DE4427006A1

DE4427006A1 - Method for determining the remaining service life of contacts in switchgear and associated arrangement

Info

Publication number: DE4427006A1
Application number: DE4427006A
Authority: DE
Inventors: Fritz Dipl Phys Pohl; Norbert Elsner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1994-07-29
Filing date: 1994-07-29
Publication date: 1996-02-01
Also published as: DE59508081D1; EP0694937B1; EP0694937A2; EP0694937A3; ES2145185T3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung der Restlebensdauer von Kontakten in Schaltgeräten, insbeson dere von Schützkontakten, bei denen die Kontaktstücke mit dem Schalten einem Abbrand unterliegen, wobei ein Ersatzkriterium für den Abbrand erfaßt und ausgewertet wird.The invention relates to a method for determination the remaining life of contacts in switchgear, in particular those of contactor contacts, in which the contact pieces with the Switch subject to a burn, being a replacement criterion is recorded and evaluated for the erosion.

In Schaltgeräten tritt bei jedem Schalten ein Abbrand an den Kontaktstücken auf. Dieser Abbrand führt je nach Beanspru chung durch den Strom bzw. die Spannung letztlich zum Ver sagen des Schaltgerätes, so daß dadurch dessen Lebensdauer begrenzt wird. Unter bestimmten Betriebsbedingungen werden derzeit nach einer routinemäßig bestimmten Schaltzahl die Kontaktstücke oder auch das gesamte Schaltgerät ausgetauscht, unabhängig davon, ob an den Kontaktstücken tatsächlich ein weitgehender Abbrand aufgetreten ist oder nicht.In switchgear, there is a burn-up with every switching Contacts. This erosion leads depending on the demands chation by the current or the voltage ultimately for comparison say the switching device, so that its lifespan is limited. Under certain operating conditions currently after a routinely determined number of operations Contacts or the entire switching device replaced, regardless of whether the contact pieces actually a extensive burning has occurred or not.

Häufig wird gefordert, das Funktionieren der vorhandenen elektrischen Schaltgeräte unmittelbar zu überwachen, um einen sicheren Betrieb elektrischer Verteilungen und/oder Einrich tungen zu gewährleisten. Dies gilt insbesondere für häufig betätigte Schaltgeräte wie den Schützen, da speziell dort im Schaltbetrieb ein fortschreitender Verschleiß der Schaltkon takte vorliegt. Hier ist es bekannt, daß nach einer bestimm ten Anzahl von Schaltspielen, die - wie oben erwähnt - abhän gig von der elektrischen Belastung ist, das Lebensdauerende der Kontaktstücke unterstellt wird.It is often required that the existing ones work to directly monitor electrical switching devices to a safe operation of electrical distributors and / or equipment guarantee. This is especially true for frequent actuated switching devices such as the contactors, because there especially in the Switching operation a progressive wear of the Schaltkon is available. Here it is known that after a certain th number of switching cycles, which - as mentioned above - depend gig of the electrical load is the end of life the contact pieces is assumed.

Für eine automatisierte Überwachung der elektrischen Einrich tungen wäre es allerdings wünschenswert, die Restlebensdauer der Kontakte, insbesondere von Kontaktstücken für Schütze, auch während des Betriebes des Schützes unmittelbar zu erfas sen und die Meßdaten einer Überwachungs- und Meldeeinrichtung zuzuführen.For automated monitoring of the electrical equipment However, it would be desirable to determine the remaining service life the contacts, in particular contact pieces for contactors, can also be detected directly during the operation of the contactor sen and the measurement data of a monitoring and reporting device feed.

Vom Stand der Technik sind bereits Vorschläge bekannt, bei denen mehr oder weniger die Restlebensdauer von Schützen aus der Betriebsdauer und/oder aus der Zahl der Schaltspiele ab geleitet wird. Dabei ist die elektrische Lebensdauer durch Erfahrungswerte definiert und vom Gerätetyp, der elektrischen Belastung und z. B. vom Kontaktwerkstoff abhängig. Bei Ände rung einer oder mehreren Einflußgrößen muß daher ein neuer Erfahrungswert für die elektrische Lebensdauer des Schalt gerätes bestimmt werden.Proposals are already known from the prior art at which more or less determine the remaining lifespan of shooters the operating time and / or the number of switching cycles is directed. The electrical life is through Empirical values defined and by the device type, the electrical Load and z. B. depending on the contact material. When changes One or more influencing variables must therefore be replaced by a new one Experience based on the electrical life of the switch be determined.

