DE102022211027A1 - Ageing test for low voltage components - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft die Überprüfung der Alterung einer Niederspannungskomponente, welche zur Einbringung in einen Stromkreis ausgestaltet ist. Dabei wird für einen ersten Zeitpunkt eine erste auf die Niederspannungskomponente bezogene Temperaturinformation ermittelt, für einen zweiten Zeitpunkt eine zweite auf die Niederspannungskomponente bezogene Temperaturinformation ermittelt und mit Hilfe der beiden Temperaturinformationen eine erste Information ermittelt, die ein Maß für die Erwärmung zwischen den Zeitpunkten darstellt. Diese erste Information wird mit einer zweiten Information verglichen, welche ein Maß für eine vergleichbare Erwärmung zwischen den Zeitpunkten für eine entsprechende Niederspannungskomponente in einem bekannten Zustand darstellt. Mit Hilfe des Unterschieds zwischen der ersten und der zweiten Information wird dann eine Aussage zur Alterung der Niederspannungskomponenten abgeleitet. Die Erfindung erlaubt eine aufwandsarme und effiziente Überprüfung der Alterung einer Niederspannungskomponente.The invention relates to checking the aging of a low-voltage component which is designed to be introduced into an electrical circuit. In this case, a first item of temperature information relating to the low-voltage component is determined for a first point in time, a second item of temperature information relating to the low-voltage component is determined for a second point in time, and with the aid of the two items of temperature information, a first item of information is determined which represents a measure of the heating between the points in time. This first item of information is compared with a second item of information which represents a measure of a comparable heating between the points in time for a corresponding low-voltage component in a known state. With the aid of the difference between the first and the second item of information, a statement is then derived on the aging of the low-voltage components. The invention allows a low-effort and efficient check of the aging of a low-voltage component.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung der Alterung einer Niederspannungskomponente, welche zur Einbringung in einen Stromkreis ausgestaltet ist, eine Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens und ein Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, das die Berechnungsschritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchführt, wenn es auf einem Prozessor läuft.The invention relates to a method for checking the aging of a low-voltage component which is designed to be introduced into an electrical circuit, a device for carrying out a method according to the invention and a computer program product with a computer program which carries out the calculation steps of a method according to the invention when it runs on a processor.
Insb. stromführende Niederspannungskomponenten sind einem Alterungsprozess unterworfen, bei dem die Alterung nicht nur von den äußeren Bedingungen, sondern auch von den Belastungen im Betrieb abhängt.In particular, current-carrying low-voltage components are subject to an ageing process in which the ageing depends not only on the external conditions but also on the loads during operation.
Ein Beispiel für derartige Niederspannungskomponenten sind Sicherungseinsätze, welche im Betrieb bei hohen Umgebungstemperaturen, bei häufig auftretenden Wechsellasten sowie im Überlastbetrieb altern. Diese Alterung hat eine Änderung der Auslösecharakteristik, bis hin zum Auslösen bei Nennbetrieb, zur Folge.An example of such low-voltage components are fuse links, which age during operation at high ambient temperatures, with frequently occurring alternating loads and in overload operation. This ageing results in a change in the tripping characteristics, up to the point of tripping during nominal operation.
Fortschrittliche Sicherungslösungen sind mitunter mit Sensorik und Kommunikationsmittel ausgestattet, um z.B. Verbrauchsinformationen zur monitoren.Advanced security solutions are sometimes equipped with sensors and communication devices to monitor consumption information, for example.
Schmelzsicherungen mit integrierter Messfunktion sind z.B. in der
Es besteht ein Bedürfnis, derartige Sicherungen und allgemeiner Niederspannungskomponenten auszutauschen, wenn diese ihr Lebenszeitende erreicht haben. Dabei sollten die Komponenten zwar vor einem Ausfall ersetzt werden, um längere Unterbrechungen des Betriebs zu vermeiden, ein zu zeitiger Ersatz würde jedoch eine Ressourcenverschwendung bedeuten. Eine Überprüfung der Alterung ist daher wünschenswert.There is a need to replace such fuses and generally low-voltage components when they have reached the end of their service life. Although the components should be replaced before they fail in order to avoid longer interruptions in operation, replacing them too early would be a waste of resources. A check for ageing is therefore desirable.
