EP1555683A1 - Verfahren zur Untersuchung eines Leistungsschalters - Google Patents

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Publication number
EP1555683A1
EP1555683A1 EP04030222A EP04030222A EP1555683A1 EP 1555683 A1 EP1555683 A1 EP 1555683A1 EP 04030222 A EP04030222 A EP 04030222A EP 04030222 A EP04030222 A EP 04030222A EP 1555683 A1 EP1555683 A1 EP 1555683A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contacts
time
measured values
recorded
electric motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04030222A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Franz-Josef Dipl.-Ing Körber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Technology AG
Original Assignee
ABB Technology AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Technology AG filed Critical ABB Technology AG
Publication of EP1555683A1 publication Critical patent/EP1555683A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H11/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches
    • H01H11/0062—Testing or measuring non-electrical properties of switches, e.g. contact velocity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/0015—Means for testing or for inspecting contacts, e.g. wear indicator
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/04—Means for indicating condition of the switching device
    • H01H2071/044—Monitoring, detection or measuring systems to establish the end of life of the switching device, can also contain other on-line monitoring systems, e.g. for detecting mechanical failures

Definitions

  • the invention relates to a method for examining a circuit breaker according to the preamble of claim 1.
  • the movable contact piece of a High or medium voltage circuit breaker by means of a controlled electric motor, for example, by means of a stepper motor or servo motor to drive.
  • the electric motor is controlled by a control unit and transmits Data, such as the angular velocity and the position of the rotor, on the control unit.
  • Circuit breakers have a variety of parts that are continuous Wear subject.
  • the pre-contacts of the solid and burn movable contact piece which are also referred to as arcing contacts, due to arcing, which occur during the switching operations for a short time, with the time off.
  • Other, especially moving parts such as the shift rod, which are exposed to high mechanical loads can increase with increasing Operating life and increasing number of operating cycles lose strength.
  • the invention has for its object to provide a method which a Examination of a circuit breaker by simple means allowed.
  • the circuit breaker a switching operation to perform with a predeterminable course of movement.
  • the circuit breaker, the a fixed and a movable contact piece, each with a pre-contact and a main contact is driven by a controllable electric motor.
  • measured values for the drive current of the electric motor and / or for the covered path of the movable contact piece by means recorded a measuring device.
  • an evaluation of the recorded Measured values performed.
  • the recorded Measurements to assess the condition of the contacts or to evaluate the State of the transmission chain used.
  • the switching process can either be a switch-on, ie a movement of the movable, contact piece to the fixed contact piece or a switch-off process, ie a movement of the movable Contact piece away from the fixed contact, act.
  • the achievable with this embodiment of the invention advantages in particular in that for carrying out the method according to the invention no additional gauges and no additional wiring to the one to be examined Circuit breaker needed.
  • the drive current of the electric motor is specified by the control unit and is advantageously also automatically measured by the control unit.
  • the distance traveled by the contact piece is indirectly determinable by the position of the rotor of the electric motor. All to be recorded Measurements are advantageous from the control unit of the electric motor added.
  • the recorded Measured values are stored, for example in the form of a table or database.
  • a data preparation such as a Discretization, digitization or filtering, the measured values conceivable.
  • the duration of a switching operation is comparatively short, in the Usually less than 100 ms.
  • a Movement with a constant compared to normal operation given reduced speed, allowing a switching multiple Seconds takes. Such a slow movement allows a more accurate control of the electric motor and the recording of a higher number of measured values.
  • a particularly descriptive evaluation is obtained by taking from the recorded Measured values for the drive current of the electric motor a current / time diagram is created.
  • the recorded measured values graphically, so that a separate Storage in the form of a table or database is not essential.
  • a diagram allows a comparatively simple visual check by an operator. The created diagram is used to evaluate the State of the contacts or the transmission chain.
  • the invention is by means of the created Current / time diagram of the contact erosion of the pre-contacts of the circuit breaker determined.
  • the contact erosion is determined by determining the time of the first Rise of the drive current determined.
  • a further advantageous embodiment of the invention is recorded by means of Measured values for the drive current of the electric motor or by means of the created a power / time diagram interruption of the transmission chain from Electric motor to the movable contact piece, in particular a breakage of the shift rod, recognized.
  • the measured values can be during a switching process with a course of motion at reduced speed as well as in the Normal operation can be recorded. In particular, such an interruption then detected when the drive current falls below a specified limit.
  • a movement history predetermined with a constant drive current of the electric motor wherein the Drive current is smaller than in normal operation.
  • the Drive current a value of 5% to 20%, preferably 10%, of the value in normal operation given, so a switching process also takes several seconds and it can a higher number of readings are recorded.
  • a particularly descriptive evaluation is obtained by taking from the recorded or stored readings for the distance traveled movable contact a path / time diagram is created.
  • Such Diagram allows a comparatively simple visual verification by an operator.
  • the created diagram is used to evaluate the state of the Contacts.
  • the invention is by means of the created Distance / time diagram of the contact erosion of the pre-contacts of the circuit breaker determined.
  • the contact erosion is determined by determining the time of the first Drop of the slope of the curve determined.
  • a power source is connected to the Circuit breaker applied. Subsequently, a switching operation, in particular a Switching off, carried out. During the switching process, measured values for the current flowing through the circuit breaker and / or for the voltage drop recorded on the switching path. The recorded measurements become used to assess the condition of the contacts
  • the evaluation of the recorded takes place Measured values directly in the control unit of the electric motor.
  • a separate data processing device is provided, which with the Control unit of the electric motor is connected.
  • the of the control unit recorded measured values for the drive current and / or the Path of the movable contact piece from the control unit to the data processing unit transferred, which makes the creation of a diagram.