Im allgemeinen werden für die Bestimmung der Restlebensdauer von Kontaktstücken Ersatzkriterien für den Abbrand ausgewählt und ausgewertet. Beispielsweise ist aus der DE-AS 23 05 149 ein Schaltgerät bekannt, bei dem die durch den Kontaktabbrand verursachte Längenänderung des Schalthubes erfaßt wird. Um auf diesem Wege eine sichere Anzeige des Kontaktabbrandes zu erreichen, ist jedoch eine relativ aufwendige mechanische Konstruktion erforderlich. Weiterhin ist aus der DE-OS 37 14 802 ein elektrischer Schalter bekannt, bei dem wenig stens einem der Kontaktstücke ein Lichtleiter zugeordnet ist, dessen Transmissionseigenschaften von außen mittels geeigne ter optischer Hilfseinrichtungen gemessen werden können. Durch entsprechende Anordnung des Lichtleiters führt ein un zulässig fortgeschrittener Kontaktabbrand zur Zerstörung des Lichtleiters und damit zur Änderung der optischen Transmis sionseigenschaften. Schließlich wurde mit der älteren deut schen Patentanmeldung P 43 07 177.6 ein Schaltgerät vorge schlagen, bei dem der Kontaktträger geteilt ist und die Kon taktstücke rückseitig geschlitzt auf dem geteilten Kontakt träger aufgebracht sind. Bei diesem Schaltgerät wird das Schwingungsverhalten des Kontaktträgers als Ersatzkriterium und damit als Maß für den Abbrand der Kontaktstücke verwen det.Generally used for determining the remaining life Replacement criteria selected for the erosion of contact pieces and evaluated. For example, DE-AS 23 05 149 a switching device is known in which by the contact erosion caused change in length of the switching stroke is detected. Around In this way, a reliable display of the contact erosion achieve, however, is a relatively complex mechanical Construction required. Furthermore, from DE-OS 37 14 802 an electrical switch known in which little at least one of the contact pieces is assigned a light guide, its transmission properties from the outside by means of suitable ter optical auxiliary devices can be measured. By appropriate arrangement of the light guide leads a un permissible advanced contact erosion to destroy the Optical fiber and thus to change the optical transmis sion properties. Eventually it became clear with the older one rule patent application P 43 07 177.6 a switching device beat, in which the contact carrier is divided and the Kon slits on the back of the split contact carriers are applied. With this switchgear it will Vibration behavior of the contact carrier as a replacement criterion and thus use as a measure of the erosion of the contact pieces det.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein vereinfachtes Verfahren und eine zugehörige Anordnung anzugeben, mit denen eine sichere Bestimmung der Restlebensdauer ermittelbar ist.In contrast, the object of the invention is a simplified one Specify methods and an associated arrangement with which a reliable determination of the remaining service life can be determined.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art als Ersatzkriterium der sogenannte Kontaktdurchdruck der Schaltbrücke gewählt wird und daß zur Bestimmung jeweils des Abbrandes der Kontakt stücke die Durchdruckänderung während des Ausschaltvorganges bestimmt und als Restlebensdauer umgerechnet wird. Vorzugs weise erfolgt die Ermittlung der Durchdruckänderung aus der Zeitmessung des Ankerweges vom Beginn der Ankeröffnungsbe wegung bis zum Beginn der Kontaktöffnung. Dabei erfolgt die Umrechnung entsprechend der BeziehungThe object is achieved in that at one Process of the type mentioned as a replacement criterion for so-called contact pressure of the switching bridge is selected and that to determine the erosion of the contact pieces the change in pressure during the switch-off process is determined and converted as the remaining service life. Preferential the change in pressure is determined from the Time measurement of the anchor path from the beginning of the anchor opening movement until the start of the contact opening. The Conversion according to the relationship

(1) Rld[%] = 100* [((t_i-t₀)/(t_i,neu-t₀))²-c]/(1-c),(1) Rld [%] = 100 * [((t _i -t₀) / (t _{i, new} -t₀)) ²-c] / (1-c),

wobei t₀ die Zeit der Ankerbewegung und t_i die Zeit des Öff nungsbeginns der Hauptkontakte sowie c eine konstruktiv be stimmte Konstante bedeuten.where t₀ is the time of the armature movement and t _{i is} the time of the opening of the main contacts and c is a constructively determined constant.

Im Rahmen der Erfindung kann die Bestimmung der Restlebens dauer gemäß der angegebenen Gleichung softwaremäßig erfolgen. In gleicher Weise können aus entsprechend abgeleiteten Glei chungen die Restbetriebsdauer und/oder die Restschaltzahl des Schaltgerätes berechnet werden. Dafür ist vorteilhafterweise eine Anordnung durch eine Prozessoreinheit mit Speichern und einem Controller und einem zugehörigen Display gekennzeich net. Gegebenenfalls können am Schaltgerät selbst entspre chende Anzeigemittel vorhanden sein.In the context of the invention, the determination of the remaining life duration in software according to the given equation. In the same way can be derived from correspondingly derived gli the remaining operating time and / or the remaining number of operations Switchgear can be calculated. This is advantageous an arrangement by a processor unit with memory and a controller and an associated display net. If necessary, correspond to the switching device itself appropriate display means.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird in vorteilhafter Weise ausgenutzt, daß die Änderung des Kontaktdurchdruckes im Prin zip auf der Messung von Zeitdifferenzen vom Ausschalten des Magnetsystems, d. h. genau vom Beginn der Ankeröffnung, bis zum Öffnen der Brückenkontakte beruht, was in einfacher Weise erfolgen kann. Die dabei anfallenden Meßgrößen können also genutzt werden, auch den Schaltzustand des Schützes eindeutig anzuzeigen. Im einzelnen läßt sich der Einschaltzustand durch die Berührung der Polflächen von Anker und Joch eindeutig kennzeichnen. Diese Berührung kann als elektrischer Kontakt zwischen Anker und Joch gemessen werden, wozu Anker und Joch über federnde Kontakte an einem Hilfsstromkreis angeschlossen sind. Im regulären Ausschaltzustand des Schützes befindet sich dagegen der Anker in seiner Öffnungsstellung und der elektrische Kontakt zwischen den Polflächen von Anker und Joch ist unterbrochen. Auch im Falle von Kontaktver schweißungen, wobei Brückenkontakte einseitig oder zweiseitig verschweißt sein können, entfernt sich im Ausschaltzustand des Schützes der Anker wenigstens um einen Bruchteil des Kontaktdurchdruckes vom Joch. Der elektrische Kontakt zwischen den Polflächen von Anker und Joch ist auch hierbei unterbrochen.The method according to the invention is advantageous exploited that the change in contact pressure in the Prin zip on the measurement of time differences from switching off the Magnet system, d. H. exactly from the beginning of the anchor opening until based on opening the bridge contacts, which is simple can be done. The measured variables that arise can therefore be used, also the switching status of the contactor clearly display. The switch-on state can be checked in detail the contact of the pole faces of the armature and yoke is clear mark. This touch can be an electrical contact be measured between anchor and yoke, including anchor and yoke connected to an auxiliary circuit via spring contacts are. The contactor is in the regular switch-off state the anchor in its open position and the electrical contact between the pole faces of anchor and Yoke is interrupted. Also in the case of contact ver welds, with bridge contacts one-sided or two-sided can be welded away in the off state the contactor of the anchor by at least a fraction of the Contact pressure from the yoke. The electrical contact between the pole faces of anchor and yoke is also here interrupted.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Es zeigenFurther details and advantages of the invention emerge from the following description of exemplary embodiments. Show it

