DE4131828C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung der mechanischen Funktion eines Umgebungseinflüssen ausge­ setzten elektrischen Schaltgerätes, das eine Antriebs­ vorrichtung zur Übertragung einer Schaltbewegung auf wenigstens eine Schaltkammer mit Schaltkontakten auf­ weist, mit wenigstens einem Energiespeicher zur Bereit­ stellung der Energie für eine Schaltbewegung zum Ein­ schalten und mit einer von dem Energiespeicher beim Ein­ schalten zu spannenden Kontaktkraftfeder.

Bekannte Verfahren zur Überprüfung der mechanischen Funktion elektrischer Schaltgeräte, wie sie in den Versuchsfeldern der Elektroindustrie eingesetzt werden, dienen dazu, die Arbeitsweise der Schaltgeräte unter dem Einfluß der Umgebung zu untersuchen und dadurch Aussagen darüber zu gewinnen, ob das Schaltgerät für den vorge­ sehenen Einsatzzweck geeignet ist. Von Bedeutung sind solche Untersuchungen insbesondere für die Leistungs­ schalter der Energietechnik, von deren ordnungsgemäßer Arbeitsweise die Sicherheit der allgemeinen Energiever­ sorgung abhängt. Einflüsse der Umgebung, wie Luftdruck, Temperatur, Verschmutzung und ahnliche Einflüsse können in weiten Grenzen schwanken und das mechanische und/oder elektrische Schaltvermögen beeinflussen.

Ein Prüfprogramm für Hochspannungs-Leistungsschalter ist beispielsweise in der Veröffentlichung "Developments in Design and Performance of EHV Switching Equipment", IEE Conference Publication Number 182, 1979, Seiten 126 bis 129 beschrieben. Danach werden elektrische Schaltleistungsprüfungen mit Hilfe einer synthetischen Prüfschaltung sowie eine Reihe mechanischer Untersuchungen vorgenommen. Insbesondere werden alle Parameter untersucht, die sich durch den Einfluß der Um­ gebung verändern können. Im Rahmen dieser Untersuchungen werden im Verlauf von 5000 Schaltvorgängen das Schaltvermögen, die Gasdichtigkeit, der Übergangswiderstand der Schalt­ stücke, die Gasdruckregelung und zugehörige Aggregate des Leistungsschalters geprüft. Auch werden die Reibungen wichtiger Bestandteile der Leistungsschalter in Abhängig­ keit von der Häufigkeit ihrer Betätigung und von der Dauer von Stillstandszeiten beobachtet. Wird ein gas­ förmiges Isoliermittel eingesetzt, so wird geprüft, bis zu welcher Temperatur das Gas gasförmig und damit der Leistungsschalter betriebsfähig bleibt.

Während die vorstehend erläuterten Prüfverfahren dazu dienen, die grundsätzliche Eignung eines Leistungsschalters für alle vorkommenden Einsatzzwecke nachzuweisen, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, aufgrund einer einfachen, nach der Fertigstellung eines Schalt­ gerätes durchzuführenden Prüfung eine Aussage darüber zu treffen, ob das Schaltgerät für einen be­ stimmten vorgesehenen Einsatzzweck geeignet ist.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach dem Patentanspruch 1 gelöst.

