EP1576631A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der restlebensdauer eines schaltgerätes - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der restlebensdauer eines schaltgerätes

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Publication number
EP1576631A1
EP1576631A1 EP03767474A EP03767474A EP1576631A1 EP 1576631 A1 EP1576631 A1 EP 1576631A1 EP 03767474 A EP03767474 A EP 03767474A EP 03767474 A EP03767474 A EP 03767474A EP 1576631 A1 EP1576631 A1 EP 1576631A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
switching
switching device
switchgear
contacts
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Withdrawn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
EP03767474A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Günther SCHÄRTL
Bernhard Streich
Norbert Mitlmeier
Peter Heider
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens 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 Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1576631A1 publication Critical patent/EP1576631A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/666—Operating arrangements

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the remaining service life of a switching device, according to the preamble of patent claim 1.
  • the invention also relates to an associated device according to the preamble of patent claim 10.
  • switchgear For the operational safety of switchgear, it is important to know the remaining service life of contacts in switchgear, in particular contactor contacts, in order to take timely maintenance measures, e.g. in the case of contactors by exchanging the contacts to avoid malfunctions.
  • contact pressure can be used as a substitute criterion for the erosion in order to detect the erosion, changes in the imprint being recorded in practice.
  • the change in pressure is composed of the contact erosion of the contact and the mechanical abrasion.
  • the influence of abrasion has not been recorded so far.
  • the contact pressure In order to achieve a higher utilization of the contact material, the contact pressure must be measured directly on the components that generate it.
  • a method for detecting the remaining service life of the contact erosion was developed especially for air contactors, in which by measuring the time interval between armature opening - characterized by a characteristic peak in the coil voltage - and contact opening - characterized by the occurrence of a switching Line tension - the erosion and thus the remaining service life is measured.
  • EP 0 694 937 B1 placed under protection. Specific methods for use in switching devices are described in detail in EP 0 878 016 B1, EP 0 878 015 B1 and EP 1 002 325 B1. It is consistently based on the fact that the pressure change during the switch-off process, i.e. when the switch contacts are opened by an electromagnetic drive, from which the erosion of the switch contacts is determined and the remaining service life of the switchgear is calculated.
  • switchgear especially with contactors with vacuum interrupters, it is not possible to visually check the contacts and the contact erosion can currently only be checked via markings or erosion gauges when switched on.
  • sensors for relative path measurements in particular for distance measurement, are used.
  • These sensors can advantageously be simple signal switches due to the static measurement. This results overall in a simple construction of the respective device. Further details and advantages of the invention result from the following description of the figures of exemplary embodiments with reference to the drawing in conjunction with the patent claims. Show it
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a vacuum contactor with associated drive including the switching mechanical components
  • FIG. 2 shows a circuit diagram for a first exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows the switching mechanism associated with FIG. 2 as a detail from FIG. 1
  • FIG. 4 shows a circuit diagram for a second exemplary embodiment
  • FIG. 5 shows the circuit diagram for FIG Switching mechanism as a detail from Figure 1.
  • the methods described in detail below for determining the pressure are based on a distance measurement by sensors. However, only a relative change in distance between at least two components of the components or assemblies producing the pressure, regardless of the composition due to contact erosion and abrasion, is recorded. Depending on the number and type of sensors, one or more message limits can be determined and used for display, message or signal processing. The arrangement, design and number of sensors depend on the structure of the switching devices, the desired signaling accuracy and the further processing of the signal. In particular, there are a variety of possible combinations.
  • Figure 1 shows a typical structure of a vacuum contactor with associated drive.
  • the components / assemblies generating the pressure are: The bellcrank, the spring support and the movable tubular bolt with the add-on parts such as power strip connection, lever rest, switch position indicator and the associated fastening parts.
  • add-on parts such as power strip connection, lever rest, switch position indicator and the associated fastening parts.
  • abrasion or plastic damage Formations occur that can either increase the pressure or reduce the pressure.
  • the latter part 1 comprises a vacuum contactor, a vacuum interrupter 10, the contactor mechanism 20, 30, 40 and the drive 100.
  • a vacuum interrupter 10 on an abutment 3 ⁇ m it boom 4 is attached.
  • the boom 4 carries the vacuum interrupter 10, for which purpose a fixed contact pin 15 of the interrupter 10 is clamped in the boom 4.
  • the vacuum interrupter 10 consists of hollow cylindrical components 11 to 13, the hollow cylinders 11 and 13 being arranged axially displaceable relative to one another by a linearly resilient metal bellows 12.
  • the components 11 and 13 are electrically insulated from one another, for which purpose one of the components can consist, for example, of ceramic material.
  • Switching contacts 17 and 18 are axially movable relative to one another, the switching contact 17 being connected as a fixed contact to the fixed bolt 15 and the switching contact 18 being connected as a moving contact to a bolt 16 movable in the axial direction.