Fig. 1 die wesentliche Anordnung eines Antriebes für ein Schütz und die daraus abgeleitete Messung des Anker bewegungsbeginns, Fig. 1 shows the essential arrangement of a drive for a contactor and the deduced measurement start of armature movement,

Fig. 2 die Kontaktanordnung des Schützes und die daraus ab geleitete Messung des Kontaktöffnungsbeginns, Fig. 2 shows the contact arrangement of the contactor and the resulting conducted from measuring the contact opening commencement,

Fig. 3 ein alternatives Prinzip der Bestimmung der Kontakt öffnungszeitpunkte bei stromlosem Öffnen der Haupt kontakte, Fig. 3 shows an alternative method of determining the contact opening time points when energized opening the main contacts,

Fig. 4 eine blockschaltbildmäßig dargestellte Anordnung zur softwaremäßigen Bestimmung und Anzeige der Rest lebensdauer eines Schützes und Fig. 4 is a block diagram arrangement shown for software determination and display of the remaining life of a contactor and

Fig. 5 ein zugehöriges Ablaufdiagramm. Fig. 5 is an associated flow chart.

In den Fig. 1 und 2 sind jeweils Teile eines Schützes mit der zugehörigen Meßeinrichtung dargestellt. Im einzelnen zeigt Fig. 1 den Magnetantrieb und Fig. 2 die Kontaktanord nung des zugehörigen Schützes. Dabei bedeuten 1 eine Schalt brücke mit zwei darauf endseitig angeordneten Kontakt stücken 2 sowie 3 jeweils U-förmig abgekröpfte Kontaktträger mit darauf angeordneten Gegenkontakten 4 für die Kontakte 2 der Schaltbrücke 1. Der zugehörige Antrieb besteht im wesentlichen aus einem Magnetjoch 10 mit darauf aufgesteckten Spulen 11 und einem zugehörigen Magnetanker 12. Der Magnet anker ist mit einer Aufnahmevorrichtung, dem Brückenträger, zur Aufnahme der Schaltbrücken, was in Fig. 1 bzw. Fig. 2 nicht dargestellt ist, verbunden. Weiterhin sind federnd angeordnete Kontakte 15 vorhanden. Mit zugehörigen elektri schen Schaltelementen lassen sich die Zeiten t₀ und t_i be stimmen.In Figs. 1 and 2, parts are shown of a contactor with the associated measuring device respectively. In particular, FIG. 1 shows the magnetic drive and FIG. 2, the Kontaktanord voltage of the associated contactor. 1 mean a switching bridge with two contact pieces arranged thereon at the ends 2 and 3 U-shaped cranked contact carriers with mating contacts 4 arranged thereon for the contacts 2 of the switching bridge 1 . The associated drive essentially consists of a magnetic yoke 10 with coils 11 mounted thereon and an associated magnetic armature 12 . The magnet armature is connected to a receiving device, the bridge support, for receiving the switching bridges, which is not shown in FIG. 1 or FIG. 2. Furthermore there are resiliently arranged contacts 15 . The times t₀ and t _{i can} be determined using associated electrical switching elements.

In Fig. 1 sind der Magnetanker 12 und das Magnetjoch 11 über federnde Kontakte 15 und über einen Meßwiderstand 21 mit Widerstand R_meß an die Gleichspannung U₀ eines Hilfsstrom kreises angeschlossen. Alternativ kann das Magnetjoch 11 statt über einen federnden Kontakt 15 auch über eine flexible oder starre elektrische Leitung an den Hilfsstromkreis ange schlossen sein. Berührt der Anker 12 das Joch 10, so ist der Hilfsstromkreis geschlossen und am Meßwiderstand 21 fällt die Spannung U₀ ab. Beim Abheben des Ankers 12 vom Joch 10 wird der Strompfad über die Polflächen unterbrochen und die Span nung am Meßwiderstand wechselt von U₀ nach Null. Die Span nungsflanke U₀ → 0 wird in einer Auswerteeinrichtung als Zeitpunkt t₀ weiterverarbeitet.In Fig. 1, the magnet armature 12 and the magnet yoke 11 are connected via resilient contacts 15 and a measuring resistor 21 with resistance R _measure to the DC voltage U₀ of an auxiliary circuit. Alternatively, the magnetic yoke 11 can be connected to the auxiliary circuit via a flexible or rigid electrical line instead of via a resilient contact 15 . If the armature 12 touches the yoke 10 , the auxiliary circuit is closed and the voltage U₀ drops across the measuring resistor 21 . When the armature 12 is lifted from the yoke 10 , the current path is interrupted via the pole faces and the voltage at the measuring resistor changes from U₀ to zero. The voltage edge U₀ → 0 is processed in an evaluation device as time t₀.