  • a diagram is created in the control unit and sent to the data processing unit transfer the created graph to a screen graphically displayed or printed.
  • a numerical evaluation of the recorded measured values is also a numerical evaluation of the recorded measured values possible.
  • Numerical evaluation means that the searched sizes, for example the contact erosion of the pre-contacts, from the numerical values of the recorded Measured values are calculated. Similarly, from the numerical values of measured values an interruption of the transmission chain can be detected. Such a numerical evaluation, for example, in the control unit or in a data processing unit connected thereto.
  • FIG. 1 is an arrangement schematically for carrying out the invention Process illustrated.
  • a movable contact piece of a circuit breaker 2 is by means of a transmission chain 6 from a controllable electric motor 4 driven.
  • the transmission chain 6 has in addition to a switching rod for direct drive of the movable contact piece still other components, for example, a gearbox.
  • the electric motor 4 is designed here as a servomotor, it can also be configured without further ado or as a stepping motor.
  • High voltage circuit breakers are for operating voltages of more than 100 kV and operating currents of about 600 A to 3,000 A designed. The The duration of a switching process is usually between 10 and 100 ms.
  • Medium-voltage circuit breakers are for operating voltages of about 1 kV Up to 100 kV and operating currents of about 600 A to 4,000 A designed. The duration a switching process is usually between 10 and 100 ms.
  • the electric motor 4 is driven by a control unit 8, which controls the drive current for the electric motor 4 pretends.
  • the electric motor 4 also transmits data such as Angular velocity and position of the rotor, to the control unit 8. Zur Creation and / or presentation and / or output of created Diagrams a separate data processing device 9 is provided, which is connected to the control unit 8, and to which the control unit 8 transmits data.
  • Each position of the rotor of the electric motor 4 corresponds to a unique position the movable contact piece of the circuit breaker second
  • FIG. 2 shows a current / time diagram which shows the course of a drive current 1a of the electric motor 4 during a switch-on shows.
  • the switch-on process takes place with a movement course with approximately constant speed. The speed is reduced compared to normal operation, and the switch-on, namely from a time T02 to a time T52, lasts several, for example five to ten, seconds.
  • On the abscissa is one Time t and plotted on the ordinate of the drive current la.
  • the said course of motion is controlled by a control of the drive current reached.
  • the electric motor 4 transmits data for the current position of the rotor the control unit 8.
  • the control unit 8 controls the drive current such that the predetermined course of movement is maintained.
  • the movable contact piece is that is, moving at a constant speed towards the fixed contact piece.
  • the power switch 2 is turned off. At time T02 the switch-on process starts. Between the time T02 and a time T12 is to overcome an approximately constant friction, which inter alia of the gearbox, the bushings and the switching chamber of the circuit breaker 2 is caused. This requires a constant torque from the electric motor be applied, which is approximately proportional to the drive current. Of the Drive current is approximately between time T02 and time T12 constant.
  • the contact erosion of the pre-contacts becomes from the period from the time T02 until the time T12, that is, from the time from the start of the power-on until the first rise of the drive current Ia.
  • a bigger one Contact erosion causes the movable contact piece to travel a greater distance to cover the pre-contacts, and that the time span of the Time T02 is greater by the time T12. If this time span one certain predetermined value exceeds, so a wear limit is reached and the contacts are to be replaced.
  • New non-worn pre-contacts will be touched at one time Tn2 instead. This value is known from a measurement that is new has been carried out.
  • the contact burnup can be quantitatively from the time difference T12 - Tn2, ie from the time interval between the time Tn2 and the Time T12, calculate.
  • the contact erosion is obtained by multiplying this Time difference with the given constant speed, with which the movable contact piece is moved towards the fixed contact piece.
  • a wear limit is usually at a contact wear of about two to three millimeters reached.
  • the value of the drive current exceeds a predetermined maximum value Imax, so the electric motor has to overcome increased friction.
  • Imax a predetermined maximum value
  • the evaluation of the size of the drive current for the detection of errors in the Transmission chain 6 is possible both by means of a current / time diagram, which was created at constant, reduced speed, as well as by means of a current / time diagram, which was created in normal operation.
  • a path / time diagram is shown, showing the path of the movable Contact piece of the circuit breaker 2 during a switch-on shows.
  • the drive current which is approximately proportional to the torque of the Electric motor 4 is reduced compared to the normal operation.
  • the drive current has a size of about 100 - 300 A.
  • the Drive current to about 10% of the value in normal operation, ie to about 20 A. reduced.
  • a switch-on process thus takes a multiple of the time duration in the Normal operation is needed, for example, five to ten seconds.
  • the path s of the moving Contact piece is indirectly in this example, the position of the rotor of the Electric motor 4 determined.
  • the path s can also be by means of a separate Wegaufillons be included.
  • the movable contact piece is in one Position S0 in which the power switch 2 is turned off.
  • the switch-on process starts.
  • a constant friction has to be overcome, and it follows a movement with an approximately constant speed. In the diagram is this can be recognized by a straight line with a constant gradient.
  • the movable contact piece is in a position S1, in which the pre-contacts touch. From the time T13 is a overcome additional mechanical resistance, and the movement becomes slowed down.
  • the contact is complete and in the following Period between the time T23 and a time T33 are the Friction and the speed again constant.
  • the movable contact piece is in a position S3 and the main contacts touch each other. It is another mechanical resistance to overcome and the movement slows down. From a time T43, when the contact of the main contacts has been made and the movable contact piece is in a position S4, the friction and the speed the movable contact piece again constant. At a time T53 is located the movable contact piece in a position S5, in which the circuit breaker 2 is turned on.