  • the switching contacts 17 and 18 of the vacuum interrupter 10 are actuated by means of the electromagnetic drive 100, for which purpose there is a structure consisting of a magnet yoke 101, magnet armature 102 and associated coils 105, 105 'for electromagnetic excitation.
  • the magnetic yoke 101 is mounted in a holder 110 siege.
  • the magnet armature 102 has a cutout 103 with fastening 105 for a contact carrier 30.
  • the armature 102 can be brought into two vertically different positions by the electromagnetic drive 100, of which the lower one corresponds to the “closed” position of the vacuum contactor 10 and the upper one corresponds to the “open” position of the vacuum contactor 10.
  • the vertical displacement must be converted into a horizontal displacement in FIG. 1, for which purpose a deflection device 20 is present.
  • the moving contact pin 16 is mounted outside the switching tube 10 against the pressure of a spring 21, the spring 21 being supported on a spring support 22.
  • the short lever arm of the deflection lever 25 presses with a first end element 27 on the spring support 22, while the long lever arm with a second end element 28 in a recess 31 of the contact carrier 30, which - as already mentioned - is connected to the armature 102 of the magnetic drive 100 is led.
  • There is a support plate 35 for the contact carrier 30 There is a support plate 35 for the contact carrier 30.
  • a comparatively large displacement path in the vertical direction can be converted into a smaller displacement path in the horizontal direction with the corresponding application of force.
  • This is necessary for the actuation of the vacuum contactor 10, in which in particular a sufficient contact pressure between the contact surfaces of the switching contacts 17 and 18 must be generated.
  • the spring 21 is tensioned for the closed position by means of a preselectable pressure and a contact force sufficient for the closed position of the switching contacts 17, 18 is generated.
  • the printing is illustrated in FIG. 1 in that when the end element 27 is in the open switching position, the short lever arm of the deflection lever 25 is supported by a rear lever support 23.
  • a mechanically moving part of the display 40 also includes a switch position indicator 41, a current band connection 42 and a current band 44 which is connected to the connection rail 45.
  • the switching path of the contact arrangement is generally comparatively short, for example ⁇ 2 mm. It follows from this that the play of the individual movements occurring in the switching device drive with the associated deflection with frequent activation cannot be neglected. These circumstances must be taken into account when designing switchgear with such drive and power transmission devices.
  • the lifespan of a switching device is influenced by the wear of all mechanically moving parts. This wear is caused in a known manner on the one hand by the erosion of the electrical switch contacts on the contact surfaces A. If the thickness of the contact pieces changes due to a
  • the mechanical wear of the movable drive components can also have an influence on the service life of the entire switching device.
  • Such wear is, in particular, abrasion in bearings or also plastic deformations, which individually can either increase the pressure or reduce the pressure.
  • such influences are compensated for at the various points in the switchgear mechanism.
  • the positions B to H at which wear can occur are also shown in FIG. It means B the support of the end element 26 on the spring support 22, C its support on the rear lever supports 23, E the mechanical stress of the other end element 27 in the driving groove 31 of the contact carrier 30, F the support of the contact carrier in the magnetic armature, G / G ⁇ the support of the magnetic armature 102 on the magnetic yoke 101 at its pole faces and H / H 'the Bracket 110 of the magnetic drive 100 in a base plate.
  • FIG. 2 the vacuum contactor according to FIG. 1 with circuitry is shown in a circuit diagram.
  • a polarization diode 201 is connected in the positive signal branch and three signaling switches 211 to 213 are present.
  • 202 and 203 mean circuit resistances, 204 a capacitance and 205 an optical signal transmitter.
  • the device for debouncing is advantageous in order to eliminate false signals during the evaluation. It is possible for the signal before or after the debouncing unit 210 to be forwarded to a programmable logic controller (PLC).
  • PLC programmable logic controller
  • FIG. 3 The mechanical construction is realized in FIG. 3, the switching elements from FIG. 2 being integrated into the construction from FIG. 1 in FIG. 3.
  • the reporting point is set via the opening dimension of the reporting switch.
  • the measurement can take place on only one as well as on all current paths of a switching device. In this case, all switching elements can be connected in parallel.
  • the alarm signal is triggered by the contact that first reached the alarm limit.
  • the signal supply can be provided directly to the customer for processing. In the example from FIG. 2 and FIG. 3, there is advantageously a direct detection when the reporting limit is reached.
  • the abrasion and deformations from the drive side of the switching device can also be taken into account for the remaining service life recording.
  • the potential-free message signal which is used in particular for further processing in a PLC or the like. suitable is.
  • Lever control must be taken into account, with control via a circular arc. If electronic debouncing is dispensed with in FIG. 2, bounce signals continue to result during the switch-on process.
