DE19923362C5

DE19923362C5 - Verfahren zur Bewertung des Kontaktzustandes eines Leistungsschalters

Info

Publication number: DE19923362C5
Application number: DE1999123362
Authority: DE
Inventors: Volker Dr.-Ing. Rees; Bernhard Dr.-Ing. Feuchter
Original assignee: ABB AG Germany
Current assignee: ABB Patent GmbH
Priority date: 1999-05-21
Filing date: 1999-05-21
Publication date: 2010-06-24
Anticipated expiration: 2019-05-22
Also published as: DE19923362A1; DE19923362B4

Abstract

Verfahren zur Bewertung des Kontaktzustandes eines Leistungsschalters, dadurch gekennzeichnet, daß für jede auftretende Kurzschlußausschaltung das Produkt aus der Lichtbogenbrenndauer (t_Libo) und dem mit 1,7 potenzierten Effektivwert des Kurzschlußstromes (I_KS) während der Lichtbogenbrenndauer (t_Libo) gebildet wird, daß die gebildeten Produkte summiert werden, daß die Summe dieser Produkte als Kriterium für den aktuellen Kontaktzustand herangezogen wird, und daß ein Grenzwert (MAX) für die Summe der Produkte vorgegeben wird, bei dessen Erreichen eine Revision des Leistungsschalters erforderlich ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bewertung des Kontaktzustandes eines Leistungsschalters gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und kann bei Hochspannungsleistungsschaltern in metallgekapselten Anlagen oder in Freiluftanlagen eingesetzt werden.
Um den aktuellen Kontaktzustand eines Hochspannungs-Leistungsschalters zu ermitteln, muß üblicherweise vor und hinter dem Schaltgerät eine Meßmöglichkeit auf die Hauptstrombahn (Sammelschiene) geschaffen werden. Folglich muß ein Teil einer das Schaltgerät enthaltenden Schaltanlage außer Betrieb gehen. Beispielsweise kann ein erster Meßpunkt am Schnellerdungsschalter des zu messenden Feldes und ein zweiter Meßpunkt am Schnellerdungsschalter des benachbarten Feldes vorgesehen sein. Die Sammelschiene ist somit innerhalb der Meßkette und muß zur Bestimmung des Kontaktabbrandes außer Betrieb gehen, d. h. es ist eine nachteilige Freischaltung erforderlich.
Stand der Technik
Aus der DE 27 27 378 A1 ist ein Verfahren zur Erfassung des Abbrandes von Schaltstücken eines Schaltgeräts bekannt. Dabei wird der Abbrand aus der Dauer der Ausschaltbewegung und dem während der Ausschaltbewegung fließenden Strom berechnet. Der Zusammenhang zwischen der Höhe des abgeschalteten Strom und dem dadurch verursachten Abbrand ist dabei in einem Speicherelement gespeichert.
In der EP 0 414 657 A2 ist ein Verfahren zur Bewertung des Kontaktzustandes eines Leistungsschalters beschrieben. Dabei wird der Kontaktzustand aus den Lichtbogenbrenndauern und aus den Effektivwerten der Kurzschlussströme bestimmt. Zunächst erfolgt eine Aufsummierung der Effektivwerte der abgeschalteten Kurzschlussströme und eine Aussummierung der Lichtbogenbrenndauern, und anschließend wird ein Produkt aus den so gebildeten Summen gebildet.
Aufgabenstellung
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bewertung des Kontaktzustandes eines Leistungsschalters anzugeben, welches vergleichsweise einfach durchführbar ist.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit Hilfe einer einzigen Berechnungsformel die eine aussagekräftige Größe zur Zustandseinschätzung von Leistungsschaltern darstellende Kontaktbelastung sowohl für kleine Kurzschlußströme als auch für große Kurzschlußströme mit jeweils beliebigem Gleichanteil richtig bewertet wird. Das vorgeschlagene Verfahren kumuliert die Kontaktbelastung trotz unterschiedlicher Abbrandmechanismen sowohl bei großen als auch bei kleinen Kurzschlußströmen in zutreffender Art und Weise und führt somit auf eine sehr unkomplizierte Art und Weise zu einer zuverlässigen Einschätzung des jeweils aktuellen Kontaktzustandes.
Weitere Vorteile sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der einzigen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.
In der Figur ist ein typischer zeitlicher Kurzschlußstromverlauf dargestellt. Der Zeitpunkt des Kurzschlußeintritts ist mit t = t₀ bezeichnet. Der mittels eines Stromwandlers erfaßte, nach dem Zeitpunkt t₀ stark ansteigende Strom i wird mit Hilfe eines Schutzrelais erkannt, welches eine Ausschaltung des Leistungsschalters veranlaßt. Zum Zeitpunkt t₁ beginnt der Stromfluß in der Auslösespule des Leistungsschalterantriebs. Dementsprechend wird der Zeitraum von t₀ bis t₁ als Schutzrelaiszeit bezeichnet.
Zum Zeitpunkt t = t₁' erfaßt ein erster Näherungsschalter im Leistungsschalterantrieb den Beginn der Bewegung des beweglichen Kontaktes des Leistungsschalters. Mit anderen Worten gibt t₁' den Zeitpunkt des Verlassens der Anfangsstellung des Leistungsschalters an. Die beweglichen Kontakte des Leistungsschalters sind über eine Schaltstange starr mit dem Leistungsschalterantrieb gekoppelt, so daß die Bewegung des Antriebs ein genaues Abbild der Bewegung der Leistungsschalterkontakte darstellt. Dementsprechend wird der Zeitraum von t₁ bis t₁' als Reaktionszeit t_R bezeichnet. Der Zeitpunkt der galvanischen Kontakttrennung des Leistungsschalters ist mit t₂ bezeichnet. Dementsprechend ist der Zeitraum von t₁ bis t₂ die Ausschalteigenzeit t_a.
Der Lichtbogen ist zum Zeitpunkt t₃ gelöscht. Dementsprechend ist der Zeitraum von t₂ bis t₃ die Lichtbogenbrenndauer t_Libo. Zum Zeitpunkt t = t₄ ist die mittels eines zweiten Näherungsschalters erfaßte Endstellung des beweglichen Kontakts des Leistungsschalters nach der Ausschaltung erreicht. Der Zeitraum von t₁' bis t₄ wird auch als Bewegungszeit t_B des beweglichen Schaltkontakts des Leistungsschalters bezeichnet.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, den sich durch Kurzschlußausschaltungen nach und nach verschlechternden, aktuellen Kontaktzustand des Leistungsschalters gemäß folgender Berechnungsformel zu bewerten: ΣIKS 1,7·tLibo < MAX