  • the Kunststoffabbrand the Voruttone is from the period between the time T03 and the time T13, that is, from the time from the beginning of Startup until the first fall of the slope of the curve determined. If the value S1 associated with the time T13, which is the position of the moving contact piece when touching the pre-contacts indicates a certain, exceeds predetermined value, the wear limit is reached.
  • the contact is new, not worn, it will touch at a time 'Tn3 and at a position Sn instead, so there is the contact erosion quantitatively as a difference S1 - Sn, ie as a path between the position S1 and the position Sn.
  • FIG. 4 is a diagram of a dynamic electrical resistance measurement during a shutdown process.
  • the switch-off process is included a movement course with constant, reduced speed instead.
  • a power source is connected to the closed circuit breaker 2, which provides an approximately constant current, For example, DC, feeds.
  • DC a constant current
  • a power source is connected to the closed circuit breaker 2, which provides an approximately constant current, For example, DC, feeds.
  • Id the voltage drop across the Switching distance measured.
  • This voltage drop which is the voltage between the movable and the fixed contact piece is, in the following as Voltage Ud called.
  • Voltage Ud On the abscissa of the diagram is the time t and on the Ordinate are the current Id through the circuit breaker 2 and the voltage Ud am Circuit breaker 2 applied.
  • the curves of the voltage Ud and the current Id during the switch-off process give information about the condition of the pre- and main contacts.
  • the power switch 2 is closed, the voltage Ud is approximately zero and the current Id is maximum.
  • the contact erosion may be from the time T14 to the Time T04 be determined. If this time span is a given, given Value exceeds, so a wear limit is reached and the contacts should be replaced.
  • the path s of the movable contact piece of Circuit breaker 2 can be ordered. From such a diagram are the positions the separation of the pre and main contacts directly readable.
  • a dynamic resistance measurement is also with a switching operation in normal operation or with a course of motion with reduced drive current feasible.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Untersuchung eines Leistungsschalters (2) mit einem feststehenden und einem beweglichen Kontaktstück mit je einen Vorkontakt und einen Hauptkontakt, wobei das bewegliche Kontaktstück von einem steuerbaren Elektromotor (4) bewegt wird. Es wird ein Schaltvorgang mit einem vorgebbaren Bewegungsverlauf durchgeführt, wobei während des Schaltvorgangs Messwerte für den Antriebsstrom des Elektromotors (4) und/oder für den zurückgelegten Weg des beweglichen Kontaktstücks aufgenommen werden. Die aufgenommenen Messwerte werden zur Bewertung des Zustandes der Kontakte oder des Zustandes der Übertragungskette (6) herangezogen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Untersuchung eines Leistungsschalters gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der Druckschrift EP 1147531 A1 ist bekannt, das bewegliche Kontaktstück eines Hoch- oder Mittelspannungsleistungsschalters mittels eines gesteuerten Elektromotors, beispielsweise mittels eines Schrittmotors oder Servomotors, anzutreiben. Der Elektromotor wird dabei von einer Steuereinheit angesteuert und überträgt Daten, wie beispielsweise die Winkelgeschwindigkeit und die Position des Rotors, an die Steuereinheit. Somit ist eine ausreichend genaue Steuerung, beziehungsweise Regelung, des Elektromotors, und damit auch der Bewegung des beweglichen Kontaktstücks möglich.
Leistungsschalter weisen eine Vielzahl von Teilen auf, die einem kontinuierlichen Verschleiß unterliegen. Beispielsweise brennen die Vorkontakte des festen und beweglichen Kontaktstücks, welche auch als Lichtbogenkontakte bezeichnet werden, bedingt durch Lichtbögen, die während der Schaltvorgänge kurzzeitig anstehen, mit der Zeit ab. Auch andere, insbesondere bewegte Teile wie beispielsweise die Schaltstange, die hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, können mit zunehmender Betriebsdauer und zunehmender Schaltspielzahl an Festigkeit einbüßen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches eine Untersuchung eines Leistungsschalters mit einfachen Mitteln gestattet.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Untersuchung eines Leistungsschalters mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.
Mit der Erfindung wird vorgesehen, mit einem Leistungsschalter einen Schaltvorgang mit einem vorgebbaren Bewegungsverlauf durchzuführen. Der Leistungsschalter, der ein feststehendes und ein bewegliches Kontaktstück mit je einem Vorkontakt und einem Hauptkontakt aufweist, wird von einem steuerbaren Elektromotor angetrieben. Während des Schaltvorgangs werden Messwerte für den Antriebsstrom des Elektromotors und/oder für den zurückgelegten Weg des beweglichen Kontaktstücks mittels einer Messvorrichtung aufgenommen. Anschließend wird eine Auswertung der aufgenommenen Messwerte durchgeführt. Insbesondere werden die aufgenommenen Messwerte zur Bewertung des Zustands der Kontakte oder zur Bewertung des Zustands der Übertragungskette herangezogen.
Bei dem Schaltvorgang kann es sich wahlweise um einen Einschaltvorgang, also eine Bewegung des beweglichen, Kontaktstücks zu dem feststehenden Kontaktstück hin, oder um einen Ausschaltvorgang, also eine Bewegung des beweglichen Kontaktstücks von dem feststehenden Kontaktstück weg, handeln.
Die mit dieser Ausgestaltung der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens keine zusätzlichen Messgeräte und keine zusätzliche Verkabelung an dem zu untersuchenden Leistungsschalter benötigt werden. Der Antriebsstrom des Elektromotors wird von der Steuereinheit vorgegeben und wird vorteilhafterweise auch automatisch von der Steuereinheit gemessen. Der zurückgelegte Weg des Kontaktstücks ist indirekt durch die Position des Rotors des Elektromotors bestimmbar. Alle aufzunehmenden Messwerte werden vorteilhaft von der Steuereinheit des Elektromotors aufgenommen.