  • the circuit in FIG. 4 contains a polarization diode 401, three signaling switches 411 to 413 with associated impedances 414 to 416 and in each case separate signaling circuits 420, 430 and 440.
  • a device for debouncing is designated by 410, the signals of the individual signaling switches being processed here ,
  • the waypoint is queried when the contactor is switched on.
  • the reporting point is set via the opening dimension of the reporting contact. The measurement can take place on only one as well as on all current paths of a switching device. In this case, all switching elements can be connected in parallel. This triggers the alarm signal from the contact that first reached the alarm point.
  • At least one switching contact per current path is required.
  • several alarm switches can be used in one current path.
  • Three contacts are possible for the 80%, 50% and 20% message limit
  • Switches with make, break and changeover contacts can be used as switching elements.
  • the measuring section i.e. the arrangement of the spring support to the lever supports, in particular the wear on the bell crank 25, which increases the pressure, can also be detected.
  • the switch contacts 17, 18 can be used to a greater extent, in particular with a reduced switching capacity.
  • the status query can be improved with the sensors, so that further processing of the signals is possible in detail.
  • all signals can be further processed, for which purpose a microprocessor is suitable in addition to the already mentioned PLC.
  • a microprocessor is suitable in addition to the already mentioned PLC. This gives, for example, the possibility of evaluating the scanning by several sensors per current path for several signal signals (eg 90%, 80%), or of determining the triggering current path. All suitable sensors can be used.

Landscapes

  • Keying Circuit Devices (AREA)
  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)

Abstract

Bei einem Schaltgerät können die Schaltkontakte von einer Schaltgerätemechanik in Ein- oder Ausschaltstellung gebracht werden, wozu üblicherweise ein elektromagnetischer Antrieb vorhanden ist und wobei zum Aufbringen einer vorgegebenen Kontaktkraft in Einschaltstellung ein definierter Durchdruck einer Kontaktkraftfeder herangezogen wird. Gemäß der Erfindung wird der Durchdruck im statischen Zustand in Einschaltstellung des Schaltgerätes (1), d.h. bei geschlossenen Schaltkontakten (17, 18), erfasst und wird der erfasste Durchdruckwert mit dem Abbrand der Schaltkontakte (17, 18) und/oder dem Verschleiß der Schaltgerätemechanik (20, 30, 40) korreliert und wird aus den Werten des Abbrandes der Schaltkontakte (17, 18) und/oder dem Verschleiß der Schaltgerätemechanik (20, 30, 40) die Restlebensdauer des Schaltgerätes (1) bestimmt. Bei der zugehörigen Vorrichtung ist zur statischen Erfassung einer Durchdruckänderung wenigstens ein Sensor (S1, S2, S3) für Relativweg-Messungen an der Schaltgerätemechanik (20, 30, 40) vorhanden.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Restlebensdauer eines Schaltgerätes
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung der Restlebensdauer eines Schaltgerätes, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf eine zugehörige Vorrichtung gemäß dem Oberbeg- riff des Patentanspruches 10.
Für die Betriebssicherheit von Schaltanlagen ist es wichtig, die Restlebensdauer von Kontakten in Schaltgeräten, insbesondere von Schützkontakten, zu kennen, um durch rechtzeitige Wartungsmaßnahmen, z.B. bei Schützen durch Austausch der Kontakte, Betriebsstörungen zu vermeiden. Zur Erfassung des Abbrandes kann hierbei bekanntermaßen als Ersatzkriterium für den Abbrand der sogenannte Kontaktdurchdruck verwendet werden, wobei in der Praxis Änderungen des Durchdruckes erfasst werden .
Die Durchdruckänderung setzt sich aus dem Kontaktabbrand des Schaltstückes und aus dem mechanischen Abrieb zusammen. Insbesondere bei Schaltgeräten mit sehr hoher Lebensdauer der Schaltkontakte wird bisher der Einfluss der Abriebe nicht erfasst. Um eine höhere Ausnutzung des Kontaktmaterials zu erreichen muss der Kontaktdurchdruck direkt an den Bauteilen die ihn erzeugen gemessen werden.
Beim Stand der Technik wird bisher die zeitliche Abfolge während des Ausschaltvorganges ausgewertet. Speziell für Luftschütze wurde ein Verfahren zur Restlebensdauererkennung des Kontaktabbrandes entwickelt, bei dem durch Messung des Zeitintervalls zwischen Ankeröffnung - gekennzeichnet durch einen charakteristischen Peak in der Spulenspannung - und Kontaktöffnung - gekennzeichnet durch das Auftreten einer Schalt- Streckenspannung - der Abbrand und damit die Restlebensdauer gemessen wird.