Untersucht man eine gewisse Anzahl von Schaltgeräten nach diesem Verfahren, so ist die Wahrscheinlichkeit groß, daß die auch bei sorgfältiger Fertigung unvermeidlichen Streuungen bestimmter Eigenschaften erfaßt werden, z. B. Schwankungen des Energieinhaltes von Federspeichern, Schwankungen der Zähigkeit von Schmiermitteln, Unter­ schiede in der Reibung von Lagern und ähnliche Erscheinungen in Abhängigkeit von der unterschiedlichen Intensität eines Umgebungseinflusses. Alle diese Eigenflüsse wirken sich auf die Arbeitsgeschwindigkeit der Antriebsvor­ richtung des Schaltgerätes aus. Als Kriterium für die Bewertung kann dabei z. B. die Geschwindigkeit gegen Ende der Einschaltbewegung dienen. Ist die Geschwindigkeit dabei nicht ausreichend hoch, so fällt eine zur Aufrecht­ erhaltung des Einschaltzustandes erforderliche Verklinkung nicht ein und das Schaltgerät kehrt ganz oder teilweise in den Ausschaltzustand zurück.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist es nicht er­ forderlich, die Geschwindigkeit des bewegten Teiles der Antriebsvorrichtung in einer Vielzahl von Zeitpunkten zu bestimmen. Es erweist sich vielmehr als ausreichend, daß bei jeder der Messungen die während eines Schaltvor­ ganges bei wenigstens zwei aufeinanderfolgenden Zeit­ punkten während der Bewegung des Teiles gemessenen Ge­ schwindigkeiten in Beziehung zueinander gesetzt werden. Trotz der Beschränkung der Messungen auf zwei Zeitpunkte ist ein hohes Maß von Gewißheit über das Verhalten der Antriebsvorrichtung nach einer Weiterbildung der Er­ findung dadurch zu erreichen, daß der erste der Zeitpunkte der Zeitpunkt ist, in dem sich im Verlauf der Schaltbe­ wegung die Schaltkontakte der Schaltkammer erstmals be­ rühren, und der zweite der Zeitpunkte der Zeitpunkt ist, in dem eine die Einschaltstellung sichernde Verklinkung wirksam wird. Auf diese Weise wird eine Aussage darüber gewonnen, ob gegen Ende des Einschaltvorganges noch eine ausreichende Restenergie zur Verfügung steht, um die Antriebsvorrichtung bei ordnungsgemäß geschlossenen Schaltkontakten des Schaltgerätes zu verklinken.

Das beschriebene Verfahren kann in der Weise eingesetzt werden, daß die mit unterschiedlichen Werten der Inten­ sität des Umgebungseinflusses ermittelten Meßwerte Refe­ renzwerte darstellen, mit denen die Meßwerte eines Schaltgerätes aus laufender Fertigung, die bei einem normalen Wert des ausgewählten Umgebungseinflusses er­ mittelt werden, zur Gewinnung des zulässigen Einsatzbe­ reiches dieses Schaltgerätes verglichen werden. Dies bedeutet, daß eine verhältnismäßig einfach und mit ge­ ringem Zeitaufwand durchzuführende Prüfung ausreicht, um festzustellen, ob das gerade untersuchte Schaltgerät beispielsweise für den Einsatz in einem bestimmten Bereich der Umgebungstemperatur geeignet ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt schematisch einen Vakuum-Leistungsschalter als Beispiel für zu untersuchende Schaltgeräte.

In der Fig. 2 ist eine Blockdarstellung gezeigt, um die Vor­ gehensweise bei der Gewinnung von Meßwerten für die Eigen­ schaften von Schaltgeräten zu gewinnen.

Die Fig. 3 veranschaulicht, gleichfalls als Blockdar­ stellung, die Vorgehensweise bei der Prüfung eines aus laufender Fertigung entnommenen Schaltgerätes.

In der Fig. 4 ist die Abhängigkeit der Energie der Antriebs­ vorrichtung eines Schaltgerätes in Abhängigkeit von einem be­ stimmten Einfluß der Umgebung als Diagramm dargestellt.

Die Fig. 5 ist gleichfalls ein Diagramm, in dem der Drehwinkel einer Schaltwelle in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt ist.