Zum Zweck der Dokumentation oder Archivierung können die aufgenommenen Messwerte gespeichert werden, beispielsweise in Form einer Tabelle oder Datenbank. Vor dem Speichern ist auch eine Datenaufbereitung, beispielsweise eine Diskretisierung, Digitalisierung oder Filterung, der Messwerte denkbar.
Im Normalbetrieb, das heißt, zum Zu- oder Abschalten eines Betriebsstromes von beispielsweise 1 kA mit einem Hochspannungsleistungsschalter in einem Hochspannungsnetz, ist die Dauer eines Schaltvorgangs vergleichsweise kurz, in der Regel kleiner als 100 ms. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Bewegungsverlauf mit einer konstanten, im Vergleich zum Normalbetrieb verringerten Geschwindigkeit vorgegeben, so dass ein Schaltvorgang mehrere Sekunden dauert. Eine solche langsame Bewegung gestattet eine genauere Ansteuerung des Elektromotors und die Aufnahme einer höheren Anzahl von Messwerten.
Eine besonders anschauliche Auswertung erhält man, indem aus den aufgenommenen Messwerten für den Antriebsstrom des Elektromotors ein Strom/Zeit-Diagramm erstellt wird. Durch die Erstellung eines solchen Diagramms werden die aufgenommenen Messwerte graphisch dargestellt, so dass eine separate Speicherung in Form einer Tabelle oder Datenbank nicht unbedingt erforderlich ist. Weiterhin ermöglicht ein Diagramm eine vergleichsweise einfache visuelle Überprüfung durch einen Bediener. Das erstellte Diagramm dient zur Bewertung des Zustands der Kontakte oder der Übertragungskette.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird mittels des erstellten Strom/Zeit-Diagramms der Kontaktabbrand der Vorkontakte des Leistungsschalters ermittelt. Der Kontaktabbrand wird dabei durch Ermittlung des Zeitpunktes des ersten Anstiegs des Antriebsstromes bestimmt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird mittels der aufgenommenen Messwerte für den Antriebsstrom des Elektromotors oder mittels des erstellten Strom/Zeit-Diagramms eine Unterbrechung der Übertragungskette vom Elektromotor zum beweglichen Kontaktstück, insbesondere ein Bruch der Schaltstange, erkannt. Das Messwerte können dabei sowohl während eines Schaltvorgangs mit einem Bewegungsverlauf mit verringerter Geschwindigkeit als auch im Normalbetrieb aufgenommen werden. Eine solche Unterbrechung wird insbesondere dann erkannt, wenn der Antriebsstrom einen festgelegten Grenzwert unterschreitet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Bewegungsverlauf mit einem konstanten Antriebsstrom des Elektromotors vorgebbar, wobei der Antriebsstrom kleiner als im Normalbetrieb ist. Wird für den Antriebsstrom beispielsweise ein Wert von 5% bis 20%, vorzugsweise 10%, des Wertes im Normalbetrieb vorgegeben, so dauert ein Schaltvorgang ebenfalls mehrere Sekunden und es kann eine höhere Anzahl von Messwerten aufgenommen werden.
Eine besonders anschauliche Auswertung erhält man, indem aus den aufgenommenen oder gespeicherten Messwerten für den zurückgelegten Weg des beweglichen Kontaktstücks ein Weg/Zeit-Diagramm erstellt wird. Ein solches Diagramm ermöglicht eine vergleichsweise einfache visuelle Überprüfung durch einen Bediener. Das erstellte Diagramm dient zur Bewertung des Zustands der Kontakte.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird mittels des erstellten Weg/Zeit-Diagramms der Kontaktabbrand der Vorkontakte des Leistungsschalters ermittelt. Der Kontaktabbrand wird dabei durch Ermittlung des Zeitpunktes des ersten Abfallens der Steigung der Kurve bestimmt.
Vorteilhaft ist weiterhin, in einem ersten Verfahrensschritt, insbesondere bei Vorgabe eines langsamen Bewegungsverlaufs mit verringerter Geschwindigkeit und/oder mit verringertem Antriebsstrom, den zu untersuchenden Leistungsschalter spannungslos zu schalten. Derart entsteht während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kein zusätzlicher Kontaktabbrand.
Vorteilhafterweise wird eine dynamische Widerstandsmessung zur Ermittlung des Zustands der Vor- und Hauptkontakte, insbesondere während einer Schalthandlung mit einem Bewegungsverlauf mit verringerter Geschwindigkeit oder mit verringertem Antriebsstrom, durchgeführt.
Während der dynamischen Widerstandsmessung wird eine Stromquelle an den Leistungsschalter angelegt. Anschließend wird ein Schaltvorgang, insbesondere ein Ausschaltvorgang, durchgeführt. Während des Schaltvorgangs werden Messwerte für den durch den Leistungsschalter fließenden Strom und/oder für den Spannungsabfall an der Schaltstrecke aufgenommen. Die aufgenommenen Messwerte werden zur Bewertung des Zustands der Kontakte herangezogen
In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die Auswertung der aufgenommenen Messwerte direkt in der Steuereinheit des Elektromotors. Somit ist während des Betriebs eines Leistungsschalters eine ständige Überwachung der Übertragungskette, insbesondere der Schaltstange, ermöglicht.