Das Verfahren zur Erfassung der Durchdruckänderung als Er- satzkriterium für den Kontaktabbrand ist mit der
EP 0 694 937 Bl unter Schutz gestellt. Spezifische Methoden zur Anwendung bei Schaltgeräten sind im Einzelnen in der EP 0 878 016 Bl, der EP 0 878 015 Bl und der EP 1 002 325 Bl beschrieben. Dabei wird durchweg darauf abgestellt, dass die Durchdruckänderung beim Ausschaltvorgang, d.h. beim Öffnen der Schaltkontakte durch einen elektromagnetischen Antrieb, erfasst werden, woraus speziell der Abbrand an den Schaltkontakten ermittelt und daraus die Restlebensdauer des Schaltgerätes berechnet wird.
Bei Luftschützen sind die Abriebe durch den starr gekoppelten Aufbau und der Verwendung von verschleißfesten Materialpaarungen im Allgemeinen so gering, dass sie als vernachlässigbar gelten.
Für Schaltgeräte allgemein, insbesondere für Vakuumschütze, ist ein Verfahren der eingangs genannten Art, das mit Sensoren arbeitet, Gegenstand einer Parallelanmeldung der Anmelderin. Dieses Verfahren beruht ebenfalls auf einer Δt-Zeitmes- sung, die als Ersatzkriterium zur Bestimmung des Durchdrucks der Schaltkontakte herangezogen wird und benötigt zur Erfassung des Kontaktdurchdrucks mittels Zeitmessung eine mikroprozessorgesteuerte Auswerteelektronik .
Bei Schaltgeräten, insbesondere bei Schützen mit Vakuumschaltröhren, ist eine optische Kontrolle der Kontakte nicht möglich und es kann derzeit der Kontaktabbrand nur über Markierungen oder Abbrand-Lehren im eingeschalteten Zustand kontrolliert werden. Der Abrieb in der Antriebseinheit bzw. in der Schaltgerätemechanik, z.B. am Umlenkhebel, wird dabei nicht erfasst. Ausgehend von letzterem Sachverhalt ist es Aufgabe der Erfindung, ein vereinfachtes Verfahren zur Restlebensdauerbe- stimmung von Schaltgeräten anzugeben und die zugehörige Vorrichtung zu schaffen.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die Maßnahmen des Patentanspruches 1 gelöst. Eine zugehörige Vorrichtung ist durch die Merkmale des Patentanspruches 10 gekennzeichnet. Weiterbildungen des Verfahrens und der zugehörigen Vorrichtung sind Gegenstand der jeweils abhängigen Patentansprüche.
Bei der Erfindung wird vorteilhafterweise im statischen Zustand, d.h. im Einschaltzustand bei geschlossenen Kontakten, gemessen. Es wurde erkannt, dass damit nicht nur der eigentliche Kontaktabbrand, sondern auch der Verschleiß an der Schaltgerätemechanik erfasst werden kann. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei der Überwachung eines Vakuumschützes, bei dem durch die Kraftumlenkung und dadurch vergleichsweise kompliziert aufgebaute Schaltgerätemechanik der Verschleiß der beweglichen Komponenten in der Mechanik nicht vernachlässigbar ist. Da zudem der Kontakthub bei Vakuumschützen vergleichsweise gering ist, muss bei der Betrachtung der Durchdruckänderungen der Anteil des mechanischen Verschleißes der Komponenten berücksichtigt werden. Gleichermaßen kann das beschriebene Verfahren natürlich auch bei Luftschützen eingesetzt werden, wobei es hier aufgrund der einfacheren mechanischen Kopplung im Wesentlichen um den Schaltkontaktabbrand geht.
Bei der zugehörigen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens werden Sensoren für Relativweg-Messungen, insbesondere zur Abstandsmessung, verwendet. Vorteilhafterweise können diese Sensoren aufgrund der statischen Messung einfache Mel- deschalter sein. Dadurch ergibt sich insgesamt ein einfacher Aufbau der jeweiligen Vorrichtung. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbei- spielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patentansprüchen. Es zeigen
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Vakuumschützes mit zugehörigem Antrieb einschließlich der schaltmechanischen Komponenten, Figur 2 schaltbildmäßig ein erstes Ausführungsbeispiel, Figur 3 die zu Figur 2 zugehörige Schaltmechanik als Einzelheit aus Figur 1, Figur 4 schaltbildmäßig ein zweites Ausführungsbeispiel und Figur 5 die zu Figur 4 zugehörige Schaltmechanik als Einzelheit aus Figur 1.
Die nachfolgend im Einzelnen beschriebenen Verfahren, zur Ermittlung des Durchdrucks beruhen auf einer Abstandsmessung durch Sensoren. Dabei wird aber nur eine relative Abstandsänderung zwischen mindestens zwei Komponenten der den Durch- druck erzeugenden Bauelementen bzw. Baugruppen, unabhängig von der Zusammensetzung durch Kontaktabbrand und Abrieb, erfasst. Abhängig von Anzahl und Ausprägung der Sensoren können damit eine oder mehrere Meldegrenzen ermittelt und zur Anzeige, Meldung oder Signalverarbeitung herangezogen werden. An- Ordnung, Ausprägung und Anzahl der Sensoren sind abhängig vom Aufbau der Schaltgeräte, der gewünschten Meldegenauigkeit und der Weiterverarbeitung des Meldesignals. Im Einzelnen ergeben sich eine Vielzahl von Kombinationsmöglichkeiten.
