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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Hochspannungsschaltertechnik,
insbesondere auf Leistungsschalter in Energieverteilungsnetzen.
Sie bezieht sich auf einen Leistungsschalter gemäss dem
Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.
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Stand der Technik
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Um
Abschnitte eines elektrischen Energieversorgungssystems vom übrigen
Energieversorgungssystem abzuschalten oder zuzuschalten, werden üblicherweise
Leistungsschalter eingesetzt. Im Betrieb und während des
Ein- und Ausschaltens unterliegt der Leistungsschalter dabei unterschiedlichen
technischen Anforderungen. So müssen zum einen die Schaltkontakte
eine hohe Wärme- und Abbrandbeständigkeit aufweisen,
um beim Ein- und Ausschalten des Leistungsschalters den hohen Temperaturen
des Lichtbogens widerstehen zu können. Zum anderen sollen
die Kontakte des Leistungsschalters einen möglichst kleinen
elektrischen Widerstand aufweisen, um ohmsche Verluste bei Dauerstromfluss
im eingeschalteten Zustand des Leistungsschalters zu minimieren.
Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, weisen Leistungsschalter eine
Aufteilung des Kontaktsystems in ein Abbrand- und ein Nennstromkontaktsystem
auf. Der Schalter ist so konstruiert, dass das Nennstromkontaktsystem bei
der Stromführung massgeblich ist, während in der Phase
des Schattens der Lichtbogen zwischen den Abbrandkontakten gezogen
wird und somit dann das Abbrandkontaktsystem massgeblich ist. Weiterhin verhindert
das Abbrandkontaktsystem ein Lichtbogenbrennen zwischen den Nennstromkontakten.
Um diese Funktion zu gewährleisten, tritt beim Ein- und Ausschalten
eine zeitliche Verzögerung zwischen der Trennung bzw. Kontaktierung
des Nennstromkontaktsystems und der Trennung bzw. Kontaktierung des
Abbrandkontaktsystems auf. Die zeitliche Differenz wird auch Überlappungszeit-
und die örtliche Differenz Überlappungslänge
genannt.
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Um
die richtige Funktion des Leistungsschalters sicherzustellen, darf
eine bestimmte kritische Überlappungszeit- oder Überlappungslänge
der Abbrandkontakte nicht unterschritten werden, was einem grossen
Abbrand an den Abbrandkontakten entspricht. Zur Messung dieses Abbrandes
und damit zur Bestimmung und zur Anzeige der verbleibenden Lebensdauer
eines Leistungsschalters sind mehrere Verfahren aus dem Stand der
Technik bekannt.
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Aus
der
EP 1318533 ist ein
Verfahren bekannt, bei dem die Abbrandwirkung des Lichtbogens aus
Geometrieparametern der dem Lichtbogen ausgesetzten Teile und einer
ermittelten Strom-Zeit Funktion mathematisch berechnet werden kann.
Der erfolgte Abbrand nach mehreren Schaltvorgängen lässt
sich durch Summation des in allen vorhergehenden Schaltfällen
errechneten Abbrandes bestimmen. Der aktuelle Zustand des Schalters
wird dabei von einem Monitoringsystem errechnet und beim Erreichen
kritischer Messwerte mittels Alarmmeldungen quittiert. Die Schwierigkeit
bei diesem Verfahren besteht insbesondere darin, ein Abweichen des
tatsächlichen Abbrandes vom berechneten Abbrand für die
Bestimmung der Restlebensdauer des Schalters zu berücksichtigen.
Abweichungen können dabei durch ungenaue Nachbildung der
Geometrieparameter der dem Lichtbogen ausgesetzten Teile sowie einer
fehlerhaften Erfassung der Strom- und Zeitwerte während
des Schaltvorganges entstehen.