In einer weiteren Ausgestaltungsform ist zur Auswertung der aufgenommenen Messwerte eine separate Datenverarbeitungseinrichtung vorgesehen, welche mit der Steuereinheit des Elektromotors verbunden ist. Dabei werden beispielsweise die von der Steuereinheit aufgenommenen Messwerte für den Antriebsstrom und/oder den Weg des beweglichen Kontaktstücks von der Steuereinheit zu der Datenverarbeitungseinheit übertragen, welche die Erstellung eines Diagramms vornimmt. Alternativ wird ein Diagramm in der Steuereinheit erstellt und zu der Datenverarbeitungseinheit übertragen, welche das erstellte Diagramm an einem Bildschirm graphisch darstellt oder ausdruckt.
Alternativ zur Erstellung eines Strom/Zeit-Diagramms oder eines Weg/Zeit-Diagramms ist auch eine numerische Auswertung der aufgenommenen Messwerte möglich. Numerische Auswertung bedeutet, dass die gesuchten Größen, beispielsweise der Kontaktabbrand der Vorkontakte, aus den Zahlenwerten der aufgenommenen Messwerte berechnet werden. Ebenso ist aus den Zahlenwerten der aufgenommenen Messwerte eine Unterbrechung der Übertragungskette erkennbar. Eine solche numerische Auswertung kann beispielsweise in der Steuereinheit oder in einer daran angeschlossenen Datenverarbeitungseinheit durchgeführt werden.
Anhand der Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, werden die Erfindung, vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung, sowie weitere Vorteile näher erläutert und beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1
eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2
ein Strom/Zeit-Diagramm,
Fig. 3
ein Weg/Zeit-Diagramm und
Fig. 4
ein Diagramm einer dynamischen Widerstandsmessung.
In Fig. 1 ist schematisch eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Ein bewegliches Kontaktstück eines Leistungsschalters 2 wird mittels einer Übertragungskette 6 von einem steuerbaren Elektromotor 4 angetrieben. Die Übertragungskette 6 weist dabei neben einer Schaltstange zum direkten Antrieb des beweglichen Kontaktstücks noch weitere Komponenten, beispielsweise ein Getriebe auf. Der Elektromotor 4 ist hier als Servomotor ausgeführt, er kann auch ohne weiteres oder als Schrittmotor ausgestaltet sein.
Als Leistungsschalter 2 kommen Hoch- und Mittelspannungsleistungsschalter in Betracht. Hochspannungsleistungsschalter sind dabei für Betriebsspannungen von mehr als 100 kV und Betriebsströme von etwa 600 A bis 3.000 A ausgelegt. Die Dauer eines Schaltvorgangs beträgt in der Regel zwischen 10 und 100 ms. Mittelspannungsleistungsschalter sind hingegen für Betriebsspannungen von etwa 1 kV bis 100 kV und Betriebsströme von etwa 600 A bis 4.000 A ausgelegt. Die Dauer eines Schaltvorgangs beträgt in der Regel zwischen 10 und 100 ms.
Der Elektromotor 4 wird von einer Steuereinheit 8 angesteuert, welche den Antriebsstrom für den Elektromotor 4 vorgibt. Der Elektromotor 4 überträgt auch Daten, wie Winkelgeschwindigkeit und Position des Rotors, an die Steuereinheit 8. Zur Erstellung und/oder zur Darstellung und/oder zur Ausgabe von erstellten Diagrammen ist eine separate Datenverarbeitungseinrichtung 9 vorgesehen, welche mit der Steuereinheit 8 verbunden ist, und an welche die Steuereinheit 8 Daten überträgt.
Jede Position des Rotors des Elektromotors 4 entspricht einer eindeutigen Position des beweglichen Kontaktstücks des Leistungsschalters 2.
In Fig. 2 ist ein Strom/Zeit-Diagramm dargestellt, das den Verlauf eines Antriebsstroms la des Elektromotors 4 während eines Einschaltvorgangs zeigt. Der Einschaltvorgang erfolgt mit einem Bewegungsverlauf mit annähernd konstanter Geschwindigkeit. Die Geschwindigkeit ist im Vergleich zum Normalbetrieb verringert, und der Einschaltvorgang, nämlich von einem Zeitpunkt T02 bis zu einem Zeitpunkt T52, dauert mehrere, beispielsweise fünf bis zehn, Sekunden. Auf der Abszisse ist dabei eine Zeit t und auf der Ordinate der Antriebsstrom la aufgetragen.
Der besagte Bewegungsverlauf wird durch eine Regelung des Antriebsstroms erreicht. Der Elektromotor 4 überträgt Daten für die aktuelle Position des Rotors an die Steuereinheit 8. Die Steuereinheit 8 regelt den Antriebsstrom derart, dass der vorgegebene Bewegungsverlauf eingehalten wird. Das bewegliche Kontaktstück wird also mit konstanter Geschwindigkeit zum festen Kontaktstück hin bewegt.
Bis zu dem Zeitpunkt T02 ist der Leistungsschalter 2 ausgeschaltet. Im Zeitpunkt T02 beginnt der Einschaltvorgang. Zwischen dem Zeitpunkt T02 und einem Zeitpunkt T12 ist eine annähernd konstante Reibung zu überwinden, welche unter anderem von dem Getriebe, den Durchführungen und der Schaltkammer des Leistungsschalters 2 verursacht wird. Hierfür muss von dem Elektromotor ein konstantes Drehmoment aufgebracht werden, welches annähernd proportional zu dem Antriebsstrom ist. Der Antriebsstrom ist zwischen dem Zeitpunkt T02 und dem Zeitpunkt T12 annähernd konstant.
