DE10251656C5

DE10251656C5 - Verfahren zur Bestimmung der Belastung einer Kontaktanordnung

Info

Publication number: DE10251656C5
Application number: DE10251656A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dr. Grethen; Lars Dipl.-Ing. Hellwich; Peter Dipl.-Ing. Schmidt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-11-01
Filing date: 2002-11-01
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2022-11-02
Also published as: ES2255369A1; DE10251656B3; CN1287157C; CN1501091A; ES2255369B2

Abstract

Verfahren zur Bestimmung der Belastung einer Kontaktanordnung eines elektrischen Schaltgerätes unter Nutzung der von einem bei einer Kontaktbetätigung auftretenden Lichtbogen ausgesandten elektromagnetischen Strahlung,
wobei die elektromagnetische Strahlung erfasst wird,
wobei in Abhängigkeit des Auftretens der elektromagnetischen Strahlung ein Zeitintervall bestimmt wird und
wobei dieses Zeitintervall die Grenzen für eine Bestimmung eines Stromwärmeintegrals festlegt,
wobei der Zeitpunkt des Einsetzens der elektromagnetischen Strahlung ermittelt wird und
wobei dieser Zeitpunkt mit der von einem an die Schaltmechanik gekoppelten Referenzsensor ermittelten Zeitmarke verglichen wird,
indem für jeden Schaltvorgang eine Differenz zwischen dem Zeitpunkt und der Zeitmarke gebildet wird und
aus dieser Differenz ein Materialabtrag der Kontaktanordnung ermittelt wird und
wobei der über das Stromwärmeintergral ermittelte Wert sowie der ermittelte Materialabtrag der Kontaktanordnung verarbeitet werden und eine Restnutzungsdauer der Kontaktanordnung ermittelt wird.

Description

Verfahren zur Bestimmung der Belastung einer Kontaktanordnung Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Bestimmung der Belastung einer Kontaktanordnung eines elektrischen Schaltgerätes unter Nutzung der von einem bei einer Kontaktbetätigung auftretenden Lichtbogen ausgesandten elektromagnetischen Strahlung.
Stand der Technik
Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 40 28 721 A1 bekannt. Dort wird eine Differenz einer aufgelaufenen Ladungssumme zu einem vorgegebenen schaltgerätespezifischen Ladungsgrenzwert ermittelt. Diese Differenz ist ein Maß für den Abbrand der Kontaktstücke und für die Restlebensdauer des Schaltgerätes.
Weiter ist aus der DE 695 14 011 T2 bekannt, mittels einer optischen Erfassungseinrichtung einen Lichtbogen zu erfassen und während einer vorgegebenen Dauer, die größer ist als die maximale Lichtbogenzeit, eine Integration des durch den dortigen Schalter fließenden Stromes vorzunehmen.
Ein weiteres Verfahren ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 44 16 781 A1 bekannt. Bei einem Schaltvorgang eines elektrischen Schaltgerätes tritt regelmäßig ein Lichtbogen auf. Bei dem bekannten Verfahren werden mittels einer Empfangsspule und/oder einer Antenne die jeweiligen magnetischen oder elektrischen Komponenten einer elektromagnetischen Strahlung erfasst. Mittels eines Verstärkers und eines Demodulators wird der zeitliche Verlauf der Intensität der von dem Lichtbogen während eines Schaltvorganges einer Kontaktanordnung ausgesandten elektromagnetischen Strahlung verarbeitet. Zur Ermittlung der Dauer des Lichtbogens und seiner Stärke kann der zeitliche Verlauf ausgewertet werden. Als charakteristische Größe kann vorzugsweise die maximale Amplitude und/oder die Zeitdauer der Strahlung erfasst werden. In Abhängigkeit der während eines Schaltvorganges gemessenen elektromagnetischen Strahlung wird eine Aussage über das elektrische Schaltgerät hinsichtlich der Zuverlässigkeit des Betriebes getroffen.
