WO1994022153A1 - Schaltgerät, insbesondere schütz- oder leistungsschalter - Google Patents

Schaltgerät, insbesondere schütz- oder leistungsschalter Download PDF

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WO1994022153A1
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switching device
contact carrier
carrier
contact pieces
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Dietrich Amft
David-Walter Branston
Jörg KIESER
Reinhard Maier
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/14—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting
    • H01H1/20—Bridging contacts
    • 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

Definitions

  • Switchgear especially contactor or circuit breaker
  • the invention relates to a switching device, in particular a contactor or circuit breaker, with contact pieces which are fastened on a contact carrier, and with means for detecting contact erosion.
  • the contact pieces burn up each time they switch. Depending on the stress caused by the current or the voltage, this erosion ultimately leads to the failure of the switching device. In particular, this applies to the switching of short-circuit currents in circuit breakers, since the arcs that occur in this case remove the contact surfaces particularly strongly.
  • DE-AS 24 05 149 discloses a switching device in which the change in length of the switching stroke caused by the contact erosion is detected. In order to display a safe way To achieve the contact erosion, however, a relatively complex mechanical construction is required.
  • an electrical switch in which at least one of the contact pieces is assigned a light guide whose transmission properties can be measured from the outside by means of suitable optical auxiliary devices.
  • a light guide whose transmission properties can be measured from the outside by means of suitable optical auxiliary devices.
  • an inadmissibly advanced contact erosion leads to the destruction of the light guide and thus to a change in the optical transmission properties.
  • the introduction of the optical fibers into the contact pieces to be applied to the contact carrier is associated with an additional processing operation.
  • Such contact pieces completed with light guides are therefore also complex and, moreover, difficult to handle in the context of an integrated production of switching devices.
  • the object of the invention is therefore to provide a switching device with other means for monitoring the contact erosion.
  • the new switchgear it should be possible to predict the end of the service life of the contact pieces without having to interrupt the operation of the switchgear or open the switchgear housing.
  • the contact carrier is divided and in that the contact pieces are slotted on the back on the divided contact carrier.
  • the contact carrier is preferably divided asymmetrically and the contact pieces are slit asymmetrically on the back. Both the movable and the fixed contact carrier with the relevant contact pieces come into question.
  • the contact carriers which are connected when the contact pieces are new are separated when the contact erosion is sufficiently large.
  • the associated changed physical conditions can be detected in a simple manner. On the one hand, the detection can take place on the basis of the vibration behavior of the contact bridge if a vibration sensor is attached to the contact bridge or a microphone in the housing.
  • the voltage between the two contact carriers can be measured, which is a signal for the contact erosion at least during the switching operation.
  • the prerequisites for the detection of the contact erosion are created solely by a slight structural change in the contact carrier and the associated contact pieces.
  • the relevant sensors are housed inside the housing or on the housing of the switching device.
  • FIG. 1 a conventionally designed contact carrier
  • FIG. 2 a new type of contact carrier, each with associated contact pieces
  • FIG. 3 and 4 two different evaluation options with a contact carrier according to FIG. Second
  • FIG. 1 to 3 are as perspective,
  • FIG. 4 shown as a side view. Some of the figures are described together.
  • FIG. 1 shows a contact carrier 1, at the ends of which a contact piece 2 is fastened.
  • the contact pieces 2 together with the contact carrier 1 can form a movable contact bridge, which is attached within the housing of a switching device such that a contact closure is achieved by moving the contact bridge.
  • the contact surface 3 of the contact pieces 2, that is to say the surface opposite the contact carrier 1 is shown in FIG. 1 brought into contact, not shown, which includes a switching process.
  • a contact carrier 10 is formed from two parallel carrier parts 11 and 12.
  • the associated contact pieces 20 are each provided with a Provide slot 21 and attached to the carrier parts 11 and 12 in the slotted state.
  • the button 23 of the contact pieces is designed like the button 3 of the contact pieces 2.
  • the vibration behavior of the contact carrier 10 with the two carrier parts 11 and 12 without erosion of the contact pieces 20 is different from the vibration behavior of the contact carrier 10 due to the Burning of the contact pieces 20 separated carrier parts 11 and 12.
  • the vibration behavior can be detected, for example, by a vibration sensor on the contact bridge.
  • a vibration sensor on the contact bridge.
  • a vibration sensor on the contact bridge.
  • Microphone be installed in the housing of the switchgear.
  • the gap in the contact carrier 10 can also be fitted asymmetrically. This makes the statement of the detection clearer, since with different widths of the carrier parts 11 and 12 there are two different frequencies in the vibration behavior.
  • the division of the contact carrier 10 into the carrier parts 11 and 12 and the slitting of the relevant contact pieces on the movable contact have been carried out. It is possible to apply the principle of division or slitting in a corresponding manner to the fixed contacts, which are likewise fastened on suitably designed contact carriers, and also to design all the contact pieces as slits. The detection sensitivity can be improved if necessary.
  • the voltage between the two parts 11 and 12 of the contact carrier 10 of FIG. Measure 2, whereby if there is sufficient contact erosion, a measurable voltage signal is present at least during the switching process, which can be evaluated.
  • FIG. 3 is the contact carrier 10 with the divided carrier parts 11 and 12 and the contact pieces 20 according to FIG. 2 in the contact closure with fixed contact pieces 30 on indicated contact carriers 31, via which, for example, a phase of a line system is switched, shown in a corresponding perspective.
  • the back of the carrier parts 11 and 12 is short-circuited via a resistor 13 and a photodiode 16.
  • a phototransistor 17 in the device housing is assigned to the photodiode 16.
  • FIG. 4 is a corresponding to FIG. 2 trained contact carrier 10 with carrier parts 11 and 12 and related contact pieces 20 with the associated fixed contact pieces 30 shown on contact carriers 31 in side view.
  • the switching bridge thus formed is usually actuated for the switching process by means of an electromagnet 40 with armature 42 and yoke 43.
  • an actuating rod 41 is connected to the armature 42, which connects the yoke 43 of the elec- tro agneten 40 is opposite.
  • the yoke 43 of the electromagnet 40 has a coil 44 for electrical actuation. It has been shown that the vibration of the contact carrier 10 is noticeable as harmonics in the coil current of the actuating magnet 40. If through the
  • the frequencies of the harmonics in the coil current also change.
  • the relevant frequencies can be detected by suitable filters.