Die Erfindung hat zur Aufgabe, hierzu einen Beitrag zu leisten.The invention aims to make a contribution to this.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1, eine Vorrichtung nach Anspruch 13 und ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 17.This object is achieved by a method according to
Erfindungsgemäß wird eine Überprüfung der Alterung einer Niederspannungskomponente, welche zur Einbringung bzw. Einschleifung in einen Stromkreis (z.B. durch entsprechende Anschlussklemmen und eine in der Niederspannungskomponente verlaufende Strombahn) ausgestaltet ist, vorgeschlagen. Diese Niederspannungskomponente kann der Überwachung oder der Unterbrechung des Stromkreises dienen.According to the invention, a check of the aging of a low-voltage component is proposed, which is designed to be introduced or looped into an electrical circuit (e.g. by means of corresponding connection terminals and a current path running in the low-voltage component). This low-voltage component can be used to monitor or interrupt the electrical circuit.
Hierbei und im Folgenden ist das Bindewort „oder“ immer als nicht exklusives „oder“ zu verstehen. Insbesondere soll darunter auch das Bindewort „und“ subsumiert sein, d.h. im obigen Fall, dass die Niederspannungskomponente auch der Überwachung und der Unterbrechung dienen kann.Here and in the following, the conjunction "or" is always to be understood as a non-exclusive "or". In particular, this should also include the conjunction "and", i.e. in the above case, the low-voltage component can also be used for monitoring and interruption.
Insbesondere kann es sich bei der Niederspannungskomponente um eine Sicherung, einen Niederspannungsschalter oder um ein Messgerät zum Energiemonitoring - häufig auch als PMD bzw. power measurement device bezeichnet - handeln.In particular, the low-voltage component can be a fuse, a low-voltage switch or a measuring device for energy monitoring - often also referred to as a PMD or power measurement device.
Erfindungsgemäß wird für einen ersten Zeitpunkt (und vorzugsweise auch zu diesem Zeitpunkt) eine erste auf die Niederspannungskomponente bezogene Temperaturinformation ermittelt. Bei dieser ersten Temperaturinformation handelt es sich z.B. um eine für die Niederspannungskomponente charakteristische Temperatur. Diese Temperatur kann eine durch einen Temperatursensor der Niederspannungskomponente gemessene Temperatur sein. Es ist aber auch z.B. denkbar, dass die Niederspannungskomponente über eine Mehrzahl von voneinander beanstandeten Temperatursensoren verfügt, deren Messwerte zu der ersten Temperaturinformation verknüpft werden.According to the invention, a first item of temperature information relating to the low-voltage component is determined for a first point in time (and preferably also at this point in time). This first item of temperature information is, for example, a temperature characteristic of the low-voltage component. This temperature can be a temperature measured by a temperature sensor of the low-voltage component. However, it is also conceivable, for example, that the low-voltage component has a plurality of temperature sensors spaced apart from one another, the measured values of which are linked to form the first item of temperature information.
Weiter wird für einen zweiten, typischerweise späteren Zeitpunkt (und vorzugsweise auch zu diesem Zeitpunkt) eine zweite auf die Niederspannungskomponente bezogene Temperaturinformation ermittelt. Die Ermittlung erfolgt vorzugsweise auf dieselbe Weise wie bei der ersten Temperaturinformation, um Vergleichbarkeit zu gewährleisten. Mit Hilfe der beiden Temperaturinformationen wird eine erste Information ermittelt, die ein Maß für die Erwärmung zwischen den Zeitpunkten darstellt. Wenn die beiden Temperaturinformationen Temperaturwerte darstellen, kann diese erste Information die Differenz zwischen diesen Temperaturwerten sein. Zudem wird eine zweite Information ermittelt, die ein Maß für eine vergleichbare Erwärmung zwischen den Zeitpunkten für eine entsprechende Niederspannungskomponente in einem bekannten Zustand darstellt. Es kann sich bei dem bekannten Zustand einer entsprechenden Niederspannungskomponente um das Lebenszeitende oder Neuwertigkeit handelt, d.h. man zielt auf einen Vergleich mit einer entsprechenden Niederspannungskomponente am Anfang oder am Ende ihrer Lebenszeit ab. Mit Hilfe des Unterschieds (z.B. in Form einer Differenz von zwei Werten) zwischen der ersten und der zweiten Information wird eine Aussage zur Alterung der Niederspannungskomponenten abgeleitet. Dabei können z.B. Werte für die Erwärmung zwischen den Zeitpunkten verglichen werden. Es ist aber auch z.B. möglich, mit Hilfe der Erwärmung Temperaturwerte zum zweiten Zeitpunkt zu berechnen und diese zu vergleichen.Furthermore, a second piece of temperature information relating to the low-voltage component is determined for a second, typically later point in time (and preferably also at this point in time). The determination is preferably carried out in the same way as for the first piece of temperature information in order to ensure comparability. Using the two pieces of temperature information, a first piece of information is determined which represents a measure of the heating between the points in time. If the two pieces of temperature information represent temperature values, this first piece of information can be the difference between these temperature values. In addition, a second piece of information is determined which represents a measure of a comparable heating between the points in time for a corresponding low-voltage component in a known state. The known state of a corresponding low-voltage component can be the end of its service life or new condition, i.e. the aim is to make a comparison with a corresponding low-voltage component at the beginning or at the end of its service life. Using the difference (e.g. in the form of a difference between two values) between the first and the second piece of information, a statement is derived on the aging of the low-voltage components. For example, values for the heating between the points in time can be determined. It is also possible, for example, to use heating to calculate temperature values at the second point in time and to compare them.
