DE4407870A1 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Beurteilung der Funktionssicherheit von Schaltkammern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsan­ ordnung nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 9.

Die Beurteilung der Funktionssicherheit von Schaltkammern, insbesondere unter Vakuum oder Löschgas ist von Bedeutung für die Qualitätskontrolle von Schaltkammern beim Produzen­ ten, zur Prüfung der Aufrechterhaltung der Funktionssicher­ heit nach Lagerung, Transport, Alterung und Wechsel der Um­ gebungsbedingungen sowie zur Kontrolle der Betriebssicher­ heit nach Ablauf der für den Einsatz vorgegebenen maximalen Betriebszeit oder maximalen Schaltvorgänge sowie nach Havarien oder nach Überschreiten von Betriebsparametern, die Einfluß auf die Funktionssicherheit haben.

Aus der DD-PS 2 27 805 ist ein Verfahren und eine Anordnung zur Beurteilung der Funktionsfähigkeit von unter Vakuum bzw. Löschgas arbeitenden Schaltkammern bekannt. Bei diesem Verfahren wird der lastfreien Schaltkammer während des mechanischen Öffnens oder Schließens eine für eine Entla­ dung ausreichende Leistung über einen begrenzten Zeitraum zugeführt. Der zeitliche Verlauf der Entladung zwischen den Schaltstücken der Schaltkammer wird gemessen. Dieser gemes­ sene zeitliche Verlauf der Entladung wird zur Beurteilung der Funktionsfähigkeit der Schaltkammer in Vergleich zu einem idealen Abschaltvorgang einer Schaltkammer gesetzt.

In der zugehörigen Schaltungsanordnung ist die Schaltkammer in Reihe mit einer als Energiespeicher ausgebildeten Induk­ tivität und einem nachfolgenden Meßwiderstand geschaltet. Über dieser Reihenschaltung ist eine Niederspannungsgleich­ stromquelle angeordnet und parallel zum Meßwiderstand ist eine Meß- und Auswerteeinheit mit nachfolgender Registrier­ einheit vorgesehen.

Bei diesem Verfahren und mit dieser Schaltungsanordnung wird ein Schaltvorgang kurzzeitig so nachgebildet, daß seine Wirkungen denjenigen bei einem Schaltvorgang unter normalen Betriebsbedingungen vergleichbar sind. Dabei sind die Bedingungen der Nachbildung so gewählt, daß alle Ein­ flüsse des Nachbildungsvorganges zeitlich und energetisch so begrenzt sind, daß nachteilige Folgen auf den Schalter, die nachgeschalteten Einrichtungen und die Meßanordnung nicht eintreten können.

Die Beurteilung der Funktionssicherheit von Schaltern nach diesem Verfahren erfordert einen gewissen Aufwand und weist bezüglich der Meßaussagen gewisse Unsicherheiten auf.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Beur­ teilung der Funktionssicherheit von Schaltkontakten unter Vakuum oder Löschgas nach dem vorgenannten Verfahren zu vereinfachen und bezüglich der Meßaussagen sicherer zu machen.

Erfindungsgemäß wird das durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 9 erreicht.

Bei einem Verfahren zur Beurteilung der Funktionssicher­ heit von Schaltkammern unter Vakuum bzw. Löschgas bei dem der lastfreien Schaltkammer während des mechanischen Öff­ nens oder Schließens eine für den Meßzweck ausreichende Leistung über eine begrenzte Zeit zugeführt und der zeitli­ che Verlauf der Entladung zwischen den Schaltstücken erfaßt wird, werden erfindungsgemäß aus dem gemessenen zeitlichen Verlauf der Entladung mindestens zwei charakteristische Grö­ ßen ermittelt, die mit vorgegebenen Werten dieser Größen verglichen werden. Die daraus abgeleiteten Größen werden für die Beurteilung der Funktionssicherheit der Schaltkam­ mer herangezogen.

Durch die Verwendung mehrerer selbständiger charakteristi­ scher Größen wird die Aussagekraft zur Funktionssicherheit der Schaltkammern erhöht.

Zur Quantifizierung der Aussagemöglichkeiten ist es zweckmä­ ßig, die charakteristischen Größen zu einer für die Beurtei­ lung der Funktionssicherheit signifikanten Qualitätskenngrö­ ße zu verkoppeln.

Als charakteristische Größen können z. B. die maximale Amplitude und die Dauer der Entladung verwendet werden.