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  • Keying Circuit Devices (AREA)
  • Gas-Insulated Switchgears (AREA)
  • Testing Electric Properties And Detecting Electric Faults (AREA)

Abstract

Schaltgeräte mit Kontaktstücken, die in einem Schaltgerätegehäuse auf einem Kontaktträger befestigt sind, können Mittel zum Überwachen des Kontaktabbrandes aufweisen. Gemäß der Erfindung ist der Kontaktträger (10, 11, 12) geteilt und sind die Kontaktstücke (20) rückseitig geschlitzt auf dem geteilten Kontaktträger (11, 12) aufgebracht. Dadurch läßt sich insbesondere das Schwingungsverhalten des Kontaktträgers als Maß für den Abbrand der Kontaktstücke (20) detektieren.

Description

Schaltgerät, insbesondere Schütz oder Leistungsschalter
Die Erfindung bezieht sich auf ein Schaltgerät, insbeson¬ dere Schütz oder Leistungsschalter, mit Kontaktstücken, die auf einem Kontaktträger befestigt sind, und mit Mit¬ teln zur Detektion des Kontaktabbrandes.
In Schaltgeräten tritt bei jedem Schalten ein Abbrand an den Kontaktstücken auf. Dieser Abbrand führt je nach Be¬ anspruchung durch den Strom bzw. die Spannung letztendlich zum Versagen des Schaltgerätes. Insbesondere gilt dies für das Schalten von Kurzschlußströmen bei Leistungsschaltern, da die hierbei auftretenden Lichtbögen die Kontaktober¬ flächen besonders stark abtragen.
Hauptsächlich der Abbrand begrenzt die Lebensdauer eines Schalters. Derzeit werden in der Praxis nach einer be¬ stimmten Schaltzahl routinemäßig die Kontaktstücke oder auch das gesamte Schaltgerät ausgetauscht, unabhängig davon, ob an den Kontaktstücken tatsächlich ein weit¬ gehender Abbrand aufgetreten ist oder nicht.
Vom Stand der Technik sind bereits Vorschläge bekannt, die eine Überwachung des Abbrandes von Kontaktstücken ermög¬ lichen. Der Kontaktabbrand soll dabei beispielsweise mit elektrischen, mechanischen oder auch röntgenographischen Zusatzeinrichtungen erfolgen. Beispielsweise ist aus der
DE-AS 24 05 149 ein Schaltgerät bekannt, bei dem die durch den Kontaktabbrand verursachte Längenänderung des Schalt¬ hubes erfaßt wird. Um auf diesem Wege eine sichere Anzeige desKontaktabbrandes zu erreichen, ist dafür jedoch eine relativ aufwendige mechanische Konstruktion erforderlich.
Weiterhin ist aus der DE-OS 37 14 802 ein elektrischer Schalter bekannt, bei dem wenigstens einem der Kontakt¬ stücke ein Lichtleiter zugeordnet ist, dessen Transmis¬ sionseigenschaften von außen mittels geeigneter optischer Hilfseinrichtungen gemessen werden können. Durch ent¬ sprechende Anordnung des Lichtleiters führt ein unzuläs- sig fortgeschrittener Kontaktabbrand zur Zerstörung des Lichtleiters und damit zur Änderung der optischen Trans¬ missionseigenschaften. Das Einbringen der Lichtleitfasern in die auf Kontaktträger aufzubringenden Kontaktstücke ist allerdings mit einem zusätzlichen Bearbeitungsvorgang ver- bunden. Derartige mit Lichtleitern komplettierte Kontakt¬ stücke sind also ebenfalls aufwendig und zudem im Rahmen einer integrierten Fertigung von Schaltgeräten schwierig handhabbar.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Schaltgerät mit anderen Mitteln zur Überwachung des Kontaktabbrandes zu schaffen. Beim neuen Schaltgerät soll das Lebensdauerende der Kontaktstücke vorausgesagt werden können, ohne den Betrieb des Schaltgerätes unterbrechen oder das Schalt- gerätgehäuse öffnen zu müssen.