Da der Strom in den meisten Stromkreisen mit entsprechenden Niederspannungskomponenten auch nicht annähernd konstant ist und die Erwärmung von dem Stromfluss abhängt, ist es in der Regel sinnvoll, diesen zu berücksichtigen. Daher ist in einer Ausgestaltung die Niederspannungskomponente mit mindestens einem Strommessmittel versehen, und es wird für die Überprüfung der Alterung mit Hilfe von Strommessung durch das Strommessmittel ein Stromwert bestimmt. Dabei handelt es sich um einen geeigneten Wert, der z.B. ein gemessener Stromwert (evtl. für einen DC-Strom) oder auch einen Mittelwert aus gemessenen Stromwerten (z.B. RMS Wert bei AC-Strom) sein kann. Die zweite Information wird dann in Abhängigkeit dieses Stromwerts ermittelt.Since the current in most circuits with corresponding low-voltage components is not even close to constant and the heating depends on the current flow, it is usually sensible to take this into account. Therefore, in one design, the low-voltage component is provided with at least one current measuring device, and a current value is determined for checking the aging using current measurement by the current measuring device. This is a suitable value, which can be, for example, a measured current value (possibly for a DC current) or an average of measured current values (e.g. RMS value for AC current). The second piece of information is then determined depending on this current value.
Gem. einer Weiterbildung der Erfindung wird berücksichtigt, dass der herangezogene Stromwert zwischen den zwei Zeitpunkten typischerweise nicht konstant ist. Dabei wäre es prinzipiell möglich, die Änderung dieses Wertes zu verfolgen und in die Ermittlung der zweiten Information einfließen zu lassen. Aufwandsärmer und besser handhabbar ist aber, von einem hinreichend konstanten Stromwert auszugehen, d.h. die zweite Information nur in Abhängigkeit eines Stromwerts zu ermitteln. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird entsprechend vorgegangen, wobei ein Kriterium für einen hinreichend konstanten Stromwert überprüft wird, und die Ermittlung der zweiten Information nur erfolgt, wenn das Kriterium erfüllt ist. Konkret wird z.B. mittels Strommessung durch das Strommessmittel ein Stromwert zu für das Verfahren zur Bestimmung der Alterung relevanten Zeitpunkten (z.B. zu dem ersten und dem zweiten Zeitpunkt, aber evtl. auch für dazwischen liegende Zeitpunkte) bestimmt. Dann wird ein auf diese Stromwertbestimmungen basierendes Maß für die Änderung des Stroms zwischen den Zeitpunkten verwendet (z.B. der Betrag der Differenz des Stromwertes zum ersten und zum zweiten Zeitpunkt). Das Verfahren wird dann nur durchgeführt bzw. die Ergebnisse des Verfahrens nur dann als relevante Alterungsinformation ausgegeben, wenn ein auf dieses Maß für die Änderung des Stroms bezogenes Kriterium (z.B. ein Schwellenwertkriterium für den Betrag der Differenz des Stromwertes zum ersten und zum zweiten Zeitpunkt) für eine geringe Änderung des Stroms erfüllt ist.According to a further development of the invention, it is taken into account that the current value used is typically not constant between the two points in time. In principle, it would be possible to track the change in this value and incorporate it into the determination of the second piece of information. However, it is less complex and easier to handle to assume a sufficiently constant current value, i.e. to determine the second piece of information only as a function of a current value. According to one embodiment of the invention, a corresponding procedure is followed, whereby a criterion for a sufficiently constant current value is checked and the second piece of information is only determined if the criterion is met. In concrete terms, for example, a current value is determined by the current measuring device at points in time relevant to the method for determining aging (e.g. at the first and second points in time, but possibly also for points in time in between). A measure based on these current value determinations is then used for the change in the current between the points in time (e.g. the amount of the difference in the current value at the first and second points in time). The procedure is then only carried out or the results of the procedure are only output as relevant aging information if a criterion related to this measure of the change in the current (e.g. a threshold criterion for the amount of the difference in the current value at the first and second point in time) is met for a small change in the current.