WO2022223228A1 - Verfahren zur zustandsbestimmung eines elektrischen schaltgerätes, überwachungseinheit für ein elektrisches schaltgerät und elektrische schaltanlage - Google Patents

Verfahren zur zustandsbestimmung eines elektrischen schaltgerätes, überwachungseinheit für ein elektrisches schaltgerät und elektrische schaltanlage Download PDF

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WO2022223228A1
WO2022223228A1 PCT/EP2022/057633 EP2022057633W WO2022223228A1 WO 2022223228 A1 WO2022223228 A1 WO 2022223228A1 EP 2022057633 W EP2022057633 W EP 2022057633W WO 2022223228 A1 WO2022223228 A1 WO 2022223228A1
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switching device
impedance
voltage
measurement data
unit
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PCT/EP2022/057633
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Thomas Hammer
Anne Bauer
Ivana Mladenovic
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Siemens Aktiengesellschaft
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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
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    • H01H9/16—Indicators for switching condition, e.g. "on" or "off"
    • H01H9/167—Circuits for remote indication

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining the state of an electrical switching device, a monitoring unit for an electrical switching device and an electrical switching device.
  • Switching devices or switchgear can be found in electrical networks and in numerous electrotechnical systems, e.g. B. air- or gas-insulated switchgear with vacuum interrupters or electromechanical switching devices, ranging from the low-voltage range to the medium-voltage range and up to the high-voltage range. These are used, for example, to protect people, network infrastructure and systems and are preferably used to switch off affected network areas in the event of a fault, in particular e.g. B. in case of a short circuit. Switching devices age as a result of switching operations over the course of their service life. For example, in this case the contacts are worn down, in particular as a result of the energy introduced by the arc.
  • electrotechnical systems e.g. B. air- or gas-insulated switchgear with vacuum interrupters or electromechanical switching devices, ranging from the low-voltage range to the medium-voltage range and up to the high-voltage range. These are used, for example, to protect people, network infrastructure and systems and are preferably used to switch off affected
  • Switchgear operators strive to use the switching devices in their systems for as long as possible without jeopardizing their reliability. It is therefore desirable to know the aging status of a switching device as precisely as possible and to obtain a prognosis for the remaining service life. This enables the operator to replace it in good time without having to replace a device far too early.
  • the data sheets for switching devices or switchgear typically state how many switching cycles a switching device is designed for, depending on the switched current. Based on the history, i.e. the number of Switching processes and knowledge of the switched off current strength, the number of remaining switching cycles can be estimated depending on the current. However, this does not take into account the duration of the arc, which plays an important role in determining the remaining service life, since this can lead to greater or lesser wear of the contacts and other components. When using this method, it is therefore disadvantageous that a safety buffer of excess switching cycles must be maintained in order to ensure a reliable switching process, and the system may have to be replaced earlier.
  • Another approach is to determine the energy that acts on a switching device during switching operations. This energy is determined from the time profile during the switching process by integrating the current intensity, which is known as the I 2 t method. The value is added up for the switching processes that have already taken place. Depending on the switch type, there is a certain limit for the maximum total energy. Alternatively, the amount of charge Q transferred by the arc can also be determined. However, both methods have the necessity that precise knowledge of the arcing time is required for their calculation.
  • the object of the invention is to provide a method for determining the state of an electrical switching device and a monitoring unit for an electrical switching device and an electrical switching device itself, which, compared to the prior art, determines a state of the electrical switchgear more reliably and with less technical effort .
  • the object is achieved with a method having the features according to claim 1, a monitoring unit having the features according to claim 11 and an electrical switching device having the features according to claim 14.
  • the method according to the invention for monitoring a state of an electrical switching device comprises a number of steps. First, the electrical current intensity is measured by the switching device using a first measuring unit and first measurement data is generated. Furthermore, the voltage across the switching device is measured with a closed contact using a second measuring unit. Second measurement data are generated in the process. The voltage is measured in such a way that the voltage for the measurement is coupled out in a high-resistance, capacitive manner and is amplified by means of an amplifier.
  • the amplifier is protected against overvoltage by a voltage-limiting electronic circuit.
  • the first and second measurement data are transmitted to a computing unit.
  • An impedance of the switching device is determined in the computing unit based on the first and second measurement data.