Aus Fig. 2 läßt sich die Bestimmung der Kontaktöffnungszeit punkte t_i ableiten. Dabei wird vorausgesetzt, daß die Haupt kontakte 2 bzw. 4 des Schützes unter Strombelastung öffnen und Schaltlichtbögen entstehen. Zur Messung der Kontaktöff nungszeitpunkte wird die beim Öffnen eines Hauptkontaktes entstehende Schaltspannung, d. h. die Bogenspannung kurzer Lichtbögen, in einer Gleichrichterschaltung 22 gleichgerich tet und über eine Begrenzungsschaltung aus Widerständen 23 und 24 und Kondensator 25 und zugehöriger Zenerdiode 26 dem Steuereingang eines Optokopplers 28 zugeführt. Der Schaltaus gang des Optokopplers 28 schaltet einen Hilfsstromkreis, der aus einem Meßwiderstand 29 und einer Gleichspannungsquelle U₀ besteht, ein. Die Spannung am Meßwiderstand wechselt dabei von Null nach U₀ und die Spannungsflanke 0 → U₀ wird in einer Auswerteeinrichtung als Zeitpunkt t_i (i = 1, 2, 3) weiterverarbeitet.The determination of the contact opening points t _i can be derived from FIG. 2. It is assumed that the main contacts 2 and 4 of the contactor open under current load and arcing arises. To measure the contact opening times the switching voltage which arises when a main contact is opened, that is to say the arc voltage of short arcs, is rectified in a rectifier circuit 22 and is supplied to the control input of an optocoupler 28 via a limiting circuit comprising resistors 23 and 24 and capacitor 25 and associated zener diode 26 . The switching output of the optocoupler 28 switches an auxiliary circuit, which consists of a measuring resistor 29 and a DC voltage source U₀. The voltage across the measuring resistor changes from zero to U₀ and the voltage edge 0 → U₀ is further processed in an evaluation device as time t _i (i = 1, 2, 3).

Bei der Voraussetzung, daß das Ausschalten des Schützes stromlos erfolgt, beispielsweise beim unterbrechungslosen Um schalten von Drehstrom-Asynchronmotoren oder beim selbsttäti gen Anlassen von Drehstrom-Asynchronmotoren über dreipolige Widerstände mit Zeitrelais, ist statt einer Anordnung gemäß Fig. 2 eine Anordnung entsprechend Fig. 3 mit einer Induk tivitätsbestimmung zu verwenden. Hier können die Kontaktöff nungszeitpunkte beim stromlosen Öffnen der zu überwachenden Hauptkontakte durch die Induktivitätsmessung bestimmt werden, beispielsweise wenn die Netzspannung unterbrochen ist oder wenn zu den Hauptkontakten Parallelstrompfade bestehen. Dazu weist Fig. 3 einen Motor als Last auf, welcher elektrisch in Reihe geschaltet ist zu einer Parallelschaltung eines Haupt kontaktes S1 eines Schützes 31 mit einem Hauptkontakt S2 eines Schützes 32, wobei die parallel geschalteten Schalt strecken über Kondensatoren 33 und 34 mit Kapazität C_o kapa zitiv an einen Hilfsstromkreis mit Generator 35 und Wider stand 36 angeschlossen sind. Parallelschaltungen dieser Art werden insbesondere für ein Transitionsschütz verwendet.Provided that the contactor is switched off when there is no current, for example when switching three-phase asynchronous motors without interruption or when starting three-phase asynchronous motors via three-pole resistors with time relays, an arrangement according to FIG. 2 is used instead of an arrangement according to FIG. 3 to be used with an inductance determination. Here, the contact opening times when the main contacts to be monitored are opened without current can be determined by the inductance measurement, for example if the mains voltage is interrupted or if there are parallel current paths to the main contacts. For this purpose, Fig. 3 a motor as a load, which is electrically connected in series contact with a parallel arrangement of a main S1 of a contactor 31 with a main contact S2 of a contactor 32, wherein the parallel-connected switching paths through capacitors 33 and 34 having capacitance C _o kapa quotatively connected to an auxiliary circuit with generator 35 and opposing stand 36 . Parallel connections of this type are used in particular for a transition contactor.