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird als zweite Information ein Wert ermittelt, der ein Maß für eine vergleichbare Erwärmung zwischen den Zeitpunkten für eine entsprechende Niederspannungskomponente am Ende der Lebenszeit darstellt, und als dritte Information ein Wert ermittelt, der ein Maß für eine vergleichbare Erwärmung zwischen den Zeitpunkten für eine entsprechende neuwertige Niederspannungskomponente darstellt. Dann wird als Kriterium für die Signifikanz der Aussage zur Alterung der Niederspannungskomponenten oder für eine Hinweisinformation zur Alterung der Unterschied bzw. die Differenz zwischen der zweiten und der dritten Information herangezogen. Wenn dieser Unterschied zu klein ist (z.B. von derselben Größenordnung wie die intrinsischen Ungenauigkeiten aufgrund von Messungen, Näherungen etc.), sind die Ergebnisse evtl. nicht aussagekräftig. Dies wird gem. der Weiterbildung überprüft. Bei dieser Weiterbildung kann für die Überprüfung der Alterung mittels Strommessung durch das Strommessmittel ein Stromwert bestimmt werden (geeigneter Wert, z.B. RMS Wert bei Wechselstrom) und die dritte Information in Abhängigkeit dieses Stromwerts ermittelt werden (vorzugsweise dann ebenso die zweite Information).According to a development of the invention, a value is determined as the second piece of information which represents a measure of comparable heating between the points in time for a corresponding low-voltage component at the end of its service life, and a value is determined as the third piece of information which represents a measure of comparable heating between the points in time for a corresponding new low-voltage component. The difference between the second and third pieces of information is then used as a criterion for the significance of the statement on the aging of the low-voltage components or for information on aging. If this difference is too small (e.g. of the same order of magnitude as the intrinsic inaccuracies due to measurements, approximations, etc.), the results may not be meaningful. This is checked according to the development. In this development, a current value can be determined for checking aging by means of current measurement by the current measuring device (suitable value, e.g. RMS value for alternating current) and the third piece of information can be determined depending on this current value (preferably then also the second piece of information).
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Niederspannungskomponente mit mindestens einem Temperatursensor versehen und die Ermittlung der ersten oder der zweiten Temperaturinformation erfolgt durch Messung der Temperatur mittels des mindestens einem Temperatursensors. Als erste Information, die ein Maß für die Erwärmung zwischen den Zeitpunkten darstellt, wird dann die Differenz zwischen den gemessenen Temperaturen herangezogen.According to one embodiment of the invention, the low-voltage component is provided with at least one temperature sensor and the first or second temperature information is determined by measuring the temperature using the at least one temperature sensor. The difference between the measured temperatures is then used as the first information, which represents a measure of the heating between the points in time.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Temperaturinformation die Temperatur der ersten Niederspannungskomponente zum ersten Zeitpunkt, und für die Ermittlung der zweiten Information oder der dritten Information wird die Temperatur einer vergleichbaren Niederspannungskomponente in dem bekannten Zustand bestimmt, die diese ausgehend von der Temperatur der ersten Niederspannungskomponente nach einem durch die Zeitdifferenz zwischen ersten und zweiten Zeitpunkt gegebenen Zeitraum bei vergleichbaren Stromfluss (als Kriterium für einen vergleichbaren Stromfluss kann z.B. überprüft werden, ob der Stromwert hinreichend konstant zwischen den beiden Zeitpunkten ist) annehmen würde. Dabei kann für die Ermittlung der zweiten oder dritten Information die Umgebungstemperatur zum ersten oder zweiten Zeitpunkt außerhalb der Niederspannungskomponente (z.B. an zentraler Stelle in einem Verteilerkasten oder durch eine zentrale, für mehrere Niederspannungskomponenten zuständige Kommunikationseinheit) gemessen und an die Niederspannungskomponente übermittelt werden.According to one embodiment of the invention, the first temperature information is the temperature of the first low-voltage component at the first point in time, and to determine the second information or the third information, the temperature of a comparable low-voltage component in the known state is determined, which it would assume based on the temperature of the first low-voltage component after a period of time given by the time difference between the first and second points in time with comparable current flow (as a criterion for comparable current flow, it can be checked, for example, whether the current value is sufficiently constant between the two points in time). To determine the second or third information, the ambient temperature at the first or second point in time can be measured outside the low-voltage component (e.g. at a central location in a distribution box or by a central communication unit responsible for several low-voltage components) and transmitted to the low-voltage component.