Die zur Erfassung der elektromagnetischen Strahlungsintensität notwendigen Vorrichtungen stellen verhältnismäßig kostenintensive Anordnungen dar, weil die von einem Lichtbogen ausgesandte elektromagnetische Strahlung in einem Hochfrequenz bereich schwingt. Es ist erforderlich, entsprechend hoch auflösende Empfangs- und Verarbeitungsvorrichtungen zu verwenden, um den Verlauf der Schwingung der elektromagnetischen Strahlung in einer hinreichenden Genauigkeit darstellen zu können, um aus deren Verlauf entsprechend zuverlässige Aussagen zur bisherigen Belastung des elektrischen Schaltgerätes zu tätigen.
Aufgabenstellung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung der Belastung einer Kontaktanordnung eines elektrischen Schaltgerätes derart zu gestalten, dass eine einfache und kastengünstige messtechnische Anordnung Verwendung finden kann, welche die ausgesandte elektromagnetische Strahlung eines während eines Schaltvorganges auftretenden Lichtbogens verarbeitet.
Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die elektromagnetische Strahlung erfasst wird, dass in Abhängigkeit des Auftretens der elektromagnetischen Strahlung ein Zeitintervall bestimmt wird und dass dieses Zeitintervall die Grenzen für eine Bestimmung eines Stromwärmeintegrals, insbesondere des Stromwärmeintegrals ∫I²t dt festlegt.
Für die Bestimmung eines Zeitintervalls ist eine quantitative Erfassung der elektromagnetischen Strahlung von einer nebengeordneten Bedeutung. Das Zeitintervall stellt lediglich die Grenzen für die Berechnung eines Stromwärmeintergrals dar. Das Zeitintervall kann dabei eine vorgegebene Dauer aufweisen oder es kann je nach dem vorliegenden Schaltvorgang in seiner Dauer variabel festgelegt werden. In einem einfachen Falle ist es beispielsweise möglich, in Abhängigkeit der auftretenden elektromagnetischen Strahlung lediglich den Startzeitpunkt für ein vordefiniertes Zeitintervall festzulegen. Dieser Startzeitpunkt kann beispielsweise mit Erreichen eines bestimmten Schwellwertes der elektromagnetischen Strahlungsintensität festgelegt werden. Die Messung der elektromagnetischen Strahlung "triggert" somit die Berechnung des Stromwärmeintegrals. Die Ermittlung der während eines Schaltvorganges auftretenden thermischen Belastung der Kontaktanordnung über die Berechnung eines Stromwärmeintegrals in einem bestimmten Zeitintervall stellt eine zuverlässige Abbildung der jeweiligen Belastung der Kontaktanordnung dar. Für das Triggern der Berechnung des Stromwärmeintegrals durch die elektromagnetische Strahlung wird lediglich eine sehr einfache Erfassungsvorrichtung für die Ermittlung der elektromagnetischen Strahlung benötigt. Aufwendige hochauflösende Baugruppen zur Verfolgung des Verlaufes der Strahlung und einer daraus abgeleiteten Ermittlung der Kontaktbelastung sind nicht erforderlich.
Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Beginn des Zeitintervalls dem Zeitpunkt des Einsetzens der elektromagnetischen Strahlung entspricht.
Ist es vorgesehen, das Zeitintervall mit dem Beginn des Einsetzens der elektromagnetischen Strahlung zu starten, so ist dafür nur eine sehr einfache Empfangseinrichtung vonnöten. Eine quantitative Auflösung und Abbildung der elektromagnetischen Strahlung ist dabei nicht erforderlich. Lediglich die Erfassung des Vorhandenseins der elektromagnetischen Strahlung ist notwendig, um den Beginn des Zeitintervalls festzulegen und eine Berechnung des Stromwärmeintegrals anzustoßen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass das Ende des Zeitintervalls dem Zeitpunkt des Aussetzens der elektromagnetischen Strahlung entspricht.