Gemäß Fig. 3 wird also an dem zu überwachenden Hauptkontakt ein gedämpfter Schwingkreis angeschlossen, der über den höherfrequenten Generator 35 mit einer Frequenz von bei spielsweise 1 bis 10 MHz gespeist wird. Bei geschlossenem Hauptkontakt S₁ sind die Generatorfrequenz, die Kapazität und die Induktivität des Schwingkreises annähernd auf Resonanz eingestellt. Beispielsweise erhält man für der Realität ange paßte Geometrieverhältnisse der Parallelstromkreise für den überwachten Strompfad eine Induktivität von L₁ = 0,3 µH, für den überwachten Parallelstrompfad L₂ = 0,8 µH und für die resultierende Induktivität beider geschlossenen Strompfade L_res = 0,2 µH. Mit Werten für die Kondensatoren 33 und 34 und dem Meßwiderstand 36 von beispielsweise C_o = 10 nF, R = 5 Ω und einer Generatorfrequenz von 5 mHz ergibt sich bei öffnen dem Hauptkontakt S₁ und geschlossenem Hauptkontakt S₂ eine Abnahme der Meßspannung am Widerstand auf etwa 1/2 bis 1/3 des Ausgangswertes. Ohne Parallelstrombahn, d. h. bei ge öffnetem Hauptkontakt S₂, würde die Meßspannung am Meßwider stand R beim Öffnen des Hauptkontaktes S₁ auf Null absinken.According to FIG. 3, a damped resonant circuit is connected to the main contact to be monitored, which is fed via the higher-frequency generator 35 with a frequency of 1 to 10 MHz, for example. When the main contact S 1 is closed, the generator frequency, the capacitance and the inductance of the resonant circuit are set approximately to resonance. For example, you get for the geometry ratios of the parallel circuits for the monitored current path an inductance of L₁ = 0.3 µH, for the monitored parallel current path L₂ = 0.8 µH and for the resulting inductance of both closed current paths L _res = 0.2 µH . With values for the capacitors 33 and 34 and the measuring resistor 36 of, for example, C _o = 10 nF, R = 5 Ω and a generator frequency of 5 mHz, when the main contact S 1 is open and the main contact S 2 is closed, the measuring voltage across the resistor decreases to about 1 / 2 to 1/3 of the initial value. Without parallel current path, ie with the main contact S₂ open, the measuring voltage at the measuring resistor R would drop to zero when the main contact S₁ was opened.

Während die Methode der Induktivitätsmessung gemäß Fig. 3 beim stromlosen Öffnen der Kontakte eindeutige Ergebnisse liefert, erfolgt beim Kontaktöffnen eines stromführenden Hauptkontaktes keine signifikante Induktivitätsänderung. Allerdings erzeugt die sprungartige Änderung der Kontaktspan nung von Null auf beispielsweise 20 V beim Kontaktöffnen des stromführenden Hauptkontaktes am Meßwiderstand 36 der Fig. 3 einen sehr kurzen Spannungsimpuls mit einer Impulsbreite kleiner einer Mikrosekunde, der zur Bestimmung des Kontakt öffnungszeitpunktes herangezogen werden könnte.While the method of inductance measurement according to FIG. 3 delivers clear results when the contacts are opened without current, there is no significant change in inductance when a live main contact is opened. However, the abrupt change in the contact voltage from zero to, for example, 20 V when the current-carrying main contact opens at the measuring resistor 36 of FIG. 3 opens a very short voltage pulse with a pulse width of less than one microsecond, which could be used to determine the contact opening time.

Die ermittelten Zeitpunkte t₀ und t_i werden zur Bestimmung der Restlebensdauer herangezogen. Dazu lassen sich zur Ablei tung einer geeigneten Beziehung folgende Überlegungen anstel len:The determined times t₀ and t _i are used to determine the remaining service life. The following considerations can be made to derive a suitable relationship:

Im Einschaltzustand summieren sich die Kontaktkräfte der Schaltbrücken mit der Federkraft der Ankerfedern zur Gesamt öffnungskraft F_A des Magnetankers 10. Während der Anfangsbe wegung des Ankers 10 liefert diese Kraft F_A eine praktisch konstante Ankerbeschleunigung, bis der Öffnungsvorgang der Brückenkontakte einsetzt. Bei ungleicher Schaltbelastung der Schützhauptkontakte 2 bzw. 4, beispielsweise in einem 3-pha sigen Netz, brennen die Hauptkontakte 2, 4 jeder Phase unter schiedlich stark ab und das Kontaktöffnen in den drei Phasen erfolgt in zeitlicher Reihenfolge, beginnend mit den am stärksten abgebrannten Kontakten. Das zeitliche Mittel der Ankerbeschleunigung ist für die später öffnenden, d. h. gerin ger abgebrannten Hauptkontakte, daher etwas kleiner als für den zuerst öffnenden Hauptkontakt.In the switched-on state, the contact forces of the switching bridges add up with the spring force of the armature springs to the total opening force F _{A of} the magnet armature 10 . During the initial movement of the armature 10 , this force F _A delivers a practically constant armature acceleration until the opening process of the bridge contacts begins. If the switching load of the contactor main contacts 2 or 4 is not the same, for example in a 3-phase network, the main contacts 2 , 4 of each phase burn to different extents and the contacts in the three phases open in chronological order, starting with the most burnt-out contacts . The time average of the armature acceleration is therefore slightly smaller for the main contacts that open later, ie burned down less, than for the main contacts that open first.