Die Verkopplung der Größen kann durch Addition, Multiplika­ tion oder Quotientenbildung herbeigeführt werden. Vor der Verkopplung können die Meßwerte noch einer mathematischen Be­ arbeitung unterzogen werden.

Die Qualitätskenngröße kann in Wertebereiche gegliedert sein, z. B. in "gut", "schlecht" und "Übergangszustand". Für die Beurteilung der Funktionssicherheit "gut" oder "schlecht" dient dann die Übereinstimmung der aus den Meßwerten ermittelten Kenngrößen mit vorgegebenen Kennwer­ ten für "gut" oder "schlecht". Bei Nichtübereinstimmung wird die Funktionssicherheit als im Übergangszustand bzw. im Schlechtzustand befindlich eingestuft.

Die Kenngrößen können aus Einzelmessungen oder als gemittel­ te Größen aus einer Zahl von Einzelmessungen erfaßt werden.

Die Streuung der charakteristischen Kenngrößen kann als zu­ sätzliches Kriterium für die Beurteilung der Funktionssi­ cherheit von Schaltkammern benutzt werden. Hierzu ist erforderlich, die Kenngrößen für den zu prüfenden Schalter mehrfach zu ermitteln.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch zur Bestimmung der Eigenzeit von Schaltern genutzt werden. Hierzu wird der Zeitpunkt für den Beginn der Bewegung der Schaltkontakte ermittelt und aus diesem Meßwert und dem Wert für den Aus­ lösezeitpunkt der Abschaltung wird durch Differenzbildung die Eigenzeit des Schalters ermittelt.

Zur Durchführung des Verfahrens ist eine Schaltungsanord­ nung vorgesehen, bei der die Schaltkammer in Reihe mit einer als Energiespeicher benutzten Induktivität geschaltet ist, bei der über dieser Reihenschaltung eine Niederspan­ nungsgleichstromquelle angeordnet ist, und bei der erfin­ dungsgemäß eine Meß- und Auswerteeinheit an eine der Induk­ tivität zugeordneten Koppelspule angeschlossen ist.

Mit den erfindungsgemäß erhaltenen Qualitätskenngrößen können für unterschiedliche Schaltertypen Grenzwertbereiche für die Einordnung in die drei Bewertungsbereiche definiert werden. Die quantifizierten Qualitätskenngrößen lassen Aussagen zum zeitlichen Verlauf innerhalb der oben beschrie­ benen Bereiche, d. h. zur Veränderung der Funktionssicher­ heit mit der Zeit zu.

Die Erfindung soll in einem Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungen erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild,

Fig. 2 den Verlauf einer Abschaltfunktion,

Fig. 3 ein Blockschaltbild zur Bestimmung der Eigenzeit von Schaltern.

In einem Niederspannungs-Stromkreis befindet sich eine Spannungsquelle 1, z. B. ein Akkumulator, ein Schalter 2, z. B. ein Vakuumschalter, eine Induktivität 3 und ein Widerstand 5 in Reihenschaltung. Die Induktivität trägt eine Koppelspule 4 die an eine Einrichtung 5 zur Meßwerter­ fassung und Speicherung angeschlossen ist. Die Meßwerte werden einer Recheneinheit 7 zur Bestimmung einer maximalen Amplitude eines Entladevorganges und dessen Zeitdauer zugeführt. Diese beiden Größen werden miteinander verkop­ pelt, z. B. wird der Quotient Amplitude zu Zeitdauer gebil­ det und über ein Display 8 ausgegeben.

Die Fig. 2 stellt einen realen mit der beschriebenen Schal­ tung zu erfassenden Kurvenverlauf dar. Es ist ausgewiesen, wie die charakteristischen Größen maximale Amplitude und Zeitdauer des Entladevorganges definiert sind.

Die Fig. 3 stellt eine Variante zur Bestimmung der Eigen­ zeit von Schaltern unter Nutzung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Messung der Funktionsfähigkeit einer Schalt­ kammer dar. Eine Einheit 9 liefert die Steuerenergie zur Betätigung des Schalters 2 und enthält eine bekannte Ein­ richtung zur Erfassung des Auslösezeitpunktes der Abschal­ tung. Dieser Zeitpunkt wird über eine Steuerleitung 10 in die Recheneinheit übertragen, in welcher der Zeitpunkt für den Beginn der Kontaktbewegung des Schalters 2 aus der Funktionsfähigkeitsmessung vorliegt. Die Differenz aus diesen beiden Zeiten ist die gesuchte Eigenzeit, die über das Display 8 ausgegeben wird.