Zu dem Zeitpunkt T12 berühren sich die Vorkontakte des beweglichen und des festen Kontaktstücks, die auch als Lichtbogenkontakte bezeichnet werden. Der Elektromotor 4 muss nun einen zusätzlichen mechanischen Widerstand überwinden. Das erforderliche Drehmoment und der Antriebsstrom la steigen an. Zu einem Zeitpunkt T22 ist die Kontaktierung der Vorkontakte vollständig erfolgt. Im einem Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt T22 und einem Zeitpunkt T32 sind die zu überwindende Reibung und auch der Antriebsstrom la wieder konstant.
Zu dem Zeitpunkt T32 berühren sich die Hauptkontakte des beweglichen und des festen Kontaktstücks. Der Elektromotor 4 muss einen weiteren mechanischen Widerstand überwinden und der erforderliche Antriebsstrom steigt wiederum an. Zu einem Zeitpunkt T42 ist die Kontaktierung der Hauptkontakte vollständig erfolgt, und im Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt T42 und einem Zeitpunkt T52 sind die zu überwindende Reibung und der Antriebsstrom la wieder konstant. Zu dem Zeitpunkt T52 ist der Leistungsschalter 2 eingeschaltet und der Einschaltvorgang ist damit abgeschlossen.
Der Kontaktabbrand der Vorkontakte wird aus der Zeitspanne von dem Zeitpunkt T02 bis zu dem Zeitpunkt T12, das heißt, aus der Zeitspanne vom Beginn des Einschaltvorgangs bis zum ersten Anstieg des Antriebsstroms la, bestimmt. Ein größerer Kontaktabbrand bewirkt, dass das bewegliche Kontaktstück einen größeren Weg bis zur Berührung der Vorkontakte zurücklegen muss, und dass die Zeitspanne von dem Zeitpunkt T02 bis zu dem Zeitpunkt T12 größer wird. Wenn diese Zeitspanne einen bestimmten, vorgegebenen Wert übersteigt, so ist eine Verschleißgrenze erreicht und die Kontakte sind auszuwechseln.
Bei neuen, nicht verschlissenen Vorkontakten findet die Berührung zu einem Zeitpunkt Tn2 statt. Dieser Wert ist aus einer Messung bekannt, die im Neuzustand durchgeführt worden ist. Der Kontaktabbrand lässt sich quantitativ aus der Zeitdifferenz T12 - Tn2, also aus der Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt Tn2 und dem Zeitpunkt T12, berechnen. Der Kontaktabbrand ergibt sich durch Multiplikation dieser Zeitdifferenz mit der vorgegebenen konstanten Geschwindigkeit, mit der das bewegliche Kontaktstück zum festen Kontaktstück hin bewegt wird. Eine Verschleißgrenze ist in der Regel bei einem Kontaktabbrand von etwa zwei bis drei Millimeter erreicht.
Aus der Größe des Antriebsstromes sind Fehler in der Übertragungskette 6 erkennbar. Sinkt der Wert des Antriebsstromes unter einen vorgegebenen Minimalwert Imin, so bedeutet dies, dass der Elektromotor 4 ein kleineres Drehmoment aufbringen muss. Durch den erfindungsgemäßen Verfahrensschritt wird erkannt, dass nicht die vollständige Übertragungskette 6 einschließlich des beweglichen Kontaktstücks des Leistungsschalters 2 angetrieben wird. Es liegt hier nämlich eine Unterbrechung der Übertragungskette 6, beispielsweise ein Bruch der Schaltstange, vor.
Übersteigt der Wert des Antriebsstromes hingegen einen vorgegebenen Maximalwert Imax, so muss der Elektromotor eine erhöhte Reibung überwinden. Eine mögliche Ursache hierfür ist zunehmender Verschleiß in der Übertragungskette 6, beispielsweise in dem Getriebe, einer Durchführung oder einer Kontaktbahn.
Wenn der Wert des Antriebsstromes den vorgegebenen Maximalwert übersteigt, so wird daraus ein Verschleiß in der Übertragungskette 6 erkannt, welcher über einer vorgegebenen Verschleißgrenze liegt. Wir ein über der gewählten Verschleißgrenze liegender Verschleiß erkannt, so kann eine entsprechende Meldung generiert werden, beispielsweise ein Hinweis auf eine nötige Wartung.
Die Auswertung der Größe des Antriebsstromes zur Erkennung von Fehlern in der Übertragungskette 6 ist dabei sowohl mittels eines Strom/Zeit-Diagramms möglich, welches bei konstanter, verringerter Geschwindigkeit erstellt wurde, als auch mittels eines Strom/Zeit-Diagramms, welches im Normalbetrieb erstellt wurde.
In Fig. 3 ist ein Weg/Zeit-Diagramm dargestellt, das den Weg des beweglichen Kontaktstücks des Leistungsschalters 2 während eines Einschaltvorgangs zeigt. Der Einschaltvorgang erfolgt mit einem Bewegungsverlauf mit annähernd konstantem Antriebsstrom. Der Antriebsstrom, der annähernd proportional zum Drehmoment des Elektromotors 4 ist, ist im Vergleich zum Normalbetrieb verringert. Im Normalbetrieb hat der Antriebsstrom eine Größe von etwa 100 - 300 A. In diesem Beispiel wird der Antriebsstrom auf etwa 10% des Wertes im Normalbetrieb, also auf etwa 20 A reduziert. Ein Einschaltvorgang dauert somit ein vielfaches der Zeitdauer, die im Normalbetrieb benötigt wird, beispielsweise fünf bis zehn Sekunden.
Auf der Abszisse ist die Zeit t und auf der Ordinate ein Weg s des beweglichen Kontaktstücks des Leistungsschalters 2 aufgetragen. Der Weg s des beweglichen Kontaktstücks wird in diesem Beispiel indirekt über die Position des Rotors des Elektromotors 4 bestimmt. Der Weg s kann jedoch auch mittels eines separaten Wegaufnehmers aufgenommen werden.