Ebenso wie das Einsetzen von elektromagnetischer Strahlung mit einfachen Vorrichtungen ermittelt werden kann, ist auch der Zeitpunkt des Aussetzens der elektromagnetischen Strahlung in einfacher Weise ermittelbar. Neben der Wahl der Grenzen des Zeitintervalls beim Einsetzen und beim Aussetzen der elektromagnetischen Strahlung können auch innerhalb des Intervalls liegende Zeitpunkte als Grenzen des Zeitintervalls gewählt werden. Grenzwerte zur Festlegung eines Zeitintervalls sind beispielsweise der Zeitpunkt des Auftretens eines Maximalwertes der elektromagnetischen Strahlung oder des Erreichens eines bestimmten Anstieges oder Schwellwertes der elektromagnetischen Strahlung.
Vorteilhafterweise kann weiterhin vorgesehen sein, dass der während des Zeitintervalls auftretende Stromverlauf nach Betrag und Zeit ermittelt wird.
Die Ermittlung des während des Zeitintervalls auftretenden Stromverlaufes ist mittels eines Steuer- und/oder Überwachungssystems des Schaltgerätes in einer einfachen Weise möglich. Der Stromverlauf wird regelmäßig beispielsweise für Zwecke des Schutzes des elektrischen Schaltgerätes überwacht. Unter Nutzung von bereits ermittelten elektrischen Größen wird die Belastung einer Kontaktanordnung eines elektrischen Schaltgerätes bestimmt, wobei die von dem Lichtbogen ausgesandte elektromagnetische Strahlung den zeitlichen Anstoß für die Ermittlung der auftretenden Wärmeleistung mittels eines Stromwärmeintegrals gibt.
Weiter kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Zeitpunkt des Einsetzens der elektromagnetischen Strahlung ermittelt wird und dass dieser Zeitpunkt mit der von einem an die Schaltmechanik gekoppelten Referenzsensor ermittelten Zeitmarke verglichen wird.
Der Vergleich von dem Zeitpunkt und der Zeitmarke gestattet es in einfacher Weise eine Verschiebung zwischen diesen beiden Zeiten festzustellen. Dabei kann die von dem Referenzsensor ermittelte Zeitmarke, beispielsweise bei der Inbetriebnahme eines elektrischen Schaltgerätes, einmalig bestimmt werden und diese einmalig bestimmte Zeitmarke stets mit dem aktuell ermittelten Zeitpunkt verglichen werden. Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass die Zeitmarke während jedes Schaltvorganges neu bestimmt wird und diese neu bestimmte Zeitmarke jeweils mit dem aktuell ermittelten Zeitpunkt verglichen wird. Damit ist sichergestellt, dass Änderungen in der Schaltmechanik keine Auswirkungen auf den Vergleich von Zeitpunkt und Zeitmarke haben. Die Kopplung des Referenzsensors kann in verschiedensten Ausführungsformen erfolgen, beispielsweise mechanisch oder optisch.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht weiterhin vor, dass eine Differenz zwischen dem Zeitpunkt und der Zeitmarke gebildet wird.
Durch die Differenzbildung entsteht ein absoluter Betrag, welcher in einer einfachen Weise weiterverarbeitet werden kann.
Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass aus der Differenz ein Materialabtrag der Kontaktanordnung ermittelt wird.
Die ermittelte Differenz und der Materialabtrag, welcher durch die thermische Wirkung der bei Schaltvorgängen auftretenden Lichtbögen bewirkt ist, sind über eine Reverenzkurve miteinander verknüpft. Mit einer Vergrößerung des Betrages der Differenz kann von einem verstärkten Materialabbrand an der Kontaktanordnung ausgegangen werden. Die Differenz ist ein Abbild der Verkürzung der Kontaktstücke der Kontaktanordnung und dem sich dadurch verschiebenden Zeitpunkt der mechanischen Trennung der Kontaktstücke.
Vorteilhafterweise kann weiterhin vorgesehen sein, dass der über das Stromwärmeintegral ermittelte Wert sowie der ermittelte Materialabtrag der Kontaktanordnung verarbeitetwerden und eine Restnutzungsdauer der Kontaktanordnung ermittelt wird.
