EP1573761B1 - Procede et dispositif pour determiner la duree de vie residuelle d'un appareil de commutation - Google Patents

Procede et dispositif pour determiner la duree de vie residuelle d'un appareil de commutation Download PDF

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    • 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
    • H—ELECTRICITY
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    • H01H50/00—Details of electromagnetic relays
    • H01H50/08—Indicators; Distinguishing marks

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the remaining service life of a switching device.
  • the invention relates to an associated apparatus for carrying out the method.
  • EP 0 694 937 B1 under protection.
  • Specific methods for use with switching devices are described in EP 0 878 016 B1, EP 0 878 015 B1 and EP 1 002 325 B1. In so doing, it is always assumed that the changes in throughput during the switch-off process, i. be detected by an electromagnetic drive when opening the switch contacts, from which specifically determined the burnup of the switch contacts and from this the remaining life of the switching device is determined.
  • the detection of the changes in pressure is now carried out especially during the switch-on process, i. when closing the switch contacts by the magnetic drive, with at least one position sensor takes place three times to three positions of the contacts.
  • a position sensor is non-positively coupled to the contact for this purpose on the armature of the magnetic drive.
  • the contact stroke is comparatively low in vacuum switches compared to air switching devices (up to 2 mm), but by the contact closing force, which is generated by applying force to the device mechanism and achievable only via lever force deflection and power transmission, wear and tear, especially at the pivot points the device mechanics can easily occur.
  • the method described below for determining the remaining service life of switching contacts consists essentially in the timely detection of predetermined, discrete positions of a magnet armature of a contactor drive and / or certain components of the switching device drive and in the determination of the speed and the (average) acceleration of the component on which the Position measurement is made to these predetermined positions. In addition, it consists in the measurement of the switch-on of the switching contacts during their closing movement and the determination of the contact-closing positions relative to the detected, discrete positions.
  • FIG. 1 shows schematically the path-time curve 1 of a component of the switching device whose path is identical to the contact path, the path either but also over a constant Factor or via a given function with the contact path can be mathematically linked.
  • a mean value of a constant acceleration is determined. From the determined values of the speed and the acceleration, as well as from the relative positions of the position sensors to each other and their position times, the position of the closing contact can be determined for the contact closing time t 3 by a simple mathematical relationship.
  • the still unknown contact closing position between the position x 2 which represents the end of the distance interval for speed determination, and the position x 4 , which is in the closing direction of the component after the contact-closing position, is unknown. It can be seen that the closer the path interval between the positions x 1 and x 4 is selected, the more accurate the contact closing position x 3 can be determined. Ideally, positions x 1 and x 4 are chosen to confidently enclose the contact closing position due to contact and / or mechanical wear, but the path interval between them will not be significantly greater than the difference in contact closing positions at the beginning and end to the end of the contact life.
  • FIG. 2 shows a known magnetic drive for a switching device and designates it as 100. It consists in a known manner, for example, E-shaped magnetic yoke with magnetic coils and a magnet armature.
  • an associated switching device is specifically a contactor.
  • This may be an air contactor but also a vacuum contactor, in the latter case, the articulation of the drive to the moving contacts of the contactor is more complex.
  • a yoke is denoted by 101, sit on the two magnetic coils 102 and 102 'for magnetic excitation.
  • the pole faces of the magnetic yoke are labeled 103 and 103 '.
  • the magnet yoke 101 is associated with a magnet armature 110, which is attracted to the magnetic yoke by the magnet yoke upon excitation of the magnetic drive.
  • FIG. 2 shows the full opening position of the magnet armature 110.
  • a carrier 130 On the magnet armature, a carrier 130 is arranged for a moving contact 141, wherein in Figure 2, the carrier 130 is movable in the vertical direction.
  • the moving contact 141 is brought into the closed position to the fixed contact 151.
  • a position transmitter 120 is arranged in frictional contact with the magnet armature 110.
  • the position sensor 120 is essentially used to detect certain position times in the armature movement and will be described in more detail in the other figures.
  • FIG. 3 shows the magnetic drive with a specific embodiment of a position transmitter 120, whose advantages lie in its simplicity, robustness and precision in detecting the predetermined positions.
  • the constructively predeterminable number of positions to be detected can be considerably above the minimum number of three positions, ie (x 1 , x 2 and x 4 ).
  • the position sensor 120 is formed as a cylindrical rod, which is pressed by a spring 127 with moderate spring force against the armature 110 and can be moved in an associated housing 126.
  • the off state of the magnetic drive 100 of the position sensor 120 is located on the armature 110, which is taken during the switching movement of the armature 110 of the position sensor 120 and acting on him acceleration forces, but no impact forces.