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Ferner
ist aus der
DE 10260248 bekannt, dass
die Bestimmung des Abbrandes und die Ermittlung der Restlebensdauer
von Schaltern (Vakuumschützen) mit nur einem einzigen Schaltkontaktsystem,
mittels Durchdrucküberwachung erfasst werden kann. Dabei
wird der durch Abbrand an den Schaltkontaktstücken veränderte
Federweg gemessen, mit dem eine Durchdruckfeder die Schaltkontaktstücke zusammenpresst.
Die Anzeige der jeweiligen Federposition wird mit einem an der Feder
befestigten Zeiger vorgenommen, welcher den jeweiligen Wert auf einer
Skala kontinuierlich abbildet. Alternativ werden Messmethoden zur
kontinuierlichen Signalerfassung (Positionsbestimmung) wie Piezo-Biegewandler, Lichtschranke
und Tauchspule aufgeführt, bei denen zwei Ereignisse beim
Ausschaltvorgang beruhend auf einer Zeitintervallmessung gemessen
werden. Für die Bestimmung des Abbrandes ergeben sich hierbei
die Nachteile, dass der Abbrand nur über Hilfselemente
(Bsp. Federweg) erfasst wird, die wiederum bestimmten Toleranz-
und zusätzlichen Fehlereinflüssen unterliegen.
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In
der
europäischen Anmeldung
Aktennummer 05405679.1 wird der Kontaktabbrand in einem elektrischen
Schaltgerät, welches Nennstromkontaktsystem und Abbrandkontaktsystem
aufweist, mittels dynamischer Widerstandsmessung (Dynamic Resistance
Measurement – DRM) bestimmt. Dazu wird mit einer Widerstandsmessung
bei Trennung der Nennstromkontakte und der Abbrandkontakte eine Überlappungszeit
zwischen Trennung der Nennstromkontakte und der Abbrandkontakte
in einem Parallelstrompfad gemessen und daraus der Abbrand bestimmt.
Der Nachteil dieser Messmethode ist, dass zur Messung des Abbrandes
der Schalter vom Energieversorgungsnetz abgeschaltet- und die Messung
vor Ort mit einer Hilfsstromquelle durchgeführt werden
muss.
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Die
EP 1 555 683 A ,
beschreibt ein Verfahren zur Kontaktabbrandmessung an einem Leistungsschalter
der mittels eines Elektromotors angetrieben wird, wobei eine Zeitdifferenz
an den unverschlissenen Lichtbogenkontakten bestimmt wird, und eine Zeitdifferenz
an den abgebrannten Lichtbogenstücken bestimmt wird und
aus beiden Zeitdifferenzen die Abbrandlänge bestimmt wird.
Als nachteilig im Stand der Technik erweist sich, dass auf Grund
des indirekten Messverfahrens, Messung des Antriebsstroms vom Elektromotor
der Abbrandzustand nur ungenügend genau bestimmt werden
kann.
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In
der
EP 0 694 937 A2 wird
ein Verfahren zur Bestimmung der Restlebensdauer von Schützkontakten
offenbart, bei dem die Restlebensdauer des Schützes ermittelt
und über ein Display am Schaltgerät in %, als
Restschaltzahl und als Restbetriebsdauer angezeigt wird.
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In
der
US2005/122117A wird
ein Verfahren zur Bestimmung des Kontaktverschleisses von Schaltgeräten
beschrieben, indem die Laufzeitänderung beim Schliessen
der Kontakte gemessen wird. Die Laufzeitmessung erfolgt zum einen über
Messung des Erregerstroms eines Antriebelektromagneten für
die Schaltkontakte und zum anderen über Messung des Stromflusses
durch die Schaltkontakte mittels Stromsensoren. Nachteilig im Stand
der Technik erweist sich, dass auf Grund des indirekten Messverfahrens,
Messung des Erregersstroms vom Elektromagneten, eine nicht genügend
genaue Bestimmung des Zeitpunktes des Kontaktschliessens möglich
ist. Wünschenswert ist die Messung eines Signales, welches
direkt mit der Schliessbewegung der Kontakte zusammenhängt.