Gemäß einer Ausgestaltung erfolgt die Ermittlung der zweiten oder (falls vorgesehen) dritten Information mittels einer auf Formeln basierenden Beschreibung der Erwärmung, einer Tabelle oder eines neuronalen Netzes. Dabei kann die Ermittlung der zweiten oder dritten Information mittels einer auf Formeln basierenden Beschreibung der Erwärmung erfolgen, wofür von einer sich in Abhängigkeit des Stromflusses (der als konstant angenommen sein kann) einstellenden Endtemperatur oder Enderwärmung ausgegangen und ein z.B. empirischer Ansatz für diese Endtemperatur bzw. diese Enderwärmung und das Annäherungsverhalten aufgestellt wird.According to one embodiment, the determination of the second or (if provided) third information is carried out by means of a formula-based description of the heating, a table or a neural network. The determination of the second or third information can be carried out using a formula-based description of the heating, for which a final temperature or final heating is assumed to be dependent on the current flow (which can be assumed to be constant) and an empirical approach is established for this final temperature or final heating and the approach behavior.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung, die die Niederspannungskomponente umfassen kann. Die Niederspannungskomponente kann mit mindestens einem Strommessmittel (z.B. Rogowskispule, Shunt, Stromwandler ...) und mit mindestens einem Temperatursensor versehen sein. Zudem kann die Niederspannungskomponente einen Empfänger zum Empfangen einer außerhalb (evtl. zentral) der Niederspannungskomponenten gemessenen Umgebungstemperatur aufweisen.The invention also relates to a device that can comprise the low-voltage component. The low-voltage component can be provided with at least one current measuring device (e.g. Rogowski coil, shunt, current transformer ...) and with at least one temperature sensor. In addition, the low-voltage component can have a receiver for receiving an ambient temperature measured outside (possibly centrally) the low-voltage components.
Weiter betrifft der Erfindungsgegenstand ein Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, das die Berechnungsschritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchführt, wenn es auf einem Prozessor läuft.Furthermore, the subject matter of the invention relates to a computer program product with a computer program that carries out the calculation steps of a method according to the invention when it runs on a processor.
Die Erfindung wird im Folgenden im Rahmen von einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen
-
1 : eine Sicherung mit einem Temperatursensor, -
2 : ein Ablaufdiagramm für ein erfindungsgemäßes Verfahren, -
3 : einen Vergleich von dem Erwärmungsverhalten einer neuen Sicherung und dem Erwärmungsverhalten einer baugleichen gealterten Sicherung und -
4 : die Abhängigkeit der Enderwärmung einer Sicherung vom Laststrom.
-
1 : a fuse with a temperature sensor, -
2 : a flow chart for a method according to the invention, -
3 : a comparison of the heating behaviour of a new fuse and the heating behaviour of an identical aged fuse and -
4 : the dependence of the final heating of a fuse on the load current.