In der Fig. 1 ist als Beispiel für eine zu untersuchende Bauart von Schaltgeräten ein Vakuum-Leistungsschalter ge­ zeigt, wie er im Spannungsbereich von etwa 6 bis 36 kV und für Nennausschaltströme bis etwa 50 000 A eingesetzt wird. Als Hauptbestandteile eines solchen Leistungsschalters sind der Fig. 1 eine Vakuumschaltröhre 1 mit einem feststehenden Anschlußbolzen 2, einem bewegbaren Anschlußbolzen 3 sowie mit den Anschlußbolzen 2 und 3 in Verbindung stehende An­ schlußschienen 4 und eine als Ganzes mit 5 bezeichnete Antriebsvorrichtung zu entnehmen. Die Antriebsvorrichtung 5 enthält eine Einschaltfeder 6 und eine Schalterwelle 7, welche die Energie der Einschaltfeder 6 aufnimmt und zu einer oder mehreren Vakuumschaltröhren 1 weiterleitet. In der Fig. 1 gezeigt ist die Ausschaltstellung des Leistungs­ schalters, in der die Schalterwelle 7 durch eine Einschalt­ klinke 10 gesperrt ist. Wird die Einschaltklinke 10 gelöst, so wird die dann einsetzende Drehbewegung über ein Hebelge­ triebe 12 auf den bewegbaren Anschlußbolzen 3 der Vakuum­ schaltröhre 1 im Sinne des Einschaltens übertragen. In das bezeichnete Hebelgetriebe 12 ist eine Kontaktkraftfeder 13 eingefügt, die im Verlauf der Einschaltbewegung gespannt wird, um zwischen den Schaltkontakten der Vakuumschaltröhre 1 eine vorgegebene Kontaktkraft aufrechtzuerhalten.

Durch Pfeile E1, E2, E3 und En sind in der Fig. 1 beliebige Einflüsse der Umgebung angedeutet, die auf den Leistungs­ schalter einwirken und dessen Arbeitsweise beeinflussen können. Solche Einflüsse können dazu führen, daß eine in der Fig. 1 angedeutete, mit der Schalterwelle 7 zusammenwirkende Ausschaltklinke 11 nicht wirksam werden kann, so daß die Ein­ schaltstellung des Leistungsschalters nicht vollständig er­ reicht wird.

Zur Durchführung des im folgenden näher zu erläuternden Ver­ fahrens ist der Leistungsschalter gemäß der Fig. 1 mit einer Meßeinrichtung 14 versehen, welche die Geschwindigkeit der Schalterwelle 7 zu erfassen gestattet. Beispielsweise kann die Meßeinrichtung 14 einen induktiven Weggeber umfassen, wie er in Versuchsfeldern der Elektrotechnik gebräuchlich ist.

Die Fig. 2 veranschaulicht, daß eine Anzahl von Leistungs­ schaltern mit den Symbolen S1, S2, S3, S4 und Sn zur Ver­ fügung steht. Durch die Kennzeichnung Sn wird zum Ausdruck gebracht, daß die Anzahl zu untersuchender Leistungsschalter beliebig, jedoch zur Gewinnung ausreichend sicherer Ergeb­ nisse nicht zu klein sein darf. Diese Anzahl von Leistungs­ schaltern wird Umgebungseinflüssen ausgesetzt, die jeweils in unterschiedlicher Intensität zur Einwirkung gebracht werden. In der Fig. 2 ist angenommen, daß ein bestimmter Umgebungseinfluß E1, bei dem es sich zum Beispiel um den Luftdruck oder die Temperatur handeln kann, in unterschied­ licher Intensitäten I1, I2, I3, I4 und In zur Einwirkung gebracht wird, wobei durch die Kennzeichnung In angedeutet wird, daß das insgesamt mögliche Spektrum von Intensitäten mit einer gewünschten oder erforderlichen Feinheit bereitgestellt wird. Die Leistungsschalter S1 bis Sn werden nun mittels ihnen zugeordneter Meßeinrichtungen entsprechend der Meßeinrichtung 14 in der Fig. 1 untersucht, wobei als Versuchsergebnis Meß­ werte für die Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Zeit, der Art des Umgebungseinflusses und der Intensität dieses Umgebungseinflusses gewonnen werden. Aus diesen Meßwerten für die Geschwindigkeit, die in der Fig. 2 mit der verein­ fachten Kennzeichnung v(t, E, I) versehen sind, lassen sich durch Berechnung oder vergleichende Zuordnung Werte für die Schaltenergie P gewinnen, und zwar entsprechend der verein­ fachten Kennzeichnung P(E, I) im rechten Block der Fig. 2, in Abhängigkeit von der Art des Umgebungseinflusses und seiner Intensität.