Die in der nachfolgenden Tabelle aufgeführten Werte sind für die unterschiedlichen Ausführungen und Leitungsdaten der Schalter zu ermitteln. Die dort aufgeführten Werte weisen nur eine beispielhafte Bedeutung auf.

Die für U, T und Q erhaltenen Werte sind den Matrixelemen­ ten X_ik (i,k = 1, 2, 3) zuzuordnen. Entsprechend dieser Zuordnung können auftreten für
"Gut"-Funktion: X_i1 (i = 1, 2, 3)
"Übergangs"-Funktion: X_i2 (i = 1, 2, 3)
"Schlecht"-Funktion: X_i3 (i = 1, 2, 3)
Ergibt sich für den k-Index mindestens einmal der Wert 2, ist der Schalter im "Übergangs"-Zustand einzuordnen. Ergibt sich mindestens einmal der Wert 3 ist er im "Schlecht"-Zu­ stand einzuordnen.

Durch die Lage der für einen Schalter gefundenen Werte innerhalb der Bewertungsintervalle der Matrix ist es möglich, den realen Sicherheitsstatus für einen Schalter, d. h. Erwartungswerte für den Wechsel von "Gut"- zu "Über­ gangs"- bzw. von "Übergangs"- zu " Schlecht"-Funktionen zu erkennen und zu relativieren.

Ergibt sich für einen einzelnen Meßwert X_i1 (i = 1, 2, 3) einer Meßreihe mit dem Mittelwert X_ik (i, k = 1, 2, 3) eine Standardabweichung σ_ik (i, k = 1, 2, 3) mit der X_i1 + σ_i1 das Intervall für X_i2 erreicht, so ist der Schalter im "Übergangs"- Bereich und bei X_i1 + σ_i1 im Intervall für X_i3 im "Schlecht"-Bereich einzuordnen.

Entsprechendes gilt für X_i2 + σ_i2 in X_i3 bei der Einord­ nung eines Schalters aus dem "Übergangs"- in den "Schlecht"-Bereich.

Claims (9)

1. Verfahren zur Beurteilung der Funktionssicherheit von Schaltkammern unter Vakuum bzw. Löschgas bei dem der last­ freien Schaltkammer während des mechanischen Öffnens oder Schließens eine für den Meßzweck ausreichende Leistung über eine begrenzte Zeit zugeführt und der zeitliche Verlauf der Entladung zwischen den Schaltstücken erfaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem gemessenen zeitlichen Verlauf der Entladung min­ destens zwei charakteristische Größen ermittelt werden, die mit vorgegebenen Werten dieser Größen verglichen werden, und daß die daraus abgeleiteten Größen für die Beurteilung der Funktionssicherheit der Schaltkammer herangezogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die charakteristischen Größen zu einer für die Beurteilung der Funktionssicherheit zusätzlichen Qualitätskenngröße verkoppelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß als charakteristische Größen die maximale Amplitu­ de und die Dauer der Entladung verwendet werden.

4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkopplung der Größen durch Addition, Multiplikation oder Quotientenbil­ dung herbeigeführt wird.

5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Beurteilung der Funktionssicherheit "gut" oder "schlecht" die Überein­ stimmung der aus den Meßwerten ermittelten Kenngrößen mit vorgegebenen Kennwerten für "gut" oder "schlecht" dient und daß bei Nichtübereinstimmung die Funktionssicherheit als im Übergangszustand befindlich eingestuft wird.

6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kenngrößen aus Einzelmessungen oder als gemittelte Größen aus einer Zahl von Einzelmessungen erfaßt werden.

7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Streuung der charakteristischen Kenngrößen als zusätzliche Kriterien für die Beurteilung der Funktionssicherheit von Schaltkammern und insbesondere für Einstufung der Schaltkammern als im Übergangsbereich befindlich benutzt werden.

8. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt für den Beginn der Bewegung der Schaltkontakte ermittelt wird und daß aus diesem Meßwert und dem Wert für den Auslösezeitpunkt der Abschaltung durch Differenzbildung die Eigenzeit des Schalters ermittelt wird.

9. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaltkammer in Reihe mit einer als Energiespeicher benutz­ ten Induktivität geschaltet ist und wobei über dieser Rei­ henschaltung eine Niederspannungsgleichstromquelle angeord­ net ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meß- und Auswerte­ einheit (6) an eine der Induktivität (3) zugeordneten Koppelspule (4) angeschlossen ist.