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Darstellung der Erfindung
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Es
ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten
Leistungsschalter zu schaffen mit welchem die Funktionssicherheit
des Schalters erhöht wird und mit welchem auch eine vereinfachtes
Erkennen des Funktionszustandes des Leistungsschalters ermöglicht
wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale
des unabhängigen Anspruchs gelöst.
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Gegenstand
der Erfindung ist ein Leistungsschalter welcher ein Abbrandkontaktsystem
und einen mechanischen Antrieb zum Bewegen mindestens eines der
Abbrandkontakte umfasst, wobei der mechanische Antrieb einen mechanischen
Energiespeicher, ein Auslöseelement und ein Kraftübertragungselement
zum bewegbaren Abbrandkontakt aufweist und der Schalter sich dadurch
auszeichnet, dass Mittel zum Bestimmen eines Kontaktabbrands vorhanden
sind, welche einen Sensor zur Erfassung eines Referenzzeitpunkts,
zu dem das Kraftübertragungselement eine vorgegebene Position
durchläuft, aufweisen. Weiterhin weist der Leistungsschalter
einen Stromsensor zur Erfassung eines Primärstroms durch
den Leistungsschalter und zur Erfassung eines Schaltzeitpunkts bei
dem der Primärstrom ein Schliessen oder ein Öffnen
der Kontakte des Abbrandkontaktsystems charakterisiert, auf, sowie
eine Signalerfassungseinheit zur Bestimmung eines Abbrandzustandes
der Abbrandkontakte aus der Zeitdifferenz. Der Leistungsschalter
weist weiterhin einen Sensor zur Erfassung eines Referenzzeitpunkts,
zu dem ein Auslösebefehl für die Auslöseeinheit
vorhanden ist, auf. Es sind Mittel zur Erfassung mindestens eines
Betriebsparameters für den mechanischen Antrieb und gegebenenfalls
zur Korrektur des Referenzzeitpunkts aufgrund einer Abweichung zwischen
Ist- und Sollwert des Betriebsparameters vorhanden. In einer bevorzugten
Ausführungsform sind die Betriebsparameter die Temperatur
des mechanischen Antriebs und/oder die Versorgungsspannung für
das Auslöseelement und/oder den Ladezustand des Energiespeichers.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der mechanische
Antrieb ein Federspeicherantrieb, wobei das Auslöseelement
zum Lösen einer Verriegelung für den Federenergiespeicher oder
zum Öffnen eines Hydraulikventils zur Richtungsumkehr der
Kraftübertragung bei Einschalt- oder Ausschaltvorgang dient.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung besteht die Erfindung auch
darin, dass der Leistungsschalter eine Signalerfassungseinheit zur
Bestimmung eines Messsignals aufweist, welche einen Abbrandzustand
der Abbrandkontakte charakterisiert, sowie einer Anzeigeeinheit
zum Anzeigen des Kontaktabbrandes, wobei die Signalerfassungseinheit
Rechenmittel zur Zuordnung des Messsignals zu einem Warnintervall
oder einem Unbedenklichkeitsintervall aufweist. Die Anzeigeeinheit weist
Mittel zur optischen und/oder akustischen Ausgabe eines Warnsignals
auf, wenn das Messsignal im Warnintervall liegt.
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Im
Verfahren zur Messung des Kontaktabbrandes eines elektrischen Leistungsschalters
umfasst der Schalter Abbrandkontakte und einen mechanischen Antrieb
zum Bewegen mindestens eines der Abbrandkontakte. Der mechanische
Antrieb umfasst einen mechanischen Energiespeicher, ein Auslöseelement
und ein Kraftübertragungselement zum bewegbaren Abbrandkontakt.
Es ist ein Nennstromkontaktsystem vorhanden und sind Referenzzeitpunkte
definiert, die das Auftreten eines Schaltvorganges charakterisieren.