Bis zu einem Zeitpunkt T03 befindet sich das bewegliche Kontaktstück in einer Position S0, in welcher der Leistungsschalter 2 ausgeschaltet ist. Im Zeitpunkt T03 beginnt der Einschaltvorgang. In einem Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt T03 und einem Zeitpunkt T13 ist eine konstante Reibung zu überwinden, und es ergibt sich eine Bewegung mit einer annähernd konstanten Geschwindigkeit. Im Diagramm ist dies durch eine Gerade mit konstanter Steigung erkennbar.
Zu dem Zeitpunkt T13 befindet sich das bewegliche Kontaktstück in einer Position S1, in welcher sich die Vorkontakte berühren. Ab dem Zeitpunkt T13 ist ein zusätzlicher mechanischer Widerstand zu überwinden, und die Bewegung wird verlangsamt. Zu einem Zeitpunkt T23, in dem sich das bewegliche Kontaktstück in einer Position S2 befindet, ist die Kontaktierung vollständig erfolgt und im nachfolgenden Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt T23 und einem Zeitpunkt T33 sind die Reibung und die Geschwindigkeit wieder konstant.
Zu einem Zeitpunkt T33 befindet sich das bewegliche Kontaktstück in einer Position S3 und die Hauptkontakte berühren sich. Es ist ein weiterer mechanischer Widerstand zu überwinden und die Bewegung wird verlangsamt. Ab einem Zeitpunkt T43, wenn die Kontaktierung der Hauptkontakte erfolgt ist und das bewegliche Kontaktstück sich in einer Position S4 befindet, sind die Reibung und die Geschwindigkeit des beweglichen Kontaktstücks wieder konstant. Zu einem Zeitpunkt T53 befindet sich das bewegliche Kontaktstück in einer Position S5, in welcher der Leistungsschalter 2 eingeschaltet ist.
Der Kontaktabbrand der Vorkontakte wird aus der Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt T03 und dem Zeitpunkt T13, das heißt, aus der Zeitspanne von Beginn des Einschaltvorgangs bis zu dem ersten Abfallen der Steigung der Kurve, bestimmt. Wenn der zum Zeitpunkt T13 zugehörige Wert S1, welcher die Position des beweglichen Kontaktstücks bei Berührung der Vorkontakte angibt, einen bestimmten, vorgegebenen Wert übersteigt, so ist die Verschleißgrenze erreicht.
Findet bei neuen, nicht verschlissenen Vorkontakten die Berührung beispielsweise zu einem Zeitpunkt'Tn3 und bei einer Position Sn statt, so ergibt sich der Kontaktabbrand quantitativ als Differenz S1 - Sn, also als Weg zwischen der Position S1 und der Position Sn.
In Fig. 4 ist ein Diagramm einer dynamischen elektrischen Widerstandsmessung während eines Ausschaltvorgangs dargestellt. Der Ausschaltvorgang findet dabei mit einem Bewegungsverlauf mit konstanter, verringerter Geschwindigkeit statt.
Zu Beginn der dynamischen Widerstandsmessung wird eine Stromquelle an den geschlossenen Leistungsschalter 2 angelegt, die einen annähernd konstanten Strom, beispielsweise Gleichstrom, einspeist. Während des Ausschaltvorgangs werden ein durch den Leistungsschalter 2 fließender Strom Id und der Spannungsabfall über der Schaltstrecke gemessen. Dieser Spannungsabfall, welcher der Spannung zwischen dem beweglichen und dem festen Kontaktstück entspricht, wird im folgenden als Spannung Ud bezeichnet. Auf der Abszisse des Diagramms ist die Zeit t und auf der Ordinate sind der Strom Id durch den Leistungsschalter 2 und die Spannung Ud am Leistungsschalter 2 aufgetragen.
Die Verläufe der Spannung Ud und des Stromes Id während des Ausschaltvorgangs geben Aufschluss über den Zustand der Vor- und Hauptkontakte. Zu einem Zeitpunkt T54 ist der Leistungsschalter 2 geschlossen, die Spannung Ud ist annähernd Null und der Strom Id ist maximal.
Zu einem Zeitpunkt T34, zu dem die Trennung der Hauptkontakte stattfindet, steigt die Spannung Ud kurzzeitig in Form eines Impulses an. Zu einem Zeitpunkt T14, zu dem die Trennung der Vorkontakte des festen und des beweglichen Kontaktstücks erfolgt, steigt die Spannung Ud auf einen maximalem Wert an und der Strom Id fällt auf Null. Zu einem Zeitpunkt T04 ist der Leistungsschalter ausgeschaltet, die Spannung Ud ist maximal und der Strom Id ist gleich Null.
Der Kontaktabbrand kann aus der Zeitspanne von dem Zeitpunkt T14 bis zu dem Zeitpunkt T04 bestimmt werden. Wenn diese Zeitspanne einen bestimmten, vorgegebenen Wert übersteigt, so ist eine Verschleißgrenze erreicht und die Kontakte sind auszuwechseln.
Alternativ ist auf der Abszisse der Weg s des beweglichen Kontaktstücks des Leistungsschalters 2 auftragbar. Aus einem solchen Diagramm sind die Positionen der Trennung der Vor- und Hauptkontakte direkt ablesbar.
Eine dynamische Widerstandsmessung ist auch mit einem Schaltvorgang im Normalbetrieb oder mit einem Bewegungsverlauf mit verringertem Antriebsstrom durchführbar.