In
Die Schmelzsicherung 1 weist zwei Anschlusselemente 3 auf, welche aus einem elektrisch leitenden Werkstoff, beispielsweise Kupfer, bestehen. Die Anschlusselemente 3 erstrecken sich jeweils durch eine in den Verschlusskappen 4 ausgebildete Öffnung in den Hohlraum des Schutzgehäuses 2. In diesem Hohlraum ist zumindest ein sogenannter Schmelzleiter 5 angeordnet, welcher die beiden Anschlusselemente 3 elektrisch leitend miteinander verbindet.The
In dem weiteren Gehäuse 12 sind Elemente 10 zum Überwachen von Verbrauchsparametern angeordnet, umfassend einen Stromwandler 11 zur Messung eines durch die Schmelzsicherung 1 fließenden elektrischen Stromes I sowie eine Übertragungseinrichtung 13 zur Übertragung des Messwertes an eine außerhalb der Schmelzsicherung 1 angeordnete Empfangsvorrichtung (nicht dargestellt). Zusätzlich ist ein Temperatur-Sensor 15 vorgesehen.
Der für das Schutzgehäuse 2 sowie das weitere Gehäuse 12 insgesamt benötigte Bauraum ist genauso groß wie der Bauraum einer standardisierten NH-Sicherung, d.h. der von Schutzgehäuse 2 und weiterem Gehäuse 12 beanspruchte Bauraum entspricht in Summe dem vordefinierten Bauraum einer standardisierten NH-Sicherung, wobei in diesem Bauraum nun eben zusätzlich zur eigentlichen Schmelzsicherung noch die Messvorrichtung integriert angeordnet ist. Auf diese Weise kann die Schmelzsicherung 1 auch für Retrofit-Anwendungen im Rahmen einer Nachrüstung oder Modernisierung bestehender elektrotechnischer Anlagen, in deren Rahmen eine herkömmliche Schmelzsicherung ohne Messvorrichtung durch die erfindungsgemäße Schmelzsicherung ersetzt werden soll, eingesetzt werden.The total installation space required for the
Die Höhe H bei der Schmelzsicherung 1 teilt sich in einen ersten Abschnitt mit einer ersten Höhe HD sowie einen zweiten Abschnitt mit einer zweiten Höhe HM auf. Mit der ersten Höhe HD ist dabei die Höhe des Druckkörpers 2, d.h. des eigentlichen Schutzkörpers 2 der Schmelzsicherung 1 bezeichnet, die zweite Höhe HM bezieht sich auf die Höhe des zweiten Gehäuses 12, in dem die Messvorrichtung 10 angeordnet ist. An dieses Gehäuse werden auch deutlich geringere Anforderungen hinsichtlich seiner mechanischen Stabilität gestellt.The height H of the
Der Stromwandler 11 und ein Temperatur-Sensor 15 sind mit der Verarbeitungseinrichtung 14, welche in
Typischerweise ist in Energieverteilungssystemen eine Vielzahl von Sicherungen verbaut (z.B. in einem Sicherungskasten). Es ist meist sinnvoll, für alle relevanten Sicherungen die Alterungsüberprüfung durchzuführen, da sich das Alterungsverhalten aufgrund von baulichen Abweichungen, unterschiedlicher Belastung oder unterschiedlichem Alter (z.B. wegen Austausch von einzelnen Sicherungen) meist unterscheiden wird. In
Für die einzelnen Sicherungstypen wurde werksseitig das Erwärmungsverhalten ausgetestet und empirische Formeln ermittelt.The heating behavior of the individual fuse types was tested at the factory and empirical formulas were determined.
Für eine neue Sicherung lässt sich die Erwärmung wie im Folgenden ausgeführt näherungsweise beschreiben. Mit Erwärmung ist dabei eine Temperaturänderung, typischerweise ein Temperaturanstieg, gemeint. Die Erwärmung wird unten in Formeln mit dem Buchstaben T bezeichnet, während für Temperaturen der griechische Buchstabe ϑ verwendet wird, d.h. die Erwärmung während eines Zeitraums Δt = t2 - t1 wäre dann T (t2 - t1) = ϑ(t2) - ϑ(t1), wobei wegen der einfacheren Notation wenn möglich t1 = 0 und t2 = t gesetzt wird.For a new fuse, the heating can be described approximately as follows. Heating refers to a change in temperature, typically a rise in temperature. Heating is denoted by the letter T in the formulas below, while the Greek letter ϑ is used for temperatures, ie the heating during a period Δt = t 2 - t 1 would then be T (t 2 - t 1 ) = ϑ(t 2 ) - ϑ(t 1 ), whereby t 1 = 0 and t 2 = t are set where possible for the sake of simpler notation.