Figur 1 zeigt einen typischen Aufbau eines Vakuumschützes mit zugehörigem Antrieb. Die den Durchdruck erzeugenden Bauelementen/Baugruppen sind: Der Umlenkhebel, die Federauflage und der bewegliche Röhrenbolzen mit den Anbauteilen wie Strom- bandanschluss, Hebelaufl ge, Schaltstellungsanzeige sowie den zugehörigen Befestigungsteilen. An den mit Buchstaben A bis G gekennzeichneten Stellen können Abriebe oder plastische Ver- formungen auftreten, die sich entweder durchdruckerhöhend oder durchdruckverringernd auswirken können.
Nachfolgend wird zunächst der Aufbau eines Vakuumschützes mit zugehörigem elektromagnetischem Antrieb und damit verbundener Schützmechanik beschrieben, das zum Schalten eines ein- oder mehrpoligen Netzes dient. Es wird lediglich eine Phase eines Drehstromnetzes mit einer einzigen Vakuumschaltröhre betrachtet.
Gemäß Figur 1 umfasst letzterer Teil eines Vakuumschütz 1 eine Vakuumschaltröhre 10, die Schützmechanik 20, 30, 40 und den Antrieb 100. Im Einzelnen ist eine Vakuumschaltröhre 10 an einem Widerlager 3^ mit Ausleger 4 befestigt. Der Ausleger 4 trägt die Vakuumschaltröhre 10, wozu ein Festkontaktbolzen 15 der Schaltröhre 10 im Ausleger 4 eingespannt ist.
Die Vakuumschaltröhre 10 besteht aus hohlzylinderförmigen Bauteilen 11 bis 13, wobei die Hohlzylinder 11 und 13 durch einen linear federnden Metallbalg 12 gegeneinander axial verschiebbar angeordnet sind. Die Bauteile 11 und 13 sind gegeneinander elektrisch isoliert, wozu eines der Bauteile beispielsweise aus keramischem Material bestehen kann.
In der Vakuumschaltröhre 10 befinden sich unter Vakuum zwei
Schaltkontakte 17 und 18 axial gegeneinander beweglich, wobei der Schaltkontakt 17 als Festkontakt mit dem fest stehenden Bolzen 15 verbunden und der Schaltkontakt 18 als Bewegkontakt mit einem in Achsrichtung beweglichen Bolzen 16 verbunden ist.
Die Schaltkontakte 17 und 18 der Vakuumschaltröhre 10 werden mittels des elektromagnetischen Antriebes 100 betätigt, wozu ein Aufbau aus Magnetjoch 101, Magnetanker 102 und zugehöri- gen Spulen 105, 105' zur elektromagnetischen Erregung vorhanden ist. Das Magnetjoch 101 ist in einer Halterung 110 gela- gert. Der Magnetanker 102 hat eine Aussparung 103 mit Befestigung 105 für einen Kontaktträger 30.
Durch den elektromagnetischen Antrieb 100 ist der Anker 102 in zwei vertikal unterschiedliche Positionen bringbar, von denen die untere der „Schließ" -Stellung des Vakuumschützes 10 und die obere der „Öffnungs" -Stellung des Vakuumschützes 10 entsprechen. Dazu muss in Figur 1 die Vertikalverschiebung in eine Horizontalverschiebung umgesetzt werden, wozu eine Um- lenkeinrichtung 20 vorhanden ist.
Im Einzelnen ist in der Figur 1 der Bewegkontaktbolzen 16 außerhalb der Schaltröhre 10 gegen den Druck einer Feder 21 gelagert, wobei sich die Feder 21 auf einer Federauflage 22 ab- stützt. Es ist ein L-förmiger Umlenkhebel 25 vorhanden, der mit einer Achse 26 im Knickpunkt gelagert ist. Der kurze Hebelarm des Umlenkhebels 25 drückt mit einem ersten Endelement 27 auf die Federauflage 22, während der lange Hebelarm mit einem zweiten Endelement 28 in einer Aussparung 31 des Kon- taktträgers 30, der - wie bereits erwähnt - mit dem Anker 102 des Magnetantriebes 100 verbunden ist, geführt wird. Es ist eine Auflageplatte 35 für den Kontaktträger 30 vorhanden.