Nachdem eine ausreichende Anzahl von Meßwerten für die Ge­ schwindigkeit zu verschiedenen Zeitpunkten und eine ent­ sprechende Anzahl von Meßwerten für die Energie des Antriebes zu verschiedenen Zeitpunkten und gleichfalls in Abhängigkeit von der Art des Umgebungseinflusses und seiner Intensität vor­ liegen, beschränkt sich die Untersuchung eines aus der laufenden Fertigung kommenden Leistungsschalters auf einen einfach durchzuführenden Meß- und Bewertungsvorgang. Hierzu zeigt die Fig. 3 einen der Fig. 1 entsprechenden Leistungs­ schalter Sp mit einer Meßeinrichtung 14, die speziell zur Er­ fassung der Drehgeschwindigkeit der Schalterwelle 7 zu einem Zeitpunkt t1 und zu einem weiteren Zeitpunkt t2 eingerichtet ist. Dabei entspricht der Zeitpunkt t1 dem Augenblick der Berührung der Schaltkontakte der Vakuumschaltröhre 1 im Ver­ lauf des Einschaltvorganges und der Zeitpunkt t2 dem Einfallen der Ausschaltklinke 11. Durch Vergleich mit den zuvor gewon­ nen Meßwerten ist unmittelbar zu ermitteln, bis zu welcher Stärke eines betrachteten Umgebungseinflusses der Leistungs­ schalter Sp einsetzbar ist. Als Beispiel für eine Bewertung zeigt die Fig. 3, daß der Leistungsschalter Sp bis zur Intensität I4 des Umgebungseinflusses E1betriebssicher ist.

Die Fig. 4 veranschaulicht die Energiebilanz eines Leistungs­ schalters der vorstehend betrachteten Art in Abhängigkeit von der Temperatur als Beispiel für einen der auftretenden Um­ gebungseinflüsse. In dem Diagramm ist die Schaltenergie über den Temperatur aufgetragen, und zwar derart, daß niedrige Temperaturen mit der Kennzeichnung "- -" und höhere Tempera­ turen mit "+ +" gekennzeichnet sind. "-", "0" und "+" sind Zwischenwerte. Im oberen Teil des Diagramms ist eine Gerade als Grenzlinie für den verfügbaren Energievorrat eingezeichnet. Ferner ist im unteren Teil des Diagramms gleichfalls als Gerade die minimal erforderliche Schaltenergie gezeigt. Durch eine von links nach rechts abfallende Kurve ist die Abhängig­ keit der inneren Reibung des betrachteten Leistungsschalters von der Temperatur veranschaulicht. Durch einen Pfeil mit der Bezeichnung PR zwischen der Kurve und einer zur Temperatur­ achse parallelen Bezugsgeraden ist die in Abhängigkeit von der Temperatur unterschiedliche Restenergie im Antrieb des Leistungsschalters veranschaulicht. Die Grenze für den Ein­ satzbereich des Leistungsschalters ist offensichtlich in dem Punkt erreicht, wo die Restenergie den Wert "0" annimmt.