Aus der Zeitmessung des Ankerbewegungsbeginns t₀ und des Öff nungsbeginns der Hauptkontakte 2, 4 mit den Zeiten t_i (Phasenindex i = 1, 2, 3) sowie der Ankerbeschleunigung b erhält man den sogenannten Durchdruck s_i = 1/2 b(t_i-t₀)². Be zogen auf den Durchdruck s im Neuzustand ergibt sich die ein fache Relation s_i/s_i,neu = ((t_i-t₀)/(t_i,neu-t₀))². Ist für einen sicheren Einschaltzustand ein Mindestdurchdruck s_min vorgegeben, so läßt sich daraus mit einer Konstante c = s_min/s_neu die Restlebensdauer definierenFrom the time measurement of the armature movement start t₀ and the opening opening of the main contacts 2 , 4 with the times t _i (phase index i = 1, 2, 3) and the armature acceleration b, the so-called pressure s _i = 1/2 b (t _i - t₀) ². The simple relation s _i / s _{i, new} = ((t _i -t₀) / (t _{i, new} -t₀)) ² results from the printing s when new. Is a secure power-a minimum pressure s _min is specified, the remaining lifetime can be from it by a constant C = S _min / s _redefine

(1) Rld[%] = 100* [((t_i-t₀)/(t_i,neu-t₀))²-c]/(1-c).(1) Rld [%] = 100 * [((t _i -t₀) / (t _{i, new} -t₀)) ²-c] / (1-c).

Bei der Gleichung (1) ist die Konstante c konstruktiv vorge geben. Die Gleichung bedeutet, daß für jeden Hauptkontakt im Neuzustand die Zeitdifferenz t_i,neu-t₀ bestimmt werden muß, wonach während des Betriebes lediglich noch die Zeitdifferen zen t_i-t₀ bestimmt werden müssen, was anhand der Fig. 1 bis 3 verdeutlicht wurde. Letzteres läßt sich vorteilhafter weise digital ausführen, was in den Fig. 4 und 5 verdeut licht wird. In Fig. 4 bedeutet 40 ein Controller, dem die Zeitsignale t₀ und t_i, d. h. deren Spannungsflanken aus Fig. 1 bzw. 2, zugeführt werden. Als weitere Größen bestimmt der Controller die Schaltzahl N und beispielsweise mit einer in ternen Uhr die aufgelaufene Betriebszeit T. Zur Überwachung des mechanischen Verschleißzustandes kann der Controller 40 die über mehrere elektrische Lebensdauerzyklen akkumulierte Schaltzahl N₀ bestimmen. Als konstante Eingabegröße enthält der Controller 40 die Geometriegröße c. Aus den Zeitsignalen t₀, t_i bestimmt der Controller 40 die Zeitdifferenz t_i-t₀, wobei die den Neuzustand charakterisierende Bezugsgröße t_i,neu-t₀ als Mittelwert der Zeitdifferenz t_i-t₀ einer gege benen Anzahl von Schaltspielen definiert sein kann. Bei spielsweise kommt dafür der Mittelwert aus den ersten zehn Schaltspielen eines Lebensdauerzyklus in Frage. Um einen Datenverlust durch abgeschaltete Versorgungsspannung od. dgl. auszuschließen, werden die aktuellen Meßdaten und Auswerte größen in nicht flüchtigen Datenspeicher 41 gespeichert und somit gesichert. Es sind weiterhin Ein- und Ausgabeeinheiten 42 bis 44 sowie ein Display zur Anzeige der Ergebnisse vor handen.In the equation (1), the constant c is given structurally. The equation means that the time difference t _{i, new} -t₀ must be determined for each main contact when new, after which only the time differences zen t _i -t₀ have to be determined during operation, which was illustrated with reference to FIGS . 1 to 3. The latter can advantageously be carried out digitally, which is illustrated in FIGS . 4 and 5. In FIG. 4, 40 means a controller to which the time signals t₀ and t _i , ie their voltage edges from FIGS. 1 and 2, are supplied. As further variables, the controller determines the number of operations N and, for example, the accumulated operating time T with an internal clock. To monitor the mechanical state of wear, the controller 40 can determine the number of operations N₀ accumulated over several electrical life cycles. The controller 40 contains the geometry variable c as a constant input variable. The controller 40 determines the time difference t _i -t₀ from the time signals t₀, t _i , wherein the reference variable t _{i, new} -t₀ characterizing the new state can be defined as the mean value of the time difference t _i -t₀ of a given number of switching cycles. For example, the average of the first ten switching cycles of a life cycle can be used. In order to rule out data loss due to the supply voltage or the like being switched off, the current measurement data and evaluation variables are stored in non-volatile data memory 41 and thus saved. There are also input and output units 42 to 44 and a display for displaying the results.

Zur Bestimmung der Restlebensdauer kann nunmehr der Control ler 40 die Formel 1 mittels eines Auswerteprogramms berech nen. In gleicher Weise können weitere, den Verschleißzustand des Schützes charakterisierende Größen berechnet werden, wie eine Restbetriebsdauer oder eine Restschaltzahl. Aus der auf gelaufenen Betriebsdauer T folgt dabei für die Restbetriebs dauerTo determine the remaining service life, the controller 40 can now calculate the formula 1 using an evaluation program. In the same way, further quantities characterizing the state of wear of the contactor can be calculated, such as a remaining operating time or a remaining number of operations. From the running operating time T follows for the remaining operating time

(2) Rbd (days) = T (days) _* RLD [%]/(100-RLD) [%](2) Rbd (days) = T (days) _* RLD [%] / (100-RLD) [%]

In gleicher Weise kann die Restschaltzahl aus der aufgelaufe nen Schaltzahl N bestimmt werdenIn the same way, the remaining number of operations from the accumulated N switching number N can be determined

(3) Rsz = N*Rld[%]/(100-Rld) [%](3) Rsz = N * Rld [%] / (100-Rld) [%]

Die Formeln (2) und (3) können ausgewertet werden, sobald die nach Formel (1) ermittelte Restlebensdauer (Rld) einen Wert < 100% angenommen hat. The formulas (2) and (3) can be evaluated as soon as the a residual life determined according to formula (1) (Rld) <100% has assumed.