Dabei entspricht I_KS dem Effektivwert eines Kurzschlußstromes in kA zwischen den beiden Zeitpunkten t₂ und t₃. Die Zeitspanne t_Libo zwischen den beiden Zeitpunkten t₂ und t₃ entspricht der Lichtbogenbrenndauer in ms. Bei der Ermittlung des Effektivwertes des Kurzschlußstromes I_KS ist der Gleichstromanteil mit zu berücksichtigen. Der Grenzwert MAX ist je nach vorliegendem Schaltertyp unterschiedlich vorzugeben. Bei 60 Hz-Netzen verkürzt sich die zweite Halbwelle des Lichtbogens und der Wert für MAX kann deshalb im Vergleich zu 50 Hz-Netzen um 10% erhöht werden.
Die vorstehende Berechnungsformel ist für jede Phase des Leistungsschalters separat anzuwenden.
Die Anwendung der Berechnungsformel erfolgt unter Einsatz eines Monitoringsystems, dem bei jeder Kurzschlußausschaltung die jeweils aktuellen Werte für I_KS und t_Libo bzw. die zur Ermittlung dieser Werte geeigneten Größen zugeleitet werden und das die Berechnung, Summenbildung zur Bewertung und zweckmäßig auch die Anzeige des jeweils aktuellen Kontaktzustandes (via Bildschirm) vornimmt. Dabei werden nur die Belastungen durch Kurzschlußausschaltungen betrachtet, d. h. die Kontaktbelastung bei einer Kurzschlußeinschaltung wird nicht berücksichtigt und Ein/Ausschaltungen mit Betriebsströmen werden nicht in die Berechnungsformel einbezogen. Eine bei Kurzschluß auftretende Open-Close-Open-Schaltung (OCO-Schaltung) wird doppelt gewichtet, d. h. wie zwei Kurzschlußausschaltungen gezählt. Eine bei Kurzschluß auftretende Close-Open-Schaltung (CO-Schaltung) wird wie eine Kurzschlußausschaltung gezählt.
Die durch das Monitoringsystem 2 zu bildende Lichtbogenbrenndauer t_Libo berechnet sich zu: tLibo = t3 – t2
Der Zeitpunkt t₃ kann dadurch ermittelt werden, daß der Effektivwert des Stromes kleiner oder gleich einem Grenzwert nahe Null detektiert wird (Schwellwertdetektion). Die Bestimmung des Zeitpunktes t₃ mittels Schwellwertdetektion kann durch einen zu hoch eingestellten Schwellwert oder durch ”Stromschwänze”, welche sich durch eine Entladung der Hauptinduktivität des Stromwandlers ergeben können, verfälscht werden. Eine genaue Bestimmung des Zeitpunktes t₃ ist durch Berechnung des Nulldurchganges des mit einem Rückrechnungsalgorithmus zur Rekonstruktion verzerrter Meßwandlersignale berechneten Verlaufes des primärseitigen Kurzschlußstromes möglich.
Der Zeitpunkt t₂ berechnet sich zu: t2 = t4 – tB – tR + ta
Dabei ergeben sich für unterschiedliche Leistungsschalter jeweils unterschiedliche typische und konstante Ausschalteigenzeiten t_a, so daß für die Berechnung ein für den betreffenden Leistungsschalter typischer, konstanter Wert für t_a vorgegeben wird. Die Bewegungszeit t_B berechnet sich zu: tB = t4 – t1'
Die Reaktionszeit t_R berechnet sich zu: tR = t1' – t1
Somit ist die Lichtbogenbrenndauer t_Libo durch Messung der Zeitpunkte t₁, t₁' und t₄ und Eingabe an das Monitoringsystem 2 berechenbar.
Durch die vorgeschlagene Berechnungsformel kommt klar zum Ausdruck, daß es für die Bewertung des Kontaktzustandes von Wichtigkeit ist, ob es sich beispielsweise um eine relativ hohe Anzahl von Kurzschlußausschaltungen mit relativ kleinem Kurzschlußstrom oder um eine relativ kleine Anzahl von Kurzschlußausschaltungen mit relativ großem Kurzschlußstrom handelt. Stets wird der Einfluß des einzelnen Kurzschlußfalles auf den Kontaktzustand individuell und richtig bewertet.
Wie bereits vorstehend erwähnt, erfolgt zweckmäßig eine visuelle Anzeige des jeweils aktuellen Kontaktzustandes, beispielsweise durch Balkenanzeige eines jeweils aktuellen Wertes im Bereich von 0% bis 100%. Bei Erreichen der 100%-Marke ist eine Revision des Leistungsschalters durchzuführen. Der Grenzwert MAX ist selbstverständlich derart vorzugeben, daß bei Überschreiten der 100%-Marke noch eine Sicherheitsreserve besteht, so daß eine unmittelbare Gefährdung des Schalters bei Ausschaltungen unter dem Nennstrom keinesfalls zu erwarten ist.
Zusätzlich zur Balkenanzeige erfolgt zweckmäßig eine Einzelauflistung aller erfaßten Kurzschlußausschaltungen, wobei jeweils die ausgeschalteten Kurzschlußstrom-Effektivwerte der einzelnen Phasen einschließlich des jeweiligen Ausschaltzeitpunktes angegeben werden.
Bei den vorstehenden Erläuterungen wird davon ausgegangen, daß der zeitliche Kurzschlußstromverlauf und somit der Effektivwert des Kurzschlußstromes mit hinreichender Genauigkeit erfaßt werden kann, d. h. es werden mehr oder weniger ideale Bedingungen an das Übertragungsverhalten sowie die Genauigkeitsklasse der zur Messung eingesetzten Stromwandler vorausgesetzt. In der Praxis kann jedoch ein durch Nichtlinearitäten des Stromwandlers (Wandlersättigung) sowie im Netz auftretende Oberschwingungen verzerrtes Meßsignal (Sekundärstrom des Stromwandlers) auftreten. Auch unter diesen erschwerten Bedingungen muß eine aussagekräftige Abschätzung der Schalterkontaktbelastung und eine Bewertung der Kontaktzustandes möglich sein, d. h. es ist erforderlich, den Effektivwert des Kurzschlußstromes mit hinreichender Genauigkeit zu ermitteln. Bei einem infolge Oberschwingungen und/oder Wandlersättigung und/oder Signalbegrenzung verzerrtem Sekundärstrom eines Stromwandlers wird deshalb ein dem Kurzschlußstrom näherungsweise entsprechendes rekonstruiertes Signal mit Hilfe eines Rückrechnungsalgorithmus gebildet.