Mit dem L-förmig ausgebildeten Umlenkhebel 25 lässt sich ein vergleichsweise großer Verschiebeweg in vertikaler Richtung in einen kleineren Verschiebeweg in horizontaler Richtung unter entsprechender Kraftbeaufschlagung umsetzen. Dies ist für die Betätigung des Vakuumschützes 10 notwendig, bei dem insbesondere ein hinreichender Kontaktdruck zwischen den Kon- taktflächen der Schaltkontakte 17 und 18 erzeugt werden muss. Dazu wird die Feder 21 für die Schließstellung mittels eines vorgebbaren Durchdruckes gespannt und eine für die Schließstellung der Schaltkontakte 17, 18 hinreichende Kontaktkraft erzeugt. Der Durchdruck wird in der Figur 1 dadurch verdeut- licht, dass bei geöffneter Schaltstellung des Endelementes 27 am kurzen Hebelarm des Umlenkhebels 25 durch eine hintere Hebelauflage 23 abgestützt wird. In der Figur 1 sind als mechanisch bewegte Teile der Anzeige 40 weiterhin eine Schaltstellungsanzeige 41, ein Strombandan- schluss 42 und ein Stromband 44 vorhanden, das mit der An- schlussschiene 45 verbunden ist.
Bei der in der Figur 1 dargestellten Anordnung ist im Allgemeinen der Schaltweg der Kontaktanordnung vergleichsweise gering, beispielsweise < 2 mm. Daraus ergibt sich, dass das im Schaltgeräteantrieb mit der zugehörigen Umlenkung bei häufiger Aktivierung auftretende Spiel der einzelnen Bewegungen nicht vernachlässigt werden kann. Bei der Konstruktion von Schaltgeräten mit derartigen Antriebs- und Kraftübertragungseinrichtungen sind diese Gegebenheiten zu berücksichtigen.
Die Lebensdauer eines Schaltgerätes wird durch den Verschleiß aller mechanisch bewegten Teile beeinflusst. Dieser Verschleiß wird in bekannter Weise einerseits durch den Abbrand der elektrischen Schaltkontakte an den Kontaktflächen A be- wirkt. Wenn sich die Dicke der Kontaktstücke infolge eines
Abbrandes verringert, muss der Federdruck zur Generierung der Kontaktkraft erhöht werden.
Aus der Figur 1 ergibt sich aber weiterhin, dass andererseits der mechanische Verschleiß der beweglichen Antriebskomponenten ebenfalls ein Einfluss für die Lebensdauer des gesamten Schaltgerätes haben kann. Ein solcher Verschleiß sind insbesondere Abriebe bei Lagern oder aber auch plastische Verformungen, die sich einzeln entweder durchdruckerhöhend oder aber durchdruckverringernd auswirken können. Im Idealfall kompensieren sich solche Einflüsse an den verschiedenen Stellen der Schaltgerätemechanik.
Im Einzelnen sind in der Figur 1 neben den Kontaktflächen weiterhin die Stellen B bis H, an denen ein Verschleiß auftreten kann, eingetragen. Es bedeuten B die Auflage des Endelementes 26 an der Federauflage 22, C dessen Auflage an der hinteren Hebelaufläge 23, E die mechanische Beanspruchung des anderen Endelementes 27 in der Mitnehmernut 31 des Kontaktträgers 30, F die Auflage des Kontaktträgers im Magnetanker, G/Gλ die Auflage von Magnetanker 102 auf dem Magnetjoch 101 an dessen Polflächen sowie H/H' die Halterung 110 des Magnetantriebes 100 in einer Grundplatte.
In Figur 2 ist schaltbildmäßig das Vakuumschütz gemäß Figur 1 mit Beschaltung dargestellt. Im Einzelnen ist im positiven Signalzweig eine Polungsdiode 201 geschaltet und sind drei Meldeschalter 211 bis 213 vorhanden. 202 und 203 bedeuten Schaltungswiderstände, 204 eine Kapazität und 205 einen optischen Signalgeber. Weiterhin ist eine elektronische Einheit 210 zur Entprellung beim Schließen der Schaltkontakte des Va- kuumschützes vorhanden. Die Einrichtung zum Entprellen ist vorteilhaft, um Fehlsignale bei der Auswertung auszuschalten. Es ist möglich, dass das Signal vor bzw. nach der Einheit zur Entprellung 210 zu einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) weitergeleitet wird.
Der mechanische Aufbau ist in Figur 3 realisiert, wobei in Figur 3 die Schaltelemente aus Figur 2 in den Aufbau aus Figur 1 integriert sind.