Eine Kombination und Auswertung bzw. Zusammenführung der Ergebnisse der vorstehend beschriebenen Verfahren zur Bestimmung der Belastung einer Kontaktanordnung gestattet es, eine Restnutzungsdauer zu diagnostizieren. Dabei wird zum Einen der mechanische Zustand der Kontaktanordnung berücksichtigt und zum Anderen wird die während einer Vielzahl von Ausschaltvorgängen mittels eines Stromwärmeintegrals ermittelte thermische Belastung der Kontaktanordnung berücksichtigt. Die thermische Belastung der Kontaktanordnung ist als solches nicht unmittelbar an den Kontaktstücken der Kontaktanordnung erkennbar. Oftmals wird durch die thermische Belastung eine Änderung und eine Schwächung der inneren Struktur des Materials der Kontaktanordnung bewirkt. Durch eine Berücksichtigung der thermischen Beanspruchung der Kontaktwerkstoffe sowie des vorhandenen Materialabtrages an der Kontaktanordnung ist eine zuverlässige Diagnose der Restnutzungsdauer ermöglicht. Eine Zuordnung des jeweils aktuellen Materialabtrages zu der jeweils kumulierten Strombelastung, welche aus der Lösung des Stromwärmeintegrals ermittelt wurde, ergibt bei einem Eintrag in ein Diagramm einen Kurvenverlauf, aus welchem die Restnutzungsdauer des Schalters abgeleitet werden kann.
Es kann weiterhin vorteilhaft eine Nutzung des Verfahrens, welches den Materialabtrag abbildet, bei der Festlegung eines Zeitpunktes zur Abgabe eines zukünftigen Auslöseimpulses an das elektrische Schaltgerät vorgesehen sein.
Die Festlegung eines Zeitpunktes zur Abga be eines Auslöseimpulses ist bei einem gesteuerten Schalten von besonderem Interesse. In Abhängigkeit des zeitlichen Verlaufes eines Stromes oder einer Spannung wird ein Zeitpunkt bestimmt, zu welchem es besonders günstig ist, einen elektrischen Schalter zu schließen oder zu öffnen. Günstig ist es beispielsweise, Wechselspannungen/-ströme im Bereich eines Nulldurchganges zu unterbrechen. Dazu ist es notwendig, die Öffnung/Schließung einer Kontaktanordnung möglichst genau zu einem vorgegebenen Zeitpunkt erfolgen zu lassen.
Berücksichtigt man nunmehr mittels des o. g. Verfahrens den Abbrand an der Kontaktanordnung und lässt dieses in die Bestimmung des idealen Zeitpunktes zur Abgabe eines Auslöseimpulses einfließen, so kann ein gesteuertes Schalten in einer verbesserten Qualität erfolgen. Die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von transienten Überspannungen kann so vermindert werden.
Die zur Durchführung eines gesteuerten Schaltens notwendigen Steuereinrichtungen können in ihrer bekannten Form weiter genutzt werden. Bei den innerhalb der Vorrichtung ablaufenden Schritten ist lediglich das erfindungsgemäße Verfahren einzubeziehen.
Ausführungsbeispiel
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausgestaltungsbeispielen schematisch gezeigt und nachfolgend näher beschrieben. Dabei zeigt die
1 eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Bestimmung der Belastung einer Kontaktanordnung unter Berechnung eines Stromwärmeintegrals, die
2 eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Bestimmung der Belastung einer Kontaktanordnung unter Nutzung eines Referenzsensors, die
3 ein Diagramm mit zwei Zeitdifferenzen, die
4 ein Diagramm zur Ermittlung der Restnutzungsdauer einer Kontaktanordnung und die
5 ein Detail einer Kontaktanordnung.