Bezugszeichenliste
2:
Leistungsschalter
4:
Elektromotor
6:
Übertragungskette
8:
Steuereinheit
9:
Datenverarbeitungseinrichtung
la:
Antriebsstrom
Imax:
maximaler Strom
Imin:
minimaler Strom
t:
Zeit
T02, T03, T04:
Leistungsschalter ausgeschaltet
T12, T13:
Zeitpunkt der Berührung der Vorkontakte
T22, T23:
Zeitpunkt der vollständigen Kontaktierung der Vorkontakte
T32, T33:
Zeitpunkt der Berührung der Hauptkontakte
T42, T43:
Zeitpunkt der vollständigen Kontaktierung der Hauptkontakte
T52, T53, T54:
Leistungsschalter eingeschaltet
Tn2, Tn3:
Zeitpunkt der Berührung der Vorkontakte ohne Verschleiß
T14:
Zeitpunkt der Trennung der Vorkontakte
T34:
Zeitpunkt der Trennung der Hauptkontakte
s:
Weg
S0:
Position bei ausgeschaltetem Leistungsschalter
S1:
Position bei Berührung der Vorkontakte
S2:
Position bei vollständiger Kontaktierung der Vorkontakte
S3:
Position bei Berührung der Hauptkontakte
S4:
Position bei vollständiger Kontaktierung der Hauptkontakte
S5:
Position bei eingeschaltetem Leistungsschalter
Sn:
Position bei Berührung der Vorkontakte ohne Verschleiß
Ud:
Spannung am Leistungsschalter
Id:
Strom durch den Leistungsschalter

Claims (16)

  1. Verfahren zur Untersuchung eines Leistungsschalters (2) mit mindestens einem feststehenden Kontaktstück und mit mindestens einem beweglichen Kontaktstück, das von einem steuerbaren Elektromotor (4) bewegt wird, wobei das feststehende Kontaktstück und das bewegliche Kontaktstück je einen Vorkontakt und je einen Hauptkontakt aufweisen, wobei ein Schaltvorgang mit einem vorgebbaren Bewegungsverlauf durchgeführt wird, und wobei während des Schaltvorgangs Messwerte für den Antriebsstrom des Elektromotors (4) und/oder für den zurückgelegten Weg des beweglichen Kontaktstücks mittels einer Messvorrichtung aufgenommen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgenommenen Messwerte zur Bewertung des Zustandes der Kontakte oder zur Bewertung des Zustandes der Übertragungskette (6) herangezogen werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgenommenen Messwerte unmittelbar oder nach einer Datenaufbereitung gespeichert werden, bevor die Bewertung erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bewegungsverlauf mit annähernd konstanter, im Vergleich zum Normalbetrieb geringerer, Geschwindigkeit vorgegeben wird.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus den aufgenommenen oder gespeicherten Messwerten für den Antriebsstrom des Elektromotors (4) ein Strom/Zeit-Diagramm als Bewertung des Zustandes der Kontakte oder als Bewertung des Zustandes der Übertragungskette (6) erstellt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des erstellten Strom/Zeit-Diagramms, insbesondere durch Ermittlung des Zeitpunkts des ersten Anstiegs des Antriebsstroms, der Kontaktabbrand der Vorkontakte ermittelt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des erstellten Strom/Zeit-Diagramms, insbesondere bei Unterschreitung eines festgelegten Grenzwertes für den Antriebsstrom, eine Unterbrechung der Übertragungskette (6), insbesondere ein Bruch der Schaltstange, erkannt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des erstellten Strom/Zeit-Diagramms, insbesondere bei Überschreitung eines festgelegten Grenzwertes für den Antriebsstrom, ein über einer vorgegebenen Verschleißgrenze liegender Verschleiß in der Übertragungskette (6) erkannt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bewegungsverlauf mit annähernd konstantem, im Vergleich zum Normalbetrieb geringerem, Antriebsstrom vorgegeben wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass aus den aufgenommenen oder gespeicherten Messwerten für den zurückgelegten Weg des beweglichen Kontaktstücks ein Weg/Zeit-Diagramm als Bewertung des Zustandes der Kontakte erstellt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des erstellten Weg/Zeit-Diagramms, insbesondere durch Ermittlung des Zeitpunktes des ersten Abfallens der Steigung der Kurve des Weg/Zeit-Diagramms, der Kontaktabbrand der Vorkontakte ermittelt wird.
  11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als erster Verfahrensschritt der Leistungsschalter (2) spannungslos geschaltet wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schaltvorgangs zusätzlich eine dynamische Widerstandsmessung durchgeführt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die dynamische Widerstandsmessung folgende Schritte umfasst:
    eine Stromquelle wird an den Leistungsschalter (2) angelegt,
    während des Schaltvorgangs werden Messwerte für den durch den Leistungsschalter (2) fließenden Strom und/oder für den Spannungsabfall an der Schaltstrecke aufgenommen, und
    die aufgenommenen Messwerte werden zur Bewertung des Zustands der Kontakte herangezogen.
  14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte von der Steuereinheit (8) des Elektromotors (4) aufgenommen werden.
  15. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenaufbereitung und/oder die Speicherung der aufgenommenen Messwerte und/oder die Bewertung des Zustandes der Kontakte und/oder die Bewertung des Zustandes der Übertragungskette (6) in der Steuereinheit (8) des Elektromotors (4) durchgeführt wird.
  16. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenaufbereitung und/oder die Speicherung der aufgenommenen Messwerte und/oder die Bewertung des Zustandes der Kontakte und/oder die Bewertung des Zustandes der Übertragungskette (6) in einer mit der Steuereinheit (8) des Elektromotors (4) verbundenen Datenverarbeitungseinrichtung (9) durchgeführt wird.
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