In der Fig. 5 ist der Drehwinkel der Schalterwelle 7 eines Leistungsschalters gemäß der Fig. 1 in Abhängigkeit von der Zeit aufgetragen. Die in der Fig. 5 gezeigte Kurve über­ schreitet in dem Zeitpunkt t2 eine zur Zeitachse parallele Bezugslinie und nähert sich dieser Bezugslinie nach einer oder mehreren Überschwingungen an. Das Überschreiten der Bezugslinie kennzeichnet hierbei den Zeitpunkt des Einfallens der Ausschaltklinke 11 in der Fig. 1. Wäre keine ausreichen­ de Restenergie in diesem Zeitpunkt vorhanden, so würde die Verklinkung nicht wirksam und der Leistungsschalter würde seine Einschaltstellung nicht sicher erreichen. Als weiterer charakteristischer Zeitpunkt ist in der Fig. 5 der Zeitpunkt t1 eingetragen, der den Zeitpunkt der Berührung der Schalt­ kontakte der Vakuumschaltröhre 1 beim Einschalten kennzeich­ net. Durch Erfassung nur dieser beiden Zeitpunkte t1 und t2 sind für einen bestimmten Typ eines Leistungsschalters geltende Reibungsmaßzahlen nach dem Verfahren gemäß der Fig. 2 zu gewinnen, die bei der Prüfung eines der Fertigung entnommenen Leistungsschalters gemäß der Fig. 3 zum Ver­ gleich zur Verfügung stehen. Damit ist auf leicht durchführ­ bare Weise der zulässige Einsatzbereich eines Leistungs­ schalters festzustellen.

Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf Vakuum-Leistungs­ schalter beschränkt, sondern ist ohne prinzipielle Änderung auch bei Schaltgeräten mit Schaltkammern anderer Art möglich, z. B. mit Schwefelhexafluorid oder einem anderen Löschgas. Gleichfalls eignet sich das beschriebene Verfahren zur Unter­ suchung von Leistungsschaltern mit Antriebsvorrichtungen, die anstelle von Federn andere Energiespeicher enthalten, z. B. Speicher auf hydraulischer oder pneumatischer Basis.

Claims (4)

1. l. Verfahren zur Überprüfung der mechanischen Funktion eines Umgebungseinflüssen ausgesetzten elektrischen Schaltgerätes, das eine Antriebsvorrichtung (5) zur Über­ tragung einer Schaltbewegung auf wenigstens eine Schalt­ kammer (1) mit Schaltkontakten aufweist, mit wenigstens einem Energiespeicher (6) zur Bereitstellung der Energie für eine Schaltbewegung zum Einschalten und mit einer von dem Energiespeicher (6) beim Einschalten zu spannenden Kontaktkraftfeder (13), bei dem

   • - ein an der gesamten Antriebsbewegung beteiligtes Teil (7) der Antriebsvorrichtung (5) mit einem Meßgeber zur Bestimmung der Geschwindigkeit des Teiles (7) versehen wird,
   • - dem Schaltgerät ein ausgewählter Umgebungseinfluß (E1, E2, E3 . .. En) mit einer bestimmten Intensität (I1, I2, 13, In) aufgeprägt wird,
   • - die Geschwindigkeit des Teiles (7) in Abhängigkeit von der Zeit gemessen wird, und
   • - die Messung bei unterschiedlichen Werten der Intensität (I1, I2, I3 . . . In) des Umgebungseinflusses (E1, E2, E3 . . . En) wiederholt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß bei jeder der Messungen die während eines Schaltvorganges bei wenigstens zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten (t1, t2) während der Bewegung des Teiles (7) gemessenen Geschwindig­ keiten (v(t1), v(t2)) in Beziehung zueinander gesetzt werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der erste der Zeit­ punkte der Zeitpunkt (t1) ist, in dem sich im Verlauf der Schaltbewegung die Schaltkontakte der Schaltkammer (1) erstmals berühren und der zweite der Zeitpunkte der Zeitpunkt (t2) ist, in dem eine die Einschaltstellung sichernde Verklinkung (11) wirksam wird.
4. 4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die mit unterschiedlichen Werten der Intensität des Um­ gebungseinflusses ermittelten Meßwerte Referenzwerte dar­ stellen, mit denen die Meßwerte eines Schaltgeräte aus laufender Fertigung, die bei einem normalen Wert des aus­ gewählten Umgebungseinflusses ermittelt werden, zur Ge­ winnung des zulässigen Einsatzbereiches dieses Schalt­ gerätes verglichen werden.