Falls ein Strom I0 angelegt wird, erwärmt sich die Sicherung. Unmittelbar nach Anlegen des Stromes wird sich die Temperatur der Sicherung nicht stark von der Umgebungstemperatur unterscheiden. Die Temperatur steigt dann an und wird sich mit der Zeit einem Grenzwert nähern, der der maximalen Temperatur bei einem Strom I0 entspricht. Der Anstieg bzw. die Erwärmung kann erfahrungsgemäß in etwa mit Hilfe einer Exponentialfunktion beschrieben werden und ist dann proportional zu (1 - exp (-t/τ)), wobei exp die Exponentialfunktion, t die Zeit und τ eine für die Erwärmung charakteristische Konstante (thermische Zeitkonstante) bezeichnen. Die Enderwärmung hängt von dem Strom I0 ab. Man kann für sie eine Näherungsformel aufstellen, indem man für die Differenz zwischen Endtemperatur und Umgebungstemperatur eine Taylorentwicklung nach dem Strom I0 vornimmt. Es bezeichne Te(i;I0) die Enderwärmung für den Sicherungstyp i. Wenn die Taylorreihe nach dem quadratischen Glied abgebrochen wird, gilt dann die Näherung
Bevor der Strom fließt, entspricht die Temperatur der Sicherung der Umgebungstemperatur. Mit dem oben angesprochenen Anstiegsverhalten kann dann die Erwärmung der Sicherung wie folgt beschrieben werden:
Für die thermische Zeitkonstante τ kann man auch einen empirischen Ansatz machen. Diese Zeitkonstante wird von der Stromstärke I0 abhängen, weil die Erwärmung umso schneller erfolgt, je höher der Strom ist. Bei Berücksichtigung der linearen Abhängigkeit von τ von der Stromstärke erhält man folgenden Ansatz:
Eine zentrale Idee der Erfindung ist, dass sich aufgrund der Alterung der Verlauf und die Enderwärmung der Sicherung mit der Zeit ändert. Dies zeigt
Für das Erwärmungsverhalten am Ende der Lebensdauer einer Sicherung kann nun ebenfalls ein Ansatz entsprechend Formel (1) verwendet werden. Im Folgenden wird mit Te,tot die Enderwärmung einer Sicherung am Ende der Lebensdauer bezeichnet. Dann gilt analog Gleichung (1):
Die Koeffizienten der Gleichungen 1, 3 und 4 werden werkseitig durch Tests ermittelt und sind Input für das Verfahren nach
Der Ausgangspunkt für die Berechnung gem. Schritt S17 sind dabei die in Schritt S4 erhaltenen Werte für den Ladestrom I0 und die aktuelle Temperatur der Sicherung ϑa. Die Überlegung ist nun, dass in der Zeit t zwischen Schritt S4 und der Messung der entsprechenden Größen bei Schritt S14 sich die Sicherung weiter erwärmt hat. Diese Erwärmung wird davon abhängen, wie stark die Sicherung gealtert ist. Für eine neue Sicherung kann man den folgenden Ansatz aufstellen, der dann die Berechnung einer Solltemperatur ϑsoll ermöglicht. Ausgangspunkt ist dann die in Schritt S4 bzw. zum Zeitpunkt null gemessene Temperatur der Sicherung ϑa. Im Grenzwert t → ∞ nähert sich die Temperatur der Sicherung einer Grenz- bzw. Endtemperatur. Diese Grenztemperatur setzt sich zusammen aus der Umgebungstemperatur und der Enderwärmung Te. Oben wurde Formel (1) für diese Differenz Te angegeben. Mit der Annahme, dass die Erwärmung ab Schritt S4 (Zeitpunkt null) ein Verhalten gem. (1 - exp (-t/τ)) aufweist, erhält man für ϑsoll:
Eine Sicherung hat gegen Ende der Lebensdauer eine höhere Enderwärmung. Analog zu Gleichung (2) erhält man dann:
Es wird ein von der Erwärmungsdauer t abhängiges Maß Ttot für den Unterschied der Erwärmung für die Sicherung i im Neuzustand und bei Ende der Lebensdauer eingeführt:
In Schritt S17 bzw. S18 wird dann noch die Größe
Diese Größe wird in der Abfrage gem. Schritt S19 verwendet, nämlich ob
Das erfinderische Vorgehen ist nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann für andere Niederspannungskomponenten, z.B. den in der
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