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kontaktträger geteilt ist und daß die Kontaktstücke rück¬ seitig geschlitzt auf dem geteilten Kontaktträger auf- gebracht sind. Vorzugsweise ist der Kontaktträger asymme¬ trisch geteilt und sind die Kontaktstücke rückseitig asym¬ metrisch geschlitzt. Dafür kommen sowohl der bewegliche als auch der feste Kontaktträger mit den diesbezüglichen Kontaktstücken in Frage. Beim erfindungsgemäßen Schaltgerät werden die im Neuzu¬ stand der Kontaktstücke verbundenen Kontaktträger bei hinreichend großem Kontaktabbrand getrennt. Die damit verbundenen veränderten physikalischen Verhältnisse lassen sich in einfacher Weise detektieren. Dabei kann die Detek- tion einerseits anhand des Schwingungsverhaltens der Kon¬ taktbrücke erfolgen, wenn ein Schwingungsaufnehmer an der Kontaktbrücke oder ein Mikrophon im Gehäuse angebracht ist. Andererseits kann insbesondere die Spannung zwischen den beiden Kontaktträgern gemessen werden, die ein Signal für den Kontaktabbrand zumindest während des Schaltvor¬ ganges ist.
Bei der Erfindung ist besonders vorteilhaft, daß allein durch eine geringfügige konstruktive Änderung des Kon¬ taktträgers und der zugehörigen Kontaktstücke die Vor¬ aussetzungen für die Detektion des Kontaktabbrandes geschaffen werden. Die diesbezüglichen Sensoren sind innerhalb des Gehäuses oder am Gehäuse des Schaltgerätes untergebracht.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Aus¬ führungsbeispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den weiteren Unteransprüchen. Es zeigen in schematischer Darstellung
FIG. 1 einen herkömmlich ausgebildeten Kontaktträger, FIG. 2 einen neuartigen Kontaktträger mit jeweils zugehö¬ rigen Konstaktstücken sowie die FIG. 3 und 4 zwei verschiedene Auswertemöglichkeiten bei einem Kontaktträger gemäß FIG. 2.
In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugs- zeichen versehen. FIG. 1 bis 3 sind als Perspektive,
FIG. 4 als Seitenansicht dargestellt. Die Figuren werden teilweise zusammen beschrieben.
In FIG. 1 ist ein Kontaktträger 1 dargestellt, an dessen Enden jeweils ein Kontaktstück 2 befestigt ist. Die Kon¬ taktstücke 2 können zusammen mit dem Kontaktträger 1 eine bewegliche Kontaktbrücke bilden, welche innerhalb des Gehäuses eines Schaltgerätes derart angebracht ist, daß durch Bewegung der Kontaktbrücke ein Kontaktschluß er¬ reicht wird. Dabei wird die Kontaktfläche 3 der Kontakt¬ stücke 2, also die dem Kontaktträger 1 entgegengesetzte Fläche, mit in FIG. 1 nicht dargestellten Gegenkontakten in Berührung gebracht, was einen Schaltvorgang beinhal- tet.
Bei derartigen elektrischen Schaltvorgängen kommt es durch den jeweiligen Lichtbogen zwangsläufig zu einem Abbrand an Kontaktmaterial und damit zum Verschleiß der Kontakt- stücke. Da der tatsächliche Abnutzungsgrad der Kontakt¬ stücke von außerhalb des Schaltgerätegehäuses nicht er¬ kannt werden kann und sich erst bei vollständigem Ausfal¬ len des Schaltgerätes bemerkbar macht, werden derzeit die Kontaktstücke bzw. komplette Schalter nach bestimmten Betriebszeiten ausgetauscht. Dabei sind üblicherweise die erlaubten Betriebszeiten von Schaltgeräten so kurz ange¬ setzt, daß eine Fehlfunktion des Schalters auch bei inten¬ siver Belastung während seiner Einsatzzeit nahezu ausge¬ schlossen werden kann.