Als Schaltzeitpunkte werden diejenigen bestimmt, die ein Schliessen
oder Öffnen der Kontakte des Abbrandkontaktsystems charakterisieren.
Es wird bei einem Schaltvorgang des Leitungsschalters eine initiale
Zeitdifferenz zwischen dem Referenzzeitpunkt dieses Schaltvorganges
und dem Schaltzeitpunkt dieses Schaltvorganges bestimmt, wobei für
einen weiteren Schaltvorgang eine momentane Zeitdifferenz zwischen
dem Referenzzeitpunkt dieses Schaltvorganges und dem Schaltzeitpunkt
dieses Schaltvorganges bestimmt wird und wobei aus einer Abweichung
der momentanen Zeitdifferenz von der initialen Zeitdifferenz ein
Abbrandzustand der Abbrandkontakte bestimmt wird.
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Beim
Verfahren zur Anzeige des Kontaktabbrandes des Leistungsschalters
weist der Leistungsschalter ein Kontaktsystem, eine Signalerfassungseinheit
zur Abbrandbestimmung des Kontaktsystems und eine Anzeigeeinheit
auf. Es wird ein Messsignal bestimmt wird, welches den Abbrandzustand
der Abbrandkontakte charakterisiert. Für das Messsignal wird
mindestens ein Unbedenklichkeitsintervall und mindestens ein Warnintervall
bestimmt, wobei auf der Anzeigeeinheit ein Warnsignal ausgegeben
wird, wenn das Messsignal im Warnintervall liegt. Das Warnsignal
signalisiert eine beschränkte Anzahl von noch zulässigen
Schaltvorgängen.
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Der
Referenzzeitpunkt des Leistungsschalters zeichnet sich dadurch aus,
dass er reproduzierbar bei jedem Schaltvorgang bestimmbar ist. Bevorzugt
wird der Referenzzeitpunkt beim Einschaltvorgang, zum Schliessen
des Schalters detektiert. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird der Referenzzeitpunkt direkt durch den Einschaltbefehl an einen
Antrieb gegeben. Der Einschaltbefehl kann dann ein Signal in Form
einer Strom- oder Spannungsänderung sein, welches z. B.
in der Spule des Antriebes vom Leistungsschalter ausgelöst
wird. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird
der Referenzzeitpunkt durch die Bewegung des Schalterantriebes festgelegt,
welche durch den Einschaltbefehl zum Schliessen des Schalters ausgelöst
wird. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird
der Referenzzeitpunkt dadurch festgelegt, dass nach dem Einschaltbefehl
ein bestimmter Bezugspunkt oder bestimmtes Bezugslevel auf der Bewegungskurve
des Hauptkontaktsystems des Schalterantriebes durchlaufen wird und
dieser Bezugspunkt oder Bezugslevel z. B. mittels eines Weg- oder
Drehsensors, eines Hilfskontaktes oder einer Lichtschranke gemessen
wird.
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Die
Wirkungsweise des Messverfahrens besteht darin, die durch zunehmenden
Abbrand verursachte veränderte zeitliche Differenz zwischen
dem ersten bewegungsdefinierten Referenzzeitpunkt und dem zweiten
stromdefinierten Zeitpunkt zu bestimmen.
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Weitere
bevorzugte Ausführungsformen, Vorteile und Anwendungen
der Erfindung ergeben sich aus abhängigen Patentansprüchen,
aus Anspruchskombinationen sowie aus der nun folgenden Beschreibung
und den Figuren.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im
Folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen,
welche in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, näher
erläutert. Es zeigen schematisch:
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1 ein
vereinfachtes Schaltbild eines Leistungsschalters mit Abbrandkontaktsystem
und Nennstromkontaktsystem, der mit einem Abschnitt eines elektrischen
Energieversorgungssystems verbunden ist;
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2 Ausführungsbeispiel
einer Strom-Zeit Kennlinie eines Abbrandkontaktsystems und eines Nennstromkontaktsystems
in dem Leistungsschalter.
