektrischen Schalters 1000 und/oder der Strom beim Zuschalten des elektrischen Schalters 1000.
In 3 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 zur Berechnung des Kontaktzustands eines elektrischen Schalters 1000 dargestellt. Dieses Verfahren 100 umfasst den weiteren Schritt:

- Übermitteln der ersten Eingabewerte 412 von den ersten Komponente 1100 zur zweiten Komponente 1200 des elektrischen Schalters 1000; wobei in der zweiten Komponente 1200 der Kontaktzustand des elektrischen Schalters 1000 aus den ersten Eingabewerten und den zweiten Eingabewerten berechnet wird.

Ist die zweite Komponente 1200 eine Electronic-Trip-Unit (ETU), so kann das Ergebnis der Berechnung 300 des Kontaktzustands beispielsweise wiederum über die erste Komponente 1100 als Kommunikationsmodul zur dritten Komponente 1300 als Daten-Konzentrator-Modul übertragen werden und beispielsweise an einer zentralen Computeranlage angezeigt werden.
Typischerweise kann der Kontaktzustand als Gesundheitszustand der elektrischen Kontakte dargestellt werden von 100% bis zu 0%, ebenso ist eine Ampeldarstellung in den Farben Rot, Gelb, Grün denkbar. Die dritte Komponente 1300 als Daten-Konzentrator-Modul oder eine darüber gelagerte Komponente kann beispielsweise über eine Funkverbindung den Kontaktzustand des elektrischen Schalters 1000 an mobile Anzeige- und Eingabegeräte weiterleiten wie Smartphones oder Tablet-Computer.
4 zeigt ein alternatives Verfahren 100 zur Berechnung des Kontaktzustands eines elektrischen Schalters 1000 mit dem weiteren Schritt:

- Übermitteln der zweiten Eingabewerte 421 von der zweiten Komponente 1200 zur ersten Komponente 1100 des elektrischen Schalters 1000; wobei in der ersten Komponente 1100 der Kontaktzustand des elektrischen Schalters 1000 aus den ersten Eingabewerten und den zweiten Eingabewerten berechnet wird.

Bei diesem alternativen Verfahren 100 zur Berechnung des Kontaktzustands wird das Berechnen 300 des Kontaktzustands in der ersten Komponente 1100 vorgenommen, beispielsweise im Kommunikationsmodul. Auch hier kann das Ergebnis der Berechnung des Kontaktzustands weitergeleitet werden an die dritte Komponente 1300 als Daten-Konzentrator-Modul und entsprechend für einen Nutzer aufbereitet und zugänglich gemacht werden.
In 5 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren 100 zur Berechnung des Kontaktzustands eines elektrischen Schalters 1000 dargestellt mit dem weiteren Schritt:

- Übermitteln der ersten Eingabewerte und der zweiten Eingabewerte 403 von der ersten und der zweiten Komponente 1100; 1200 zu einer dritten Komponente 1300 des elektrischen Schalters; wobei in der dritten Komponente 1300 der Kontaktzustand des elektrischen Schalters 1000 aus den ersten Eingabewerten und den zweiten Eingabewerten berechnet wird.

Wenn es sich bei der dritten Komponente 1300 um ein Daten-Konzentrator-Modul handelt, so senden die erste Komponente 1100 als Kommunikationsmodul und die weite Komponente 1200 als Electronic-Trip-Unit (ETU) ihre ersten Eingabewerte und zweiten Eingabewerte der dritten Komponente 1300 zu, die Berechnung 300 des Kontaktzustands wird von der dritten Komponente 1300 vorgenommen.
Entsprechend der Darstellung in 1 kann vorgesehen sein, dass die zweite Komponente 1200, beispielsweise als Electronic-Trip-Unit (ETU), mit einer vierten Komponente 1400 kommunizieren kann, welche ebenfalls außerhalb des elektrischen Schalters 1000 angeordnet ist. Diese vierte Komponente 1400 kann beispielsweise ein Test-Device sein, welches bei der Inbetriebnahme des elektrischen Schalters 1000 bzw. der Anlage kurzzeitig mit der zweiten Komponente 1200 verbunden ist. Diese vierte Komponente 1400 kann den berechneten Kontaktzustand grafisch wiedergeben.
Der ersten Komponente 1100 als Kommunikationsmodul liegen Informationen über den aktuellen Zustand des elektrischen Schalters 1000 durch Abfragen der Signale Breaker Status Sensor (BSS) und Trip Alarm Switch (TAS) vor. Diese Information kann in einer Ausführungsform über eine Kommunikationsverbindung der zweiten Komponente 1200 als Electronic-Trip-Unit (ETU) zur Verfügung gestellt werden. Als Kommunikationsverbindung kann beispielsweise ein I²C-Bus dienen, andere Busverbindungen, drahtgebunden oder als Funksystem, können der Kommunikationsverbindung zwischen erster Komponente 1100 und zweiter Komponente 1200 dienen.
Die zweite Komponente 1200 bewertet im Falle eines Auf- oder Abschaltvorgangs oder einer Auslösung des elektrischen Schalters 1000 den bislang über die Kontakte geflossenen Strom und errechnet anhand einer Abtragsfunktion den der Stromhöhe zugehörenden erwarteten Abtrag von Kontaktmaterial für den jeweiligen Kontakt. Je nach elektrischem Schalter 1000 können dazu mehrere Kontakte bewertet werden. Während Auslösevorgänge durch die zweite Komponente 1200 als Electronic-Trip-Unit (ETU) selbst angestoßen werden, erfährt die ETU bei Auf- und Abschaltvorgängen über die Kommunikationsverbindung zwischen erster Komponente 1100 und zweiter Komponente 1200 vom jeweiligen Schaltvorgang. Dadurch kann die ETU eine entsprechende Bewertung des bislang geflossenen Stroms und dessen Auswirkungen auf die jeweiligen Kontakte anstoßen.