  • the state of the switching device is determined based on the time course of the determined impedance and/or a comparison of the determined impedance with an impedance reference value. The determination takes place in the computing unit.
  • the monitoring unit according to the invention for an electrical switching device includes a first measuring unit for measuring the currents flowing through the switching device. It also includes a second measuring unit for measuring the voltage present across the switching device when the contact is closed.
  • the second measuring unit includes a decoupling unit, an amplifier and a voltage-limiting electronic circuit.
  • the decoupling unit is set up to decouple the voltage capacitively with high impedance.
  • the voltage-limiting electronic circuit is set up to protect the amplifier from overvoltage.
  • the monitoring unit includes a computing unit.
  • the computing unit is set up to determine an impedance of the switching device from the first and second measurement data. Furthermore, the computing unit is set up to determine the state of the switching device based on a time profile of the determined impedance and/or a equal to the determined impedance with an impedance reference value.
  • the electrical switching device comprises a monitoring unit according to the invention.
  • a Zener diode in particular, can be used as a voltage-limiting electronic circuit.
  • the state of a switchgear is possible based on the determination of an impedance.
  • the contact resistance of new electrical contacts is in the mOhm range for switching devices. This means that low voltages drop across closed contacts, particularly in the range from 0.001 V to 1 V in the case of low-voltage switching devices. A simple measurement of the voltage would therefore only result in a weak measurement signal. Accordingly, the voltage signal will be amplified before geous.
  • Capacitive coupling of the voltage to the input of the amplifier advantageously prevents electrical losses during the measurement.
  • the coupling preferably takes place with small capacitances, in particular from 1 pF to 1 nF, preferably between 10 pF and 100 pF.
  • Capacitive or resistive voltage dividers with a division ratio of 100:1 for low voltage to 10,000:1 for medium voltage are therefore usually used for voltage measurement on switching devices, which protect the downstream electronic circuits from overvoltages.
  • voltage dividers would disadvantageously reduce the contact voltage signals to be measured.
  • a capacitive divider with a low division ratio of a maximum of 10:1 or preferably less than 2:1 is used, and the voltage measurement amplifier is protected against overvoltage by means of an electronic protective circuit. It is advantageously possible with the method according to the invention to to reliably determine the status of a switchgear with little technical effort.
  • the electronic protective circuit for voltage limitation is designed in such a way that the voltage at an input of the amplifier is at most 95%, particularly preferably 80%, of the operating voltage of the amplifier.
  • the operating voltage is in particular +/- 24V, +/- 10V, +/- 5V.
  • the amplifier is advantageously operated in such a way that, with the maximum permissible contact voltage for properly working contacts, the output voltage of the amplifier is in a voltage range which strengthens reliable amplification, conversion into a digital signal by means of an A/D converter, and good differentiation of voltages when the contacts are open, so that the status of the switching device can be reliably determined.
  • the gain is preferably set in such a way that the output voltage of the amplifier when the contacts are closed is at most 90% of the saturation value of the output voltage, particularly preferably 67%.
  • the state of the switching device is determined on the basis of a mean increase in the time profile of the impedance using the 15-minute mean values.
  • the average gradient is determined analogously to the moving average of the contact resistance using Equation 1: Equation 1
  • the impedance of the switching device in a new state is used as the reference value for the impedance.
  • the state of the switching device can thus be reliably determined in comparison to the new state.
  • the first measurement data and/or second measurement data are subjected to smoothing before further processing.
  • the smoothing increases the robustness of the measurement data and thus advantageously also increases the reliability of the state determination of the switching device.
  • the current I max applied to the switching device when it is in the closed state is at least 16 A.
  • the measured voltage is less than 5 V. This advantageously ensures that no current flows with an open contact, i.e. with a switching arc and I> 16A, are measured and thus not included in the determination of the enter impedance.
  • the impedance values determined in the computing unit are used to evaluate the time profile over a period of at least one hour, preferably one hour Day, particularly preferably averaged over a month.
  • the status can be evaluated based on this averaging. This makes it possible to advantageously reduce the amount of data on which an evaluation is based.
  • the averaging starts again after a switching process.
  • the state of the switching device is re-evaluated based on an impedance change, which describes the difference before and after a switching process.
  • an impedance change which describes the difference before and after a switching process.
  • a mean impedance which was present before the switching operation preceding the time is used as the impedance reference value.