Claims

Verfahren zur Bewertung des Kontaktzustandes eines Leistungsschalters, dadurch gekennzeichnet, daß für jede auftretende Kurzschlußausschaltung das Produkt aus der Lichtbogenbrenndauer (t_Libo) und dem mit 1,7 potenzierten Effektivwert des Kurzschlußstromes (I_KS) während der Lichtbogenbrenndauer (t_Libo) gebildet wird, daß die gebildeten Produkte summiert werden, daß die Summe dieser Produkte als Kriterium für den aktuellen Kontaktzustand herangezogen wird, und daß ein Grenzwert (MAX) für die Summe der Produkte vorgegeben wird, bei dessen Erreichen eine Revision des Leistungsschalters erforderlich ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertung des Kontaktzustandes getrennt für jede Phase des Schalters erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtbogenbrenndauer (t_Libo) durch Ermittlung des Beginns (t₁) des Stromflusses in einer Auslösespule des Leistungsschalterantriebs und durch Ermittlung des Beginns (t₁') sowie des Endes (t₄) der Bewegung eines beweglichen Schaltkontaktes des Leistungsschalters bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine bei Kurzschluß auftretende Open-Close-Open-Schaltung wie zwei Kurzschlußausschaltungen gezählt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine bei Kurzschluß auftretende Close-Open-Schaltung wie eine Kurzschlußausschaltung gezählt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Darstellung der Bewertung des aktuellen Kontaktzustandes durch eine visuelle Anzeige erfolgt.