Durch den Umlenkhebel 25 wird ein justierbares Schaltelement Sl, S2, S3 , der einen Meldeschalter mit Schließerkontakt realisiert und fest mit der Hebelaufläge verbunden ist, im eingeschalteten Zustand beim Erreichen einer fest eingestellten Meldegrenze betätigt. Der Meldepunkt wird über das Öffnungs- maß des Meldeschalters eingestellt. Die Messung kann sowohl an nur einer als auch an allen Strombahnen eines Schaltgerätes erfolgen. In diesem Fall können alle Schaltelemente parallel geschaltet werden. Demzufolge wird das Meldesignal von dem Kontakt ausgelöst, der als erstes die Meldegrenze er- reicht hat. Die Signalbereitstellung kann direkt dem Kunden zur Verarbeitung bereitgestellt werden. Beim Beispiel aus Figur 2 und Figur 3 ergibt sich vorteilhafterweise eine direkte Erfassung bei Erreichen der Meldegrenze. Damit können für die Restlebensdauererfassung neben dem Kontaktabbrand auch die Abriebe und Verformungen von der Antriebsseite des Schaltgerätes berücksichtigt werden. Vorteilhafterweise ist weiterhin das potentialfreie Meldesignal, das insbesondere zur Weiterverarbeitung in einer SPS od. dgl . geeignet ist. Bei der Durchführung des Verfahrens muss allerdings die hohe Betätigungsgeschwindigkeit des Meldekontaktes, der Abrieb an der Berührstelle zwischen Meldekontakt und
Hebelansteuerung berücksichtigt werden, wobei eine Ansteue- rung über einen Kreisbogen vorliegt. Sofern in Figur 2 auf eine elektronische Entprellung verzichtet wird, ergeben sich weiterhin Prellsignale während des Einschaltvorganges.
In einem Ausführungsbeispiel entsprechend den Figuren 4 und 5 ergibt sich eine Zustandsabfrage an den Schaltkontakten der Meldeschalter an den einzelnen Strombahnen des Schaltgerätes. Dazu enthält die Schaltung in Figur 4 eine Polungsdiode 401, drei Meldeschalter 411 bis 413 mit zugehörigen Impedanzen 414 bis 416 und jeweils separate Meldekreise 420, 430 und 440. Eine Einrichtung zur Entprellung ist mit 410 bezeichnet, wobei hier die Signale der einzelnen Meldeschalter verarbeitet werden .
Letzteres wird anhand der mechanischen Darstellung gemäß Figur 5 verdeutlicht, wobei insbesondere das Öffnungsmaß des Meldekontaktes exakt vorgebbar ist.
Durch ein justierbares Schaltelement des Meldeschalters mit
Schließerkontakt, das fest mit der Federauflage verbunden ist und durch eine fest mit den beweglichen Hauptkontakt verbundene Betätigung wird der Wegpunkt im eingeschalteten Zustand des Schützes abgefragt. Der Meldepunkt wird über das Öff- nungsmaß des Meldekontaktes eingestellt. Die Messung kann sowohl an nur einer als auch an allen Strombahnen eines Schaltgerätes erfolgen. In diesem Fall können alle Schaltelemente parallel geschaltet werden. Dadurch wird das Meldesignal von dem Kontakt ausgelöst, der als erstes den Meldepunkt erreicht hat.
Bei den Beispielen gemäß Figur 2/3 oder Figur 4/5 wird mindestens ein Schaltkontakt pro Strombahn benötigt. Abhängig von der gewünschten oder benötigten Anzeigegenauigkeit und der Anzahl der Meldegrenzen werden, können auch mehrere Meldeschalter in einer Strombahn verwendet werden. Möglich sind drei Kontakte für Meldegrenze 80 %, 50 % und 20 %
Als Schaltelemente können Schalter mit Schließer-, Öffner- sowie Wechslerkontakte verwendet werden. Durch die Messstrecke, d.h. die Anordnung von Federauflage bis Hebelaufläge, kann insbesondere der Verschleiß am Umlenkhebel 25, der sich durchdruckerhöhend auswirkt, mit erfasst werden. Dadurch ist beim höheren Schaltern (beim Laufzeitbetrieb) des Schützes eine höhere Ausnutzung der Schaltkontakte 17, 18 , insbesondere bei reduzierter Schaltleistung, möglich.
Entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel ist wiederum eine direkte Erfassung von Restlebensdauerwerten bei Erreichen der Meldegrenze möglich, wobei der Einfluss der Abriebe von der
Antriebsseite des Schaltgerätes berücksichtigt ist. Insbesondere können hier durchdruckvergrößernde Abriebstellen miter- fasst werden. Für die weiteren Eigenschaften gilt das bereits oben im Einzelnen für das erste Ausführungsbeispiel Ausge- führte.
In einer Ergänzung der Ausführungsbeispiele entsprechend den Figuren 2/3 oder 4/5 kann die Zustandsabfrage mit den Sensoren verbessert werden, so dass im Einzelnen eine Weiterverar- beitung der Signale möglich ist. Nach einer Signalvorverarbeitung durch eine geeignete Beschallung können alle Signale beliebig weiterverarbeitet werden, wozu sich neben der bereits genannten SPS ein Mikroprozessor eignet. Damit ergibt sich z.B. die Möglichkeit die Ab- tastung durch mehrere Sensoren je Strombahn für mehrere Meldesignale (z.B. 90 %, 80 %) auszuwerten, oder die auslösende Strombahn zu ermitteln. Es können alle geeigneten Sensoren verwendet werden .