Gemäß FIG. 2 ist ein Kontaktträger 10 aus zwei parallelen Trägerteilen 11 und 12 gebildet. Die zugehörigen Kontakt¬ stücke 20 sind dafür jeweils an ihrer Rückseite mit einem Schlitz 21 versehen und im geschlitzten Zustand auf den Trägerteilen 11 und 12 befestigt. Im Neuzustand ist die Schaltfläche 23 der Kontaktstücke wie die Schaltfläche 3 der Kontaktstücke 2 ausgebildet.
Entsprechend dem Abbrand der Kontaktstücke 20 ändern sich allerdings die physikalischen Verhältnisse hinsichtlich des Kontaktträgers 10. Insbesondere ist das Schwingungs¬ verhalten des Kontaktträgers 10 mit den beiden Trägertei- len 11 und 12 ohne Abbrand der Kontaktstücke 20 anders als das Schwingungsverhalten des Kontaktträgers 10 mit durch den Abbrand der Kontaktstücke 20 separierten Trägerteilen 11 und 12. Speziell das Schwingungsverhalten läßt sich beispielsweise durch einen Schwingungsaufnehmer an der Kontaktbrücke detektieren. Alternativ dazu kann ein
Mikrophon im Gehäuse des Schaltgerätes angebracht sein.
Zur Verstärkung des unterschiedlichen Schwingungsverhal¬ tens im Neuzustand und im abgebrannten Zustand der Kon- taktstücke 20 kann der Spalt im Kontaktträger 10 auch asymmetrisch angebracht sein. Die Aussage der Detektion wird dadurch eindeutiger, da bei unterschiedlicher Breite der Trägerteile 11 und 12 zwei verschiedene Frequenzen im Schwingungsverhalten vorliegen.
In FIG. 2 ist die Teilung des Kontaktträgers 10 in die Trägerteile 11 und 12 und die Schlitzung der diesbezüg¬ lichen Kontaktstücke am beweglichen Kontakt vorgenommen worden. Es ist möglich, das Prinzip der Teilung bzw. Schlitzung in entsprechender Weise auf die Festkontakte, die ebenfalls auf geeignet ausgebildeten Kontaktträgern befestigt sind, anzuwenden und auch alle Kontaktstücke geschlitzt auszubilden. Die Detektionsempfindlichkeit kann gegebenenfalls dadurch verbessert werden. Als Alternative zur Detektion des Schwingungsverhaltens läßt sich die Spannung zwischen den beiden Teilen 11 und 12 des Koπtaktträgers 10 der FIG. 2 messen, wobei bei genügendem Kontaktabbrand zumindest während des Schalt- Vorganges ein meßbares Spannungssignal vorliegt, das ausgewertet werden kann.
In FIG. 3 ist der Kontaktträger 10 mit den geteilten Trä¬ gerteilen 11 und 12 und den Kontaktstücken 20 gemäß FIG. 2 im Kontaktschluß mit Festkontaktstücken 30 auf angedeute¬ ten Kontaktträgern 31, über die beispielsweise eine Phase eines Leitungssystems geschaltet wird, in entsprechender Perspektive dargestellt. Bei dieser Anordnung ist die Rückseite der Trägerteile 11 und 12 über einen Widerstand 13 und eine Photodiode 16 kurzgeschlossen. Der Photodiode 16 ist ein Phototransistor 17 im Gerätegehäuse zugeordnet. Durch eine derartige Schaltung kann das Spannungssignal, das bei abgebrannten Kontaktstücken 20 zwischen den Trä¬ gerteilen 11 und 12 entsteht, direkt als optisches Signal eine Anzeige für die Unbrauchbarkeit der Schaltstücke 20 abgeben. Entsprechend kann das Spannungssignal über den durch die Photodiode 16 und den Phototransistor gebildeten potentialtrennenden Optokoppler 15 einer Auswerteeinrich¬ tung zugeführt werden.