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Die
in den Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen und deren Bedeutung
sind in der Bezugszeichenliste zusammengefasst aufgelistet. Grundsätzlich
sind in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Teile mit gleichen
oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Für das
Verständnis der Erfindung nicht wesentliche Teile sind
zum Teil nicht dargestellt. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele stehen
beispielhaft für den Erfindungsgegenstand und haben keine
beschränkende Wirkung.
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Wege zur Ausführung
der Erfindung
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1 zeigt
schematisch einen elektrischen Leistungsschalter 1, der
in ein nicht weiter dargestelltes Energieversorgungssystem eingebunden
ist. Als Leistungsschalter 1 kommen Hoch- und Mittelspannungsschalter
in Betracht, welche beispielsweise Generatorschalter oder auch Leistungserder
sein können. Der Schalter 1 unterbricht bzw. verbindet elektrisch
den Leitungsabschnitt 3a mit dem Leitungsabschnitt 3b des
elektrischen Energieversorgungssystems. Dazu werden die Kontaktsysteme (2a, 2n)
des Schalters 1 mittels eines mechanischen Federspeicherantriebes 11 geöffnet
oder geschlossen. Das Auslöseelement 13 des Antriebes 11 löst den
als Tellerfeder ausgebildeten mechanischen Energiespeicher 14 aus,
wobei dieser mittels des Elementes 15, welches als Antriebsstange
ausgebildet sein kann, die Kraftübertragung auf die Kontaktsysteme
(2a, 2n) des Schalter zum Schliessen/Öffnen
vornimmt. Beim Schliessen des Schalters 1 wird zuerst das Abbrandkontaktsystem 2a und
danach mit einer zeitlichen Verzögerung von einigen Millisekunden das
Nennstromsystem 2n geschlossen. Der im Leistungsschalter 1 fliessende
Strom kommutiert während des Schliessvorganges vom Abbrandkontaktsystem 2a auf
das Nennstromkontaktsystem 2n. Weiterhin umfasst der Leistungsschalter 1 Sensoren 9, 10 zum
Detektieren der Messsignale, eine Signalerfassungseinheit 4 zum
Erfassen und Verarbeiten der Messsignale und eine Anzeigeeinheit 5,
mit der der Zustand des Leistungsschalters 1 z. B. durch
Signalisierung des Abbrands oder der Restlebensdauer angezeigt werden
kann.
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Bei
der vorliegenden Erfindung wird aus einer gemessenen Zeitdifferenz
zur Kontaktschliessung des Abbrandkontaktsystems der Abbrand am Abbrandkontaktsystem
bestimmt und dies genutzt, um damit die verbleibende Lebensdauer
des Leistungsschalters 1 zu beurteilen. Die Zeitdifferenzmessung
wird „online" also während der Schalter 1 im
Betrieb und elektrisch mit dem Energieversorgungsnetz verbunden
ist und während der Einschaltphase des Schalters 1 durchgeführt.
Der Schalter 1 muss somit vorteilhaft nicht vom Energieversorgungsnetz
abgekoppelt werden, um die Abbrandbestimmung vorzunehmen. In analoger
Weise kann die Abbrandbestimmung aber auch in der Ausschaltphase
des Leistungsschalters 1 vorgenommen werden, wobei sich jedoch
die Bestimmung des exakten Zeitpunktes der Kontakttrennung am Abbrandkontaktsystem 2a auf Grund
des entstehenden Lichtbogens als schwieriger erweist. Eine Detektion
des Öffnungszeitpunktes des Schalters ist z. B. über
die Messung der auftretenden Lichtbogenspannung möglich.