Die 1 zeigt schematisch ein elektrisches Schaltgerät 1. Dieses elektrische Schaltgerät 1 ist beispielsweise ein Hochspannungs-Leistungsschalter. Eine Kontaktanordnung 2 des elektrischen Schaltgerätes 1 weist zwei relativ zueinander bewegbare Kontaktstücke auf. Die Kontaktanordnung 2 ist von einem Strom I durchflossen. Bei einem Einschaltvorgang vermindert sich der Abstand der Kontaktstücke der Kontaktanordnung 2 derart, dass sich zwischen den Kontaktstücken ein Lichtbogen ausbildet, welcher eine elektromagnetische Strahlung aussendet. Während eines Ausschaltvorganges vergrößert sich der Abstand der Kontaktstücke der Kontaktanordnung 2 derart, dass bis zu einer endgültigen Unterbrechung des Stromes I zwischen den Kontaktstücken ein Lichtbogen brennt, welcher ebenfalls eine elektromagnetische Strahlung aussendet. Die elektromagnetische Strahlung schwingt in einem Hochfrequenzbereich. Mittels einer dem elektrischen Schaltgerät 1 zugeordneten Antenne 3 ist die von dem während eines Schaltvorganges auftretenden Lichtbogen emittierte elektromagnetische Strahlung empfangbar. Die von der Antenne 3 empfangenen Signale werden an eine erste Verarbeitungseinrichtung 4 weitergeleitet. Die erste Verarbeitungseinrichtung 4 kann dabei derart ausgestaltet sein, dass der Verlauf des Auftretens der elektromagnetischen Strahlung sowohl nach Betrag als auch nach Zeit erfasst wird. In einer einfachen Ausgestaltung kann es auch vorgesehen sein, lediglich eine Aussage über das Einsetzen bzw. Aussetzen einer elektromagnetischen Strahlung zu treffen. Um bei dem Vorhandensein mehrerer Schaltpole eines elektrischen Schaltgerätes oder mehrerer Schaltgeräte, die gegebenenfalls zeitgleich oder zeitlich überlagert schalten, Störungen zu vermeiden, weist die erste Verarbeitungseinrichtung 4 eine Störsignalunterdrückung auf. Für eine zuverlässige Störsignalunterdrückung kann es beispielsweise vorgesehen sein, lediglich innerhalb eines sogenannte Zeitfensters eine Verarbeitung von durch die Antenne 3 gelieferten Signalen zuzulassen. Dieses Zeitfenster kann beispielsweise an das Vorhandensein eines Auslösesignals für das zu überwachende elektrische Schaltgerät 1 gekoppelt sein. Somit ist es sichergestellt, dass die von anderen elektrischen Schaltgeräten oder von Störquellen ausgesandten elektromagnetischen Strahlungen nicht verarbeitet werden. Zusätzlich kann für eine Störsignalunterdrückung vorgesehen sein, dass eine Überwachung der mechanischen Bewegung der Kontaktstücke der Kontaktanordnung vorgenommen wird. Dazu kann in der Antriebsmechanik des elektrischen Schaltgerätes 1 ein Referenzsensor 5 angeordnet sein. Um die Wirkung der Störsignalunterdrückung genauer zu dosieren, kann weiterhin die Einhaltung der sogenannten Eigenzeit des elektrischen Schaltgerätes 1 überwacht werden. Durch eine Verknüpfung eines Auslösesignals und der gleichzeitigen Registrierung einer Bewegung der Schaltkontakte der Kontaktanordnung 2 und der Überwachung der Eigenzeit der Kontaktanordnung 2 ist eine genaue Klassifizierung der von der Antenne 3 gelieferten Signale in Störsignale und in zu verarbeitende Signale möglich.
Die erste Verarbeitungseinrichtung 4 ist in der Lage, verschiedene Zeitpunkte; wie beispielsweise das Einsetzen oder das Aussetzen der elektromagnetischen Strahlung oder das Auftreten von Minima, Maxima oder anderen Schwellwerten der Intensität der elektromagnetischen Strahlung als Grenzwerte zu bestimmen. Die Grenzwerte werden an eine Integriereinrichtung 6 weitergeleitet. Der Integriereinrichtung 6 werden weiterhin in Abhängigkeit der Zeit dem Strom I entsprechende Signale zugeleitet. Diese Signale werden durch einen Stromwandler 7 erzeugt. Mittels der Integriereinrichtung 6 ist es nunmehr mög lich, ein Stromwärmeintegral, beispielsweise das Integral ∫I²t dt, für den jeweiligen Schaltvorgang zu berechnen.