In FIG. 4 ist ein entsprechend FIG. 2 ausgebildeter Kon¬ taktträger 10 mit Trägerteilen 11 und 12 und diesbezüg¬ lichen Kontaktstücken 20 mit den zugehörigen Festkontakt¬ stücken 30 auf Kontaktträgern 31 im Seitenriß dargestellt. Üblicherweise wird die so gebildete Schaltbrücke über einen Elektromagneten 40 mit Anker 42 und Joch 43 für den Schaltvorgang betätigt. Dafür ist eine Betätigungsstange 41 mit dem Anker 42 verbunden, der dem Joch 43 des Elek- tro agneten 40 gegenüberliegt. Das Joch 43 des Elektro¬ magneten 40 hat eine Spule 44 zur elektrischen Betätigung, Es hat sich gezeigt, daß sich die Schwingung des Kontakt¬ trägers 10 als Oberschwingungen im Spulenstrom des Betäti- gungsmagneten 40 bemerkbar machen. Wenn sich durch den
Abbrand der Kontaktstücke 20 das Schwingungsverhalten des Kontaktträgers 10 ändert und schließlich zwei getrennt schwingende Trägerteile 11 und 12 entstehen, ändern sich damit auch die Frequenzen der Oberschwingungen im Spulen- ström. Durch geeignete Filter können die diesbezüglichen Frequenzen detektiert werden.
Insbesondere in FIG. 4 sind keine zusätzlichen Me߬ mittel zur Erfassung des Schwingungsverhaltens des Kon- takttragers notwendig. Dadurch wird der Aufbau weiter ver¬ einfacht.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltgerät, insbesondere Schütz oder Leistungsschal¬ ter, mit Kontaktstücken, die in einem Schaltgerätegehäuse auf einem Kontaktträger befestigt sind, und mit Mitteln zum Überwachen des Kontaktabbrandes, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kontaktträger (10, 11, 12) geteilt ist und daß die Kontaktstücke rück¬ seitig geschlitzt auf dem geteilten Kontaktträger (10, 11, 12) aufgebracht sind.
2. Schaltgerät nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß der Kontaktträger (10) asymmetrisch geteilt und daß die Kontaktstücke rückseitig asymmetrisch geschlitzt sind.
3. Schaltgerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, e ¬ k e n n z e i c h n e t in der Anwendung auf den be¬ weglichen und/oder den festen Kontaktträger und die diesbezüglichen Kontaktstücke.
4. Schaltgerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, g e ¬ k e n n z e i c h n e t durch Mittel zur Detektion des Schwingungsverhaltens des Kontaktträgers (10) bei der Schaltbewegung.
5. Schaltgerät nach Anspruch 4, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß am Kontaktträger (10) ein Schwingungsaufnehmer angebracht ist.
6. Schaltgerät nach Anspruch 4, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß am Schaltgerätegehäuse ein Mikrophon angebracht ist.
7. Schaltgerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, e ¬ k e n n z e i c h n e t durch Mittel zur Messung und Anzeige der elektrischen Spannung zwischen den beiden Kontaktträgern (11, 12).
8. Schaltgerät nach Anspruch 7, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß eine Photodiode (16) zur Anzeige des Abbrandes vorhanden ist.
9. Schaltgerät nach Anspruch 8, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß der Photodiode (16) ein Phototransistor (17) nachgeschaltet ist und als Optokopp¬ ler (35) zur potentialmäßigen Trennung der Meßspannung für eine Auswerteeinrichtung (40) dient.
10. Schaltgerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 mit einem Elektromagneten zur Betätigung der Schaltbewegung, g e - k e n n z e i c h n e t durch Mittel zur Detektion der Oberschwingungen im Spulenstrom des Betätigungsmagneten (40), wobei die Oberschwingungen ein Signal für die Schwingung des Kontaktträgers (10; 11, 12) sind.
11. Schaltgerät nach Anspruch 10, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß zur Detektion der Ober- Schwingungen Filter vorhanden sind.
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