Besonders günstig ist, wenn die vom Controller 40 bestimmten Daten der Restlebensdauer auf einem am Schaltgerät selbst an gebrachten Anzeigeelement optisch angezeigt werden. Daneben können die digitalisierten Auswertegrößen vom Controller 40 über einen Datenbus an eine zentrale, nicht dargestellte Überwachungseinheit übertragen werden.It is particularly advantageous if the data of the remaining service life determined by the controller 40 are optically displayed on a display element attached to the switching device itself. In addition, the digitized evaluation variables can be transmitted from the controller 40 to a central monitoring unit (not shown) via a data bus.

Anhand des Flußdiagramms gemäß Fig. 5 ergibt sich der pro grammmäßige Ablauf der Berechnung. In das Flußdiagramm mit üblicher, selbsterklärender Entscheidungsstruktur sind die entsprechenden Stationen 100 bis 110 jeweils eingetragen. Entsprechend den Gleichungen (1) bis (3) läßt sich daraus eine Aussage ableiten, ob ein Kontakt erneuert werden muß oder nicht.Based on the flowchart according to FIG. 5, the program flow of the calculation is obtained. The corresponding stations 100 to 110 are each entered in the flowchart with a customary, self-explanatory decision structure. According to equations (1) to (3), a statement can be made as to whether a contact has to be replaced or not.

Die Meß- und Auswerteeinrichtung zur Bestimmung der Rest lebensdauer von Kontakten in Schaltgeräten und der Überwa chung auf Kontaktverschweißungen erlauben, unter Umständen bei Einsatz zusätzlicher Mittel, eine erweiterte Schaltge räteüberwachung hinsichtlich gravierender Funktionsstörungen, wie Bruch von Kontaktträgern und/oder Federbügeln, Ablötungen von Kontaktstücken, unzulässiger Kontaktwiderstände, überhöh ter Kontakttemperatur und dergleichen.The measuring and evaluation device for determining the rest Service life of contacts in switchgear and monitoring Permitting contact welding, under certain circumstances if additional means are used, an extended switchgear council monitoring for serious malfunctions, such as breakage of contact carriers and / or spring clips, unsoldering of contact pieces, impermissible contact resistances, excessive ter contact temperature and the like.

Zum Beispiel würde beim Bruch des Federbügels die Schalt brücke beim Einschalten des Schützantriebs nur noch unkon trollierten elektrischen Kontakt geben, so daß mit einer gra vierenden Veränderung in der Zeitfolge der Meßgrößen t₀ (Ankerbewegungsbeginn) und t_i (Kontaktöffnungsbeginn) zu rechnen ist.For example, if the spring clip breaks, the switching bridge only gives uncontrolled electrical contact when the contactor drive is switched on, so that a graving change in the time sequence of the measured variables t₀ (armature movement start) and t _i (contact opening start) can be expected.

Gleiches folgt bei einem Bruch des Brückenkontaktträgers oder des Festkontaktträgers.The same follows if the bridge contact carrier breaks or of the fixed contact carrier.

Andere Störungen betreffen die mangelhafte Kontaktgabe der Kontaktstücke unter dem Einfluß von Verschmutzung, von Mate rialniederschlägen und Korrosion. Dadurch wird der Kontakt widerstand erhöht und der Kontaktspannungsabfall bzw. die Kontakttemperatur erreicht unzulässig hohe Werte.Other faults concern the poor contact with the Contact pieces under the influence of pollution, from mate rial precipitation and corrosion. This will make the contact resistance increased and the contact voltage drop or Contact temperature reaches impermissibly high values.

Zur Überprüfung der Kontaktübertemperatur können aus der elektrischen Verlustleistung, durch Multiplikation der gemes senen Kontaktspannung mit dem, z. B. mit einem Stromwandler, gemessenen Schalterstrom, Leistungsgrenzwerte angegeben wer den, zu denen bei Überschreitung ihrer Höhe und Zeitdauer eine Störmeldung erfolgt.To check the contact overtemperature, the electrical power loss, by multiplying the measured Senen contact voltage with, for. B. with a current transformer, measured switch current, power limit values specified to those who exceed their amount and duration an error message is issued.

Durch elektronische Speicherung der Betriebs- und Stördaten mittels des Controllers ist eine Schaltgerätediagnose, z. B. über ein Anzeigeelement am Schaltgerät, oder über Datenbus an einer zentralen Auswerteeinrichtung jederzeit und lückenlos durchzuführen.Through electronic storage of operating and fault data by means of the controller, a switchgear diagnosis, e.g. B. via a display element on the switching device or via data bus a central evaluation device at any time and without gaps perform.