Wird durch die erste Verarbeitungseinrichtung 4 nunmehr das Vorliegen einer elektromagnetischen Strahlung, welche auf einen Schaltvorgang der Kontaktanordnung 2 zurückzuführen ist, erkannt, so wird dieses an die Integriereinrichtung 6 weitergegeben. Dabei ist es wiederum möglich, dass durch die erste Verarbeitungseinrichtung 4 verschiedene Zeitpunkte an die Integriereinrichtung 6 übertragen werden. Im einfachsten Fall kann der Zeitpunkt des Einsetzens der elektromagnetischen Strahlung an die Integriereinrichtung 6 weitergegeben werden. Dieser Zeitpunkt bildet die untere Integrationsgrenze für die Lösung des Stromwärmeintegrals. Der obere Grenzwert wiederum kann beispielsweise durch eine fest vorgegebene Intervalllänge aus dem von der ersten Verarbeitungseinrichtung 4 gelieferten Zeitpunkt ermittelt werden. Weiterhin kann auch vorgesehen sein, dass die untere und die obere Integrationsgrenze von der ersten Verarbeitungseinrichtung 4 zur Verfügung gestellt werden. Dazu können beispielsweise der Zeitpunkt des Einsetzens sowie der Zeitpunkt des Aussetzens der elektromagnetischen Strahlung verwandt werden. Darüber hinaus können auch weitere Zeitpunkte ermittelt werden, welche an die Integriereinrichtung 6 weitergegeben werden.
Um eine Ermittlung der Stromwärme innerhalb der vorgegebenen Grenzen zu ermöglichen, wird mittels des Stromwandlers 7 der Strom I kontinuierlich gemessen. Diese Werte können beispielsweise in der Integriervorrichtung zwischengespeichert werden.
Durch die Integration der Integriereinrichtung 6 wird für den Schaltvorgang die im jeweiligen Intervall auftretende thermische Belastung ermittelt. Dieses Verfahren ist auch unter dem Begriff "Stromflächenmethode" bekannt. in einer Summation der verschiedenen Ergebnisse der Integrationen einer Vielzahl von Schaltvorgängen ist ein empirischer Wert für die Restnutzungsdauer der Kontaktanordnung 2 des elektrischen Schaltgerätes 1 ermittelbar.
Ein weiteres Verfahren sieht vor, den Abbrand der Kontaktstücke der Kontaktanordnung 2 zu diagnostizieren. Eine dafür geeignete Vorrichtung ist in der 2 schematisch dargestellt. Gleichwirkende Baugruppen sind in der 2 mit den gleichen Bezugszeichen wie in der 1 bezeichnet. Dem elektrischen Schaltgerät 1 ist wiederum eine Antenne 3 zugeordnet. Die Antenne 3 ist in der Lage, die bei einem Schaltvorgang der Kontaktanordnung 2 von einem auftretenden Lichtbogen ausgesandte elektromagnetische Strahlung zu empfangen. Weiterhin ist dem elektrischen Schaltgerät 1 ein Referenzsensor 5 zugeordnet. Der Referenzsensor 5 ist an die Schaltmechanik des elektrischen Schaltgerätes 1 gekoppelt. Der Referenzsensor 5 gibt bei Erreichen eines wiederholgenauen Punktes einer Schaltbewegung der Kontaktanordnung 2 eine Zeitmarke ab. Diese Zeitmarke spiegelt einen bestimmten Zeitpunkt während der mechanischen Bewegung wieder. Die Antenne 3 gibt die eine elektromagnetische Strahlung abbildenden Signale an eine zweite Verarbeitungseinrichtung 8 weiter. Die zweite Verarbeitungseinrichtung 8 kann dabei prinzipiell der aus der 1 bekannten ersten Verarbeitungseinrichtung 4 entsprechen. Die zweite Verarbeitungseinrichtung 8 ermittelt den Zeitpunkt des Einsetzens der elektromagnetischen Strahlung. Die Ausführungen hinsichtlich der Störungsunterdrückung, welche zur 1 getätigt wurden, können sinngemäß auch bei dem in der 2 dargestellten Verfahren zur Anwendung gelangen. Der von der zweiten Verarbeitungseinrichtung 8 ermittelte Zeitpunkt des Einsetzens