  • the cylindrical surface 121 of the position sensor 120 is in the axial direction in a plurality of conductive and non-conductive surface portions 122 to 124. Since the outer diameter of all surface portions 122 to 124 are identical and they join each other without a parting line, one obtains a smooth cylindrical surface of alternating axially in the axial direction conductive and non-conductive sections.
  • Such an electrically conductive portion may be e.g. a good conductive metallic ring 125 whose height is e.g. 1mm or less.
  • the position detection can be done by electrical contact external contact members with this metal ring.
  • the contact can be realized instead by a sliding contact by a rolling contact.
  • An electrical measuring circuit is connected to this measuring contact, which derives a voltage signal (on / off) from the contact signal (on / off). If, for example, the instantaneous closing speed of the component is 1 m / s, the measuring contact will deliver as the 1 mm passes high metal ring times of the switching edges of the voltage signal, which have a time interval of 1 millisecond. At each segment boundary of the surface sections, therefore, a time signal can be taken.
  • the position sensor 120 according to FIG. 3 therefore provides an alternating square-wave voltage signal which coincides in time with the conductivity signal of the passing segmented cylinder jacket surface produced at the measuring contact.
  • FIG. 4 shows the contact apparatus 40 of an air contactor and the armature 110 with the position transmitter 120 on one side and the bridge carrier 130 on the other side corresponding to FIG.
  • the movable part of the contact apparatus is introduced with its components. Specifically, a contact bridge 140 with BewegCounten 141, 141 'attached to a spring housing 160 with abutment 161, wherein the contact bridge 140 is supported at open contacts by a contact force spring 165 against the bridge girder 130.
  • the contact force spring 165 generates the contact force and the closing positions of armature and contact bridge determine the pressure of the spring.
  • v ( x 2 - x 1 ) / ( t 2 - t 1 )
  • x 4 - x 1 v * t 4 - t 1 + 0.5 * b m * t 4 - t 1 2 .
  • b m 2 / ( t 4 - t 1 ) * ( x 4 - x 1 ) / ( t 4 - t 1 ) - x 2 - x 1 ) / ( t 2 - t 1 ) / ( t 2 - t 1
  • the measured values of the component positions and the switch-on contact to become a channel (x 3 -x 1) is recalculated on a microprocessor. Due to contact wear, possibly with additional mechanical wear, a current value of the travel is obtained during switching operation (x 3 -x 1 ).
  • the wear for example in mm here is, by the difference of the calculated paths (x 3 -x 1) - redistributed (x 3 -x 1).
  • this difference corresponds to the decrease in the through-pressure by reducing the contact piece thickness.
  • the mechanical, reduced pressure drop is also recorded as part of the total reduction in permeate pressure since the contacts and the drive components are in frictional contact during the accelerated switch-on movement.
  • FIG. 5 illustrates the mathematical procedure with reference to a flowchart.
  • the individual steps 201 to 212 are largely self-explanatory: About the start and a presetting of switchgear encoder data corresponding to the positions 201 and 202, the times t 2 , t 3 and t 4 are determined according to position 205. From this, the output values x 3 (t 3 ) and x 1 (t 1 ) or their difference x 3 -x 1 can be calculated correspondingly. The difference (x 3 -x 1 ) new - (x 3 -x 1 ) results in the current change in pressure according to item 210.
  • the change in pressure is correlated with the life end of the contacts and, if the given conditions are met, according to position 212 finished the program. If this is not the case, the position 203 is returned and t 1 , t 2 and t 3 are re-determined according to the positions 204, 205. Positions 206 and 208, respectively, provide test routines for averaging x 3 -x 1 .
  • the current value (x 3 -x 1 ) is newly determined at the beginning of a new life cycle, which implicitly includes the current state of wear of the switching device mechanism. This ensures a reliable assessment of contact wear in each subsequent life cycle.
  • a particularly advantageous development of the procedure described above is a speed control of the drive:
  • speed-controllable drives in particular contactor drives, which consist of a controllable, magnetic drive
  • the speed v measured with the position sensor can be used to iteratively set the drive to a predetermined speed , or to limit the speed to a predetermined value range.
  • the control parameters with each switching on of the drive with a predetermined parameter step in the direction of higher speed as long as the speed is less than the setpoint or less than the setpoint range, or set to lower speed as long as the speed is greater than the setpoint or above the setpoint range. This ensures that the contacts close after reaching the speed setting with the specified speed.
  • a particular advantage is that the method can be applied to existing shooters. However, this requires the detection of the voltage waveform with an A / D converter or zero-crossing detection on the control voltage.
  • the predetermined and empirically determinable path-time curve of the magnetic drive according to Figure 1 is used.
  • the change of the Einschaltweges in use state with respect to the new condition then provides a direct or proportional measure in the change in the contact piece thickness.
  • a pressure value of the contact force spring is determined and determined from the change in use, the wear-related change in pressure.
  • Advantage of this method is a simple detection of the timestamps. However, a modification of the contactor structure and thus a redesign may be required for the method.
  • an advantageous embodiment of a speed control of the drive can be carried out as follows: By means of several position rings on a position sensor, it is possible to measure the path during the armature movement and to achieve an almost constant speed for closing the switching device by controlling the magnetic force. As a result, not only the switching movement is optimized, but also the forces causing the wear on the mechanically moving parts are minimized as much as possible.