Claims

Verfahren (100) zur Berechnung des Kontaktzustands eines elektrischen Schalters (1000) mit den Schritten: - Sammeln erster Eingabewerte (210) zur Berechnung des Kontaktzustands in einer ersten Komponente (1100) des elektrischen Schalters (1000); - Sammeln zweiter Eingabewerte (220) zur Berechnung des Kontaktzustands in einer zweiten Komponente (1200) des elektrischen Schalters (1000); und - Berechnen (300) des Kontaktzustands des elektrischen Schalters (1000) aus den ersten Eingabewerten und den zweiten Eingabewerten.
Verfahren (100) zur Berechnung des Kontaktzustands eines elektrischen Schalters (1000) gemäß Patentanspruch 1 mit dem weiteren Schritt: - Übermitteln der ersten Eingabewerte (412) von der ersten Komponente (1100) zur zweiten Komponente (1200) des elektrischen Schalters (1000); wobei in der zweiten Komponente (1200) der Kontaktzustand des elektrischen Schalters (1000) aus den ersten Eingabewerten und den zweiten Eingabewerten berechnet wird.
Verfahren (100) zur Berechnung des Kontaktzustands eines elektrischen Schalters (1000) gemäß Patentanspruch 1 mit dem weiteren Schritt: - Übermitteln der zweiten Eingabewerte (421) von der zweiten Komponente (1200) zur ersten Komponente (1100) des elektrischen Schalters (1000); wobei in der ersten Komponente (1100) der Kontaktzustand des elektrischen Schalters (1000) aus den ersten Eingabewerten und den zweiten Eingabewerten berechnet wird.
Verfahren (100) zur Berechnung des Kontaktzustands eines elektrischen Schalters (1000) gemäß Patentanspruch 1 mit dem weiteren Schritt: - Übermitteln der ersten Eingabewerte und der zweiten Eingabewerte (403) von der ersten und zweiten Komponente (1100; 1200) zu einer dritten Komponente (1300) des elektrischen Schalters (1000); wobei in der dritten Komponente (1300) der Kontaktzustand des elektrischen Schalters (1000) aus den ersten Eingabewerten und den zweiten Eingabewerten berechnet wird.
Verfahren (100) zur Berechnung des Kontaktzustands eines elektrischen Schalters (1000) gemäß einem der vorherigen Patentansprüche, wobei das Sammeln erster Eingabewerte (210) bedeutet, dass das Signal Breaker Status Sensor (BSS) und/oder das Signal Trip Alarm Switch (TAS) gemessen und/oder ausgewertet werden.
Verfahren (100) zur Berechnung des Kontaktzustands eines elektrischen Schalters (1000) gemäß einem der vorherigen Patentansprüche, wobei das Sammeln zweiter Eingabewerte (220) bedeutet, dass der Strom beim Abschalten des elektrischen Schalters (1000), der Nennstrom und/oder der Strom beim Zuschalten des elektrischen Schalters (1000) gemessen und/oder ausgewertet werden.
Verfahren (100) zur Berechnung des Kontaktzustands eines elektrischen Schalters (1000) gemäß einem der vorherigen Patentansprüche, wobei die erste Komponente (1100) ein Kommunikationsmodul und die zweite Komponente (1200) eine Electronic-Trip-Unit (ETU) ist.
Verfahren (100) zur Berechnung des Kontaktzustands eines elektrischen Schalters (1000) gemäß Patentanspruch 4, wobei die dritte Komponente (1300) ein Daten-Konzentrator-Modul ist, welches außerhalb des elektrischen Schalters angeordnet ist.
Elektrischer Schalter (1000) mit einer ersten Komponente (1100) und einer zweiten Komponente (1200), bei dem der Kontaktzustand mit einem Verfahren (100) gemäß einem der vorherigen Patentansprüche berechnet wird.
System umfassend einen elektrischer Schalter (1000) gemäß Patentanspruch 9 und eine dritte Komponente (1300) zur Berechnung des Kontaktzustands des elektrischen Schalters (1000) aus den ersten Eingabewerten und den zweiten Eingabewerten.