der elektromagnetischen Strahlung wird an eine Vergleichseinrichtung 9 weitergegeben. Die von dem Referenzsensor 5 ermittelte Zeitmarke wird ebenfalls an die Vergleichseinrichtung 9 weitergegeben. Die Vergleichseinrichtung 9 vergleicht die Zeitmarke sowie den Zeitpunkt und bildet aus diesen eine Zeitdifferenz Δt. Alternativ kann weiterhin vorgesehen sein, dass auf den Einsatz eines Referenzsensors 5 verzichtet wird und statt dessen die Funktion des Referenzsensors 5 in die Steuerung des elektrischen Schaltgerätes 1 integriert wird und das Referenzsignal von dieser der Vergleichseinrichtung 9 zugeleitet wird. Die Differenz Δt ist ein Abbild für den Zustand der Kontaktstücke der Kontaktanordnung 2. Für jeden der Schaltvorgänge wird die jeweilige Differenz Δt gespeichert und mit gespeicherten Differenzen vorheriger Schaltvorgänge verglichen. Ein dauerhaft konstanter Betrag der Differenz Δt lässt auf unveränderte Verhältnisse an der Kontaktanordnung 2 schließen. Eine Vergrößerung der Differenz Δt lässt auf einen Materialabtrag an der Kontaktanordnung 2 schließen.
Weiterhin ist mittels einer Geschwindigkeitsmessvorrichtung 10 die Geschwindigkeit v der Schaltbewegung ermittelbar.
Der 3 ist die Änderung der Differenz Δt schematisch dargestellt. In der 3 ist über einer Zeitachse das Einsetzen eines Auslöseimpulses 11 dargestellt. Mittels des Referenzsensors 5 wird in der Antriebsmechanik eine Zeitmarke während einer Relativbewegung der Kontaktstücke der Kontaktanordnung 2 ermittelt (12). Zwischen dem Einsetzen einer Relativbewegung der Kontaktstücke und dem mechanischen öffnen der Kontaktstücke bzw. endgültigen Schließen der Kontaktstücke verstreicht eine gewisse Zeit. Diese Zeit wird durch das oben stehend beschriebene Verfahren aus der Ermittlung der Zeitmarke mittels des Referenzsensors 5 und der Ermittlung des Zeitpunktes des Auftretens einer elektromagnetischen Strahlung gebildet. Bei einer fabrikneuen Kontaktanordnung ist ein relativ großer Zeitraum t_A zwischen dem Beginn einer Schaltbewegung und dem öffnen bzw. Schließen der Kontaktanordnung 2 zu verzeichnen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Kontaktstücke der Kontaktanordnung 2 noch keinen oder nur einen geringen Materialabtrag aufwei sen. Im Neuzustand ist eine relativ lange Überdeckung der miteinander in elektrischen Kontakt stehenden Bereiche der Kontaktanordnung 2 gegeben (13). Mit einer zunehmenden Schalthäufigkeit der Kontaktanordnung 2 tritt ein zunehmender Materialabtrag an den Kontaktstücken auf. Dadurch wird die im fabrikneuen Zustand noch vorhandene relativ große Überdeckung der sich kontaktierenden Bereiche der Kontaktstücke der Kontaktanordnung 2 vermindert und zwischen dem mechanischen Einsetzen der Bewegung und der Auftrennung der Kontaktstücke mit dem dabei auftretenden Lichtbogen vergeht aufgrund der geringeren Überdeckung ein kürzerer Zeitraum t_E. In der 5 ist dieser Zusammenhang symbolisch dargestellt. Der punktiert dargestellte Abschnitt 11 zeigt den ursprünglichen Zustand der Kontaktanordnung. Brennt der Abschnitt 11 aufgrund zahlreicher Schaltvorgänge ab, so ändert sich trotz gleichbleibender Bewegung der Antriebsmechanik der Zeitpunkt der Trennung der Kontaktstücke, da sich die Überdeckung der Kontaktanordnung 2 verringert. Unter Nutzung der aus der Geschwindigkeitsmessvorrichtung 10 gewonnenen Information über die Schaltgeschwindigkeit ist nunmehr nach der Gleichung (t_E – t_A)·v = Δs der Kontaktabtrag Δs ermittelbar.