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Abstract

Dans un appareil de commutation, les contacts de commutation sont amenés en position de mise en circuit ou hors circuit par un mécanisme d'appareil de commutation (100), une détente de contact du ressort à force de contact étant produite pour générer la force de contact prédéfinie en position de mise en circuit. La durée de vie d'un tel appareil de commutation est déterminée, d'une part, par une usure des contacts de commutation et, d'autre part, par une usure mécanique du mécanisme d'appareil de commutation. On sait déterminer l'usure des contacts de commutation par détection de la variation de la détente de contact dans l'entraînement de l'appareil de commutation. Selon l'état de la technique, cette mesure se fait toujours lors de la mise hors circuit. Selon l'invention, la variation de la détente de contact est désormais détectée lors de la mise en circuit, ce qui permet de détecter en particulier aussi l'usure mécanique des appareils de commutation. Le dispositif selon l'invention comprend un entraînement magnétique (100) constitué d'une armature (101), d'une culasse (110) et de bobines magnétiques (102, 102') et un capteur de position (120) est couplé à l'armature d'aimant (110) en contact par liaison de force.

Claims (18)

  1. Procédé de détermination de la durée de vie restante d'un appareil de coupure, dont la durée de vie est conditionnée par une érosion de contact de commutation d'une part et par une usure mécanique d'un mécanisme d'appareil de coupure associé d'autre part, comprenant des contacts (141, 141', 151, 151') de commutation, qui sont mis par le mécanisme d'appareil de coupure en une position fermée ou ouverte, dans lequel, pour appliquer une force de contact prescrite dans la position fermée, on produit une compression d'un ressort (127) de force de contact et on détermine notamment l'érosion de contact de commutation en détectant la variation de compression, caractérisé en ce que l'on effectue les opérations suivantes :
    - on détecte la variation de compression lors de l'opération de fermeture de l'appareil de coupure,
    - on détermine l'érosion de contact de commutation d'une part et l'usure mécanique du mécanisme d'appareil de coupure d'autre part, en déterminant la variation de compression lors de l'opération de fermeture.
    - en utilisant, à cet effet, au moins un indicateur (120) de position, par lesquels on détermine, pendant l'opération de fermeture, au moins trois instants pour trois positions de contact.
  2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on détermine la vitesse de fermeture du ou des contacts à partir de deux des positions et des instants associés.
  3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on détermine à partir du troisième instant de la troisième position l'augmentation ou la diminution de la vitesse de fermeture.
  4. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on calcule la position du contact à partir de la durée de fermeture du contact.
  5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'on détermine la variation de compression à partir de la modification de la position du contact.
  6. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, pour détecter la compression, on effectue une détermination dans le temps de positions prescrites des éléments mobiles du mécanisme de l'appareil de coupure.