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Um
den Abbrand des Abbrandkontaktsystems beim Schliessen des Schalters 1 zu
bestimmen und damit die Restlebensdauer des Schalters zu beurteilen,
wird die zeitliche Differenz zwischen einem Referenz-Zeitpunkt tr
und der ersten Kontaktierung der beiden Abbrandkontakte des Abbrandkontaktsystems 2a und
damit den Beginn des Stromflusses im Hauptsystem zu einem Zeitpunkt
ta erfasst. Mit steigender Anzahl von Schaltvorgängen und
dem damit verbundenen zunehmenden Abbrand an den Kontakten des Abbrandkontaktsystems 2a wird durch
den hervorgerufenen Materialabtrag die Wegstrecke und damit die
benötigte Zeitdauer vom Auslösen des Schliessvorganges
bis zum Schliessen der Kontakte 2a grösser.
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2 zeigt
schematisch den zeitlichen Verlauf des Stromes I während
des Einschaltvorganges für das Abbrandkontaktsystem 2a (Kennlinie 6)
und für das Nennstromkontaktsystem 2n (Kennlinie 7). Als
Referenzzeitpunkt tr kann irgendein reproduzierbares Signal am Antrieb
dienen, so z. B. die Spannungsänderung in der Antriebsspule,
zu welcher es durch den Einschaltbefehl beim Schliessen des Schalters 1 kommt.
Es kann aber beispielsweise der Einschaltbefehl selber, das Signal
von einem Hilfskontakt oder auch die Stromänderung in der
Spule oder die Bewegung des Antriebs, welche durch den Einschaltbefehl
ausgelöst wird, detektiert werden und als Signal zur Festlegung
des Referenzzeitpunktes tr benutzt werden. Wichtig ist dabei nur,
dass der Referenzzeitpunkt reproduzierbar ist. Einige Millisekunden
nach dem Auslösen des Einschaltvorganges, während
die Kontakte des Abbrandkontaktsystems 2a zum Zeitpunkt
ta geschlossen werden, kommt es zum Stromfluss durch die Abbrandkontakte 2a des Leistungsschalters 1.
Nach einigen weiteren Millisekunden, zum Zeitpunkt tn schliessen
auch die Kontakte des Nennstromkontaktsystems 2n und der Strom
I kann somit auch durch die Kontakte des Nennstromkontaktsystems 2n fliessen.
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Für
die Detektion des Referenzzeitpunktes tr und des Zeitpunktes ta
beim Schliessen des Schalters 1 sind wie in 1 schematisch
dargestellt, Sensoren 9 und 10 vorgesehen. Dabei
ist als Sensor 9 zur Messung des Referenzzeitpunktes tr
z. B. ein Spannungsmessgerät einsetzbar. Es ist aber ohne weiteres
möglich einen Stromwandler, einen Hilfskontakt oder eine
Lichtschranke als Sensor 9 einzusetzen, falls die Bestimmung
des Referenzzeitpunkts tr über Messung des Stromes oder
durch Bestimmung einer definierten Bewegungsposition vom nicht dargestellten
Schalterantrieb erfolgt. Der Referenzzeitpunkt tr definiert somit
den Beginn des Schliessvorganges. Als Sensor 10 zur Bestimmung
des Zeitpunktes tr wird üblicher Weise ein Stromwandler 10 verwendet,
der den Stromfluss beim Schliessen des Abbrandkontaktsystems 2a erfasst.
Alternativ kann als Stromsensor 10 aber auch eine Hallsonde
oder eine Rogowskispule dienen. Der Stromsensor 10 kann
wie in 1 dargestellt am Leitungsabschnitt 3a oder
am Leitungsabschnitt 3b vorgesehen werden.
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Die über
die Sensoren 9, 10 bestimmten Messgrössen,
die den Referenzzeitpunkt tr und den Zeitpunkt ta festlegen, werden
von der Signalerfassungseinheit 4 erfasst und verarbeitet.
Die daraus gewonnen Informationen wie die Grösse des Kontaktabbrandes
oder die Restlebensdauer des Schalters 1 lassen sich über
die Anzeigeeinheit 5 des Leistungsschalters 1 für
den Benutzer anzeigen.