Trägt man die Änderung des Materialabtrages Δs über der kumulierten Stromwärmebelastung auf, so ergibt sich eine Kurve, aus welcher die Restnutzungsdauer der Kontaktanordnung ermittelbar ist (4). Dazu wird der Differenzquotient Q aus der Änderung von Δs und der Änderung der kumulierten Stromwärmebelastung ermittelt (Q = Δ(Δs)/Δ(ΣSn(i+x) – ΣSn(i)).
Es wird die Steigung der Kurve ermittelt. Damit ist der zu erwartende Abbrand pro Zeitperiode (ausgehend von einer bestimmten Schaltleistung innerhalb dieser Zeitperiode) ermittelbar (Δs/Δt beispielsweise in cm/Jahr). Der Quotient aus dem maximal zulässigen Materialabtrag Δs und dem Abbrand pro Zeitperiode ergibt somit eine Prognose der die Restnutzungsdauer der Kontaktanordnung 2.
Um die Genauigkeit der vorgestellten Verfahren weiter zu erhöhen, kann es weiterhin vorgesehen sein, die Phasenlage des geschalteten Stromes bei einer Bewertung zu berücksichtigen. Tritt nämlich ein Schaltvorgang im Bereich eines Stromnulldurchganges auf, das heißt, ein Lichtbogen tritt nicht oder nur mit einem sehr geringen Leistungsumfang auf, so kann dieser Messwert aus der Messreihe ausgeblendet werden, um eine Verschlechterung der statistischen Schwankung der einzelnen Messwerte zu vermeiden.

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Belastung einer Kontaktanordnung eines elektrischen Schaltgerätes unter Nutzung der von einem bei einer Kontaktbetätigung auftretenden Lichtbogen ausgesandten elektromagnetischen Strahlung, wobei die elektromagnetische Strahlung erfasst wird, wobei in Abhängigkeit des Auftretens der elektromagnetischen Strahlung ein Zeitintervall bestimmt wird und wobei dieses Zeitintervall die Grenzen für eine Bestimmung eines Stromwärmeintegrals festlegt, wobei der Zeitpunkt des Einsetzens der elektromagnetischen Strahlung ermittelt wird und wobei dieser Zeitpunkt mit der von einem an die Schaltmechanik gekoppelten Referenzsensor ermittelten Zeitmarke verglichen wird, indem für jeden Schaltvorgang eine Differenz zwischen dem Zeitpunkt und der Zeitmarke gebildet wird und aus dieser Differenz ein Materialabtrag der Kontaktanordnung ermittelt wird und wobei der über das Stromwärmeintergral ermittelte Wert sowie der ermittelte Materialabtrag der Kontaktanordnung verarbeitet werden und eine Restnutzungsdauer der Kontaktanordnung ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Beginn des Zeitintervalls dem Zeitpunkt des Einsetzens der elektromagnetischen Strahlung entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende des Zeitintervalls dem Zeitpunkt des Aussetzens der elektromagnetischen Strahlung entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der während des Zeitintervalls auftretende Stromverlauf nach Betrag und Zeit ermittelt wird.