  7. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, pour détecter la compression, on effectue une détermination de la vitesse et/ou de l'accélération d'éléments mobiles du mécanisme d'appareil de coupure d'une part, et une mesure des instants de fermeture des contacts de commutation pendant leur mouvement de fermeture.
  8. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on règle la vitesse des éléments mobiles lors de l'opération de fermeture.
  9. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1 ou l'une des revendications 2 à 9, dans lequel l'appareil de coupure est un contacteur dans lequel les contacts (141, 141') mobiles sont formés par l'armature (110) d'aimant d'un entraînement (100) à aimant, formé de l'armature (110) d'une culasse (101) et de bobines (102, 102') d'électroaimant, sont mis en une position de fermeture ou d'ouverture, caractérisé en ce qu'un indicateur (120) de position est couplé à complémentarité de force à l'armature (110) d'aimant.
  10. Dispositif suivant la revendication 9, caractérisé en ce que des contacts (122 à 124) annulaires d'indication de position sont présents sur l'indicateur (120)de position.
  11. Dispositif suivant la revendication 9, caractérisé en ce que des galets (125) de contact pour indiquer un contact en fonction de la position sont disposés sur l'indicateur (120) de position.
  12. Dispositif suivant la revendication 11, caractérisé en ce que l'indicateur de position est constitué sous la forme d'un barreau (120) cylindrique dont la surface (121) latérale cylindrique est subdivisée dans la direction axiale en plusieurs tronçons (122, 124) de surface conducteurs et non conducteurs.
  13. Dispositif suivant l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que par l'indicateur de position on peut déduire, à partir de l'instant (t3) de fermeture du contact, une position (x3) relative du contact par rapport aux positions (x1, x2, x4) de l'indicateur, avec possibilité de déterminer l'érosion de contact à partir de sa modification par rapport à une valeur (X3neu) à l'état neuf.
  14. Dispositif suivant la revendication 13, caractérisé en ce que la durée de vie restante peut être déterminée à partir des positions (x3) relatives du contact à l'état d'utilisation et à l'état (x3neu) neuf.
  15. Dispositif suivant l'une des revendications 9 à 14, caractérisé par des moyens de calcul et d'affichage de la durée de vie restante de l'appareil de coupure.
  16. Dispositif suivant la revendication 15, caractérisé en ce que les moyens comprennent un ordinateur dans la mémoire duquel est mémorisée une courbe trajet-temps.
  17. Dispositif suivant la revendication 16, caractérisé en ce qu'en détectant le début (tBeginn) du déplacement de l'armature lors de la fermeture et l'instant (tEnde) de fermeture du contact lors de l'opération de fermeture, le trajet de fermeture peut être déterminé à partir de la courbe prescrite trajet-temps et en ce qu'à partir d'une variation du trajet de fermeture, la variation de l'épaisseur de la pièce de contact peut être calculée, la variation de l'épaisseur de la pièce de contact correspondant à l'érosion.
  18. Dispositif suivant la revendication 16, caractérisé en ce qu'à partir de l'instant (tBeginn) de fin de contact et d'un instant (tEnde) d'une position prescrite de l'armature, et à l'aide de la courbe prescrite trajet-temps, une partie du trajet de l'armature peut être déterminée, une variation de la compression du ressort de force de contact pouvant être déduite de la variation de cette partie du trajet.
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