Die anhand der Beispiele abgeleiteten Aussagen können auch erfolgen, wenn es zu Verschweißungen bzw. Teilverschweißungen der Kontakte kommt. Um festzustellen, ob Brückenkontakte beidseitig oder einseitig verschweißt sind und daher kein regulärer Ausschaltzustand erreicht wird, ist es möglich, die Ankeröffnung über einen zweiten, federnden Kontakt zu kon trollieren. In gleicher Weise wie in Fig. 1 wird daher ein Hilfsstromkreis geschlossen, wenn beide federnde Kontakte den Anker 10 berühren. Durch einen Vorlaufweg der beiden federn den Kontakte von etwa der Hälfte der vollen Ankeröffnung läßt sich erfahrungsgemäß sicher unterscheiden, ob der reguläre Ausschaltzustand vorliegt, oder ob aufgrund von Kontaktver schweißungen nur ein kleiner Bruchteil der vollen Ankeröff nung erreicht wird.The statements derived from the examples can also be made if the contacts are welded or partially welded. In order to determine whether bridge contacts are welded on both sides or on one side and therefore no regular switch-off status is reached, it is possible to check the armature opening via a second, resilient contact. In the same way as in FIG. 1, an auxiliary circuit is therefore closed when both resilient contacts touch the armature 10 . A lead of the two springs of the contacts of about half of the full armature opening can, based on experience, reliably differentiate whether the regular switch-off state is present or whether only a small fraction of the full armature opening is reached due to contact welding.

Das beschriebene Verfahren ermöglicht also eine eindeutige Aussage über den Verschweißzustand bzw. den Abbrand der Hauptkontakte und einen notwendigen Austausch der Kontakt stücke.The described method thus enables a clear one Statement about the welded condition or the burn-up of the Main contacts and a necessary exchange of contact pieces.

Claims

1. A method for determining the remaining service life of contacts in switching devices, in particular contactor contacts, in which the contact pieces are subject to erosion when switching, substitute criteria for the erosion being evaluated, characterized in that the so-called contact pressure on the switching path is selected as the He replacement criterion is and that to determine the erosion of the contact pieces, the change in pressure during the switching process is determined and the device is converted as the remaining life of the switching device.

2. The method according to claim 1, characterized records that the change in pressure by a Time measurement of the anchor path from the beginning of the anchor movement to is determined at the beginning of the contact opening.

3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the determination of the remaining life according to equation (1) Rld [%] = 100 * [((t _i -t₀) / (t _{i, new} -t₀)) ²- c] / (1-c) takes place, where t₀ the time of the start of the armature movement and t _i the time of the start of the opening of the main contacts and c mean a constructively determined constant.

4. The method according to claim 3, characterized in that from the remaining life (Rld) the remaining operating time of the switching device according to equation (2) Rbd (days) = T (days) _* Rld [%] / (100-Rld) [%] is calculated.

5. The method according to claim 3, characterized shows that from the remaining life (Rld) Residual switching number of the switching device related to its switching number N according to the equation (3) Rsz = N * Rld [%] / (100-Rld) [%] is calculated.

6. The method according to claims 3, 4 and / or 5, since characterized in that according to the given equations (1, 2, 3) remaining life (Rld), Remaining operating time (Rbd) and / or remaining switching number (Rsz) soft be calculated based on the goods.

7. The method according to claim 2, characterized records that to determine the start of movement the two states of the armature, pole faces of armature and yoke touch and the pole faces of the armature and yoke are ge separates the armature by a springy, first auxiliary contact over one connection and the yoke over the other are connected to a first auxiliary circuit.

8. The method according to claim 7, characterized ge indicates that to check for contact the anchors are welded by a resilient, first and second auxiliary contact to a second auxiliary circuit is closed when the armature air gap a predetermined Falls below value.

9. The method according to claim 8, characterized ge indicates that the first and second auxiliary contact is greater than the contact pressure in new condition, and that the lead is preferably half corresponds to the full anchor opening.

10. The method according to claim 2, characterized ge indicates that the start of the contact opening determined from the step-like change in the contact voltage becomes.

11. The method according to claim 2, characterized ge indicates that the start of the contact opening from the change in inductance of an auxiliary circuit is true, which is parallel to the head to be monitored contact is connected to the main current path.

12. The method according to claim 2, characterized ge indicates that when exceeded given limits of change in remaining life between two consecutive circuits, or between two successive averages from several circuits Malfunctions are detected and displayed, such as breakage from Contact carrier, spring clip, unsoldering of contact pieces and the like.

13. The method according to claim 12, characterized ge indicates that from the contact voltage before at the beginning of the contact opening a fault in the contact is derived and displayed when the contact voltage predetermined limit during a predetermined period of time exceeds.

14. The method according to claim 13, characterized ge indicates that to monitor the contact overtemperature the power loss is determined by the Values of the contact voltage and the switch current, which can be measured with a current transformer, for example, be multiplied with each other, and when exceeded a predetermined limit it during a predetermined Time a fault in the contact is displayed.

15. Arrangement for performing the method according to claim 1 or one of claims 2 to 14, marked net by a processor unit from a controller ( 40 ) and memory ( 41 ) and an associated display ( 45 ).

16. The arrangement according to claim 15, characterized ge indicates that the switchgear display medium for the remaining service life (Rld), remaining service life (Rbd) and / or residual switching number (Rsz) and optionally further Display sizes are available.

17. Arrangement according to claim 15 for carrying out the procedure rens according to claim 11, characterized records that the auxiliary circuit is a damped Resonant circuit, which is fed by a generator, whose frequency is approximately the resonance frequency of the Auxiliary circuit with the main to be monitored closed contact corresponds.