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In
einem ersten Schliessvorgang, der auch als initialer Schliessvorgang
des Schalters bezeichnet wird, wird von der Signalerfassungseinheit 4 die initiale
Zeitdifferenz ta1–tr1 zwischen
dem Referenzzeitpunkt tr1 dieses Schaltvorganges
und dem Schaltzeitpunkt ta1 beim Schliessen
der Abbrandkontakte bei diesem Schaltvorgang bestimmt. Für
jeden weiteren Schliessvorgang bestimmt die Signalerfassungseinheit 4 eine
momentane Zeitdifferenz tax–trx aus dem momentanen Referenzzeitpunkt trx und dem momentanen Schaltzeitpunkt tax . Die von der Signalerfassungseinheit 4 ermittelte
Abweichung zwischen momentaner Zeitdifferenz tax–trx und initialer Zeitdifferenz ta1–tr1 ist ein Mass für den Abbrand an
den Kontakten des Leistungsschalters 1. Mit steigender Anzahl
von Schaltzyklen verschiebt sich der momentane Schaltzeitpunkt tax in Richtung des Schwellwert tas,
wie in 1 durch Pfeil 8 angedeutet. Wird ein definierter
Schwellwert tas für die momentane
Zeitdifferenz tax–trx,
welcher einer kritischen Abbrandlänge entspricht, überschritten,
so wird dieser Zustand über die Anzeigeeinheit dem Benutzer
signalisiert. Vorteilhafterweise ist mit Überschreiten
des Schwellwertes tas die Anzahl der Öffnungs-
und Schliessvorgänge festgelegt, so dass dem Benutzer eine
genaue Information über die verbleibende Anzahl von Schaltzyklen
gegeben wird.
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Mit
Vorteil ist die initiale Zeitdifferenz ta1–tr1 vor dem erstmaligen Schaltvorgang als charakteristische
Systemgrösse des Schalters 1 bekannt und kann
vor dem Einsatz des Leistungsschalters über die Signalerfassungseinheit 4 eingegeben
werden. Auf diese Weise lässt sich die kritische Abbrandlänge und
damit die Restlebensdauer des Schalters 1 unmittelbar als
Differenz aus der charakteristischen Systemgrösse und der
momentanen Zeitdifferenz tax–trx bestimmen. Die initiale Zeitdifferenz ta1–tr1 kann
aber auch durch Mittelwertbildung aus mehreren initialen Schaltvorgängen
von der Signalerfassungseinheit 4 bestimmt werden. Der
Abbrand und somit die Restlebensdauer lassen sich direkt während
des Schliessvorganges bestimmen, ohne dass der Schalter vom Energieversorgungssystem
abgekoppelt werden muss.
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In
einer weiteren Ausführungsform werden nur solche Messungen
zur Abbrandbestimmung herangezogen, bei denen bekannten Einflussgrössen wie
z. B. Temperatur, Antriebsenergie und Stillstandszeit des Leistungsschalters
in einem definierten Bereich liegen. Das hat den Vorteil, dass durch diese
Einflussgrössen hervorgerufene Schwankungen die Abbrandbestimmung
unbeeinflusst lassen und so eine verlässliche Abbrandbestimmung
möglich ist. Alternativ dazu können auch bekannte
Abhängigkeiten durch Kompensation eliminiert werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform sind mehrere Schwellwerte
tas definiert, welche bei Überschreiten
den jeweiligen Zustand des Leistungsschalters 1 signalisieren.
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Mit
Vorteil wird ein Signal für genau zwei Zustände
des Leistungsschalters ausgegeben, nämlich oberhalb und
unterhalb des Schwellwertes tas. In einer
anderen vorteilhaften Ausführungsform wird ein Signal für
drei Zustände ausgegeben, nämlich unterhalb eines
ersten Schwellwertes tas1, oberhalb eines zweiten
Schwellwertes tas2 und zwischen dem ersten und
dem zweiten Schwellwert. Der jeweilige Zustand des Leistungsschalters 1 wird
dem Benutzer über das Anzeigeelement 5 angezeigt.