Bei vorstehend beschriebener Weiterbildung ergibt sich vorteilhafterweise eine direkte Signalerfassung bei Erreichung einer oder mehrerer Meldegrenzen, womit insbesondere die durchdruckvergrößernden Abriebstellen der beweglichen Komponenten der Gerätemechanik erfasst werden können. Die potenti- alfreien Meldesignale können dabei analog oder digital weiterverarbeitet werden. Gegebenenfalls ist bei Verwendung geeigneter Sensoren auch eine berührungslose Messwerterfassung möglich.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung der Restlebensdauer eines Schaltgerätes, mit Schaltkontakten, die von einer Schaltgeräteme- chanik in Ein- oder Ausschaltstellung bringbar sind, wozu ein elektromagnetischer Antrieb vorhanden ist, wobei zum Aufbringen einer vorgegebene Kontaktkraft in Einschaltstellung ein definierter Durchdruck einer Kontaktkraftfeder herangezogen wird, mit folgenden Maßnahmen: - der Durchdruck wird im statischen Zustand in Einschaltstellung des Schaltgerätes, d.h. bei geschlossenen Schaltkontakten, erfasst,
- der erfasste Durchdruckwert wird mit dem Abbrand der Schaltkontakte und/oder dem Verschleiß der Schaltgeräteme- chanik korreliert,
- aus den Werten des Abbrandes der Schaltkontakte und/oder dem Verschleiß der Schaltgerätemechanik wird die Restlebensdauer des Schaltgerätes bestimmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchdruckwert, bei dem der Abbrand der Schaltkontakte und/oder der Verschleiß der Schaltgerätemechanik einen kritischen Wert erreicht, als Meldegrenze vorgegeben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Erreichen der Meldegrenze angezeigt und/oder als Meldesignal für eine Signalverarbeitung zur Verfügung steht.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einphasig gemessen und ausgewertet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrphasig gemessen und dass die Ergebnisse gemeinsam ausgewertet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertesignale in eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) gegeben werden.
7. Verfahren nach Anspruch 4 oder Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, dass eine mikroprozessorgesteuerte Auswertung erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchdruck an einem Vakuumschütz gemessen wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchdruck an einem Luftschütz gemes- sen wird.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 9, mit einem Schaltgerät mit wenigstens einem festen und wenigstens einem beweglichen Schaltkontakt, einem elektromagnetischen Antrieb zur Bewegung der Schaltkontakte und mit einer zugehörigen Schaltgerätemechanik, dadurch gekennzeichnet, dass zur statischen Erfassung einer Durchdruckänderung wenigstens ein Sensor (201 bis 203, 401 bis 403) für Relativweg-Messungen an der Schaltgeräteme- chanik (30) vorhanden ist, der das Erreichen einer vorgegebenen Grenze für den Durchdruck erfasst, wodurch der durch den Abbrand der Schaltkontakte (16, 17) einerseits und den mechanischen Verschleiß der Schaltgerätemechanik (30) andererseits verminderte Durchdruck bestimmbar ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein an der Schaltgerätemechanik (30) gekoppelter Meldeschalter (S) ist, der beim Erreichen einer vorgegebenen Meldegrenze für den Durchdruck betätigt wird.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur statischen Erfassung der Durchdruckänderung die Schließposition des Meldeschalters (S) herangezogen wird.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Meldeschalter (S) in Schließposition ein weiterver- arbeitbares Signal erzeugt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorgabe der Meldegrenze die Schließposition des Meldeschalters (S) justierbar ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, jeweils eine bestimmte Durch- druckänderung charakterisierende Meldeschalter (Sl - S3) , die einen mehrstufigen, diskreten Sensor bilden, vorhanden sind.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei ein Schaltgerät für ein Drehstromnetz vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Durchdrucküberwachung für jede Strombahn des Drehstromnetzes separate Meldeschalter (S) vorhanden sind, deren Signale separat angezeigt werden.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei ein Schaltgerät für ein Drehstromnetz vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Durchdrucküberwachung für die einzelnen Stromphasen (Ll bis L3) des Drehstromnetzes separate Meldeschalter (Sl bis S3) vorhanden sind, deren Signale verknüpfbar sind.
18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (210, 410) zum Entprellen der Schaltsignale beim Erreichen des Einschaltzustandes des Schaltgerätes (1) und des Aufeinanderprellens der Schaltkontakte (17, 18) vorhanden sind.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (210, 410 ) zum Entprellen elektronisch arbeiten.
20. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel für eine digitale Signalverarbeitung vorhanden sind.
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