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Vorteilhaft
wird der zweite Zeitpunkt ta1, tax bei der Bestimmung des Kontaktabbrandes
durch Messung eines durch die Abbrandkontakte 2a fliessenden
Einschaltstromes oder durch Messung einer zeitlichen Ableitung des
Einschaltstromes bestimmt. Dabei wird der gemessene Einschaltstrom
während des Lichtbogenziehens oder bei Erreichen des Sättigungsstromes,
bei Kontaktberührung der Abbrandkontakte 2a bestimmt.
Als Sensor 10 zur Messung des Einschaltstroms I wird ein
Stromwandler oder eine Rogowskispule eingesetzt, wobei bei letzterer die
zeitliche Ableitung des Einschaltstromes gemessen wird. Die Anzeige
des Kontaktabbrandes erfolgt dabei über ein Warnsignal
und/oder ein Unbedenklichkeitssignal als optisches, insbesondere
farbliches, und/oder akustisches Signal. Das hat den Vorteil, dass
der Benutzer immer über den aktuellen Zustand des Leistungsschalters
informiert ist. Um dem Benutzer den jeweils aktuellen Zustand des
Leistungsschalters 1 möglichst einfach mitzuteilen
gibt es genau ein Warnintervall 8b und genau ein Unbedenklichkeitsintervall 8a und
das Warnintervall 8b und das Unbedenklichkeitsintervall 8a werden
durch zwei unterschiedliche Farben signalisiert. In einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform wird dem Benutzer der jeweils aktuellen
Zustand des Leistungsschalters durch drei unterschiedliche Farben
signalisiert, wobei die Farben einem Warnintervall 8b,
einem Unbedenklichkeitsintervall 8a und einem dazwischen
liegenden Bedenklichkeitsintervall entsprechen. Diese mehrstufige
Anzeige hat den Vorteil, dass dem Benutzer ein Zwischenzustand signalisiert
wird, bevor die Abbrandkontakte nach weiteren Schaltzyklen soweit
abgebrannt sind, dass der Schalter eine kritische Funktionsfähigkeit
erreicht. Der Benutzer ist somit vorgewarnt und kann eine Revision
des Schalters 1 weit im Voraus einplanen.
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- 1
- Leistungsschalter
- 2a
- Abbrandkontaktsystem,
Abbrandkontakte
- 2n
- Nennstromkontaktsystem
- 3a,
3b
- Leitungsabschnitt,
Leitung
- 4
- Signalerfassungseinheit
- 5
- Anzeigeeinheit
- 6
- Strom-Zeit
Kurve Abbrandkontaktsystem
- 7
- Strom-Zeit
Kurve Nennstromkontaktsystem
- 8
- Verschiebungsrichtung
von Zeitpunkt tax durch Abbrand
- 8a
- Warnintervall
- 8b
- Unbedenklichkeitsintervall
- 9
- Sensor,
Referenzsensor
- 10
- Stromsensor
- 11
- Antrieb
- 13
- Auslöseelement
- 14
- Energiespeicher
- 15
- Element
der Kraftübertragung
- tr1
- initialer
Referenzzeitpunkt
- trx
- Referenzzeitpunkt
nach dem x-ten Schaltvorgang
- ta1
- initialer
Schaltzeitpunkt
- tax
- momentaner
Zeitpunkt nach dem x-ten Schaltvorgang
- tas
- Schwellwert
- tn
- Zeitpunkt
bei Kontaktschliessung des Nennstromkontaktsystems
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1318533 [0004]
- - DE 10260248 [0005]
- - EP 05405679 [0006]
- - EP 1555683 A [0007]
- - EP 0694937 A2 [0008]
- - US 2005/122117 A [0009]