  • a switching process is understood to mean, in particular, a load switching process, a short-circuit disconnection process or a regular switching process.
  • a switching process is characterized using an I 2 t evaluation.
  • the state change of the switching device due to the switching process is then determined based on the quotient of the impedance change and an I 2 t value.
  • the status of the switching device can thus advantageously be recorded quantitatively: the greater the quotient, the worse the status and the shorter the remaining service life of the switching device.
  • the zener diodes in the second measuring unit are arranged anti-parallel to the input of the amplifier to ground.
  • the Zener diodes thus protect the amplifier from an overvoltage above its operating voltage.
  • Figure 1 shows a monitoring unit with an electric
  • Figure 2 shows a monitoring unit with an electric
  • FIG. 3 shows a monitoring unit with an electrical switching device, an amplifier and two Zener diodes
  • FIG. 4 shows a monitoring unit with an electrical switching device, an amplifier and two Zener diodes which are involved in capacitive decoupling;
  • Figure 5 shows a monitoring unit with an electric
  • Figure 6 shows a monitoring unit with an electric
  • FIG. 7 shows a voltage-time diagram and a current-time diagram of a closed switching contact
  • FIG. 8 shows an impedance-time diagram
  • FIG. 9 shows a voltage-time diagram and a current-time diagram in the event of a successful short-circuit shutdown
  • FIG. 10 shows a process diagram of the process for determining a state of the electrical switchgear.
  • Figure 1 shows a monitoring unit 1 and an electrical switching device 3 with a power source 2, a power switch 3, an amplifier 4 and a computing unit 100.
  • Figure 1 also shows a capacitive decoupling 6, which the amplifier 4 from the electrical switchgear 3, in this Example of a circuit breaker, decoupled.
  • the capacitive decoupling comprises a first capacitor CI and a second capacitor C2.
  • FIG. 1 shows a first measuring unit 8 for measuring the current and a second measuring unit 7 for measuring the voltage.
  • the first measuring unit 8 for measuring the current is designed in particular as an inductive current pickup, in particular as a Rogowski coil.
  • the first measuring unit 8 and the second measuring unit 7 are connected to a computing unit 100 via a data connection device 20, in particular via a cable.
  • the monitoring unit 1 can advantageously be used to determine the state of the electrical switchgear 3 based on an impedance.
  • the contact resistance is at low voltages, especially in the range of 0.1 V to 1 V. Therefore, simply measuring the voltage would only result in a weak measurement signal. Accordingly, the voltage signal will advantageously be amplified.
  • Capacitive decoupling of the voltage advantageously prevents the switch signal from short-circuiting. The decoupling takes place preferably with small capacitances.
  • capacitive or resistive voltage dividers with a division ratio of 100:1 for the low voltage to 10,000:1 for the medium voltage, which protect the subsequent electronic circuits from overvoltages (the capacitive divider with the division ratio C2/(C1+C2) is formed in Figure 1 by the capacitances Ci and C2 ).
  • FIG. 2 shows another embodiment.
  • the structure of the switch device 3, the capacitive decoupling 6, the amplifier 4 and the computing unit is the same structure as in the first exemplary embodiment in FIG connected to the capacitance C2 of the capacitive divider from the input of the measuring amplifier to ground.
  • the capacitance C2 can be provided here in an advantageous manner by the zener diode, so it does not require an extra component.
  • This protective circuit limits the voltage asymmetrically to U z in the reverse direction and U d in the forward direction of the zener diode, with U d being the let-through voltage of the zener diode of around 0.7 V. The voltage measurement is protected against overvoltage by the Zener diode.
  • FIG. 3 A third exemplary embodiment is shown in FIG. 3.
  • the structure of the switch device 3, the capacitive decoupling 6, the amplifier 4 and the arithmetic unit is the same as in the first exemplary embodiment in FIG Zener diode ZI and Z2, which is connected parallel to the capacitance C2 of the capacitive divider from the input of the measuring amplifier to ground.
  • the capacitance C2 can be provided here by the Zener diodes. It is advantageous that no additional component is required.
  • the advantage of the third and fourth configuration is that the voltage limitation here is U z +U d independently of the polarity of the half-wave.
  • FIG. 5 shows a fifth exemplary embodiment.
  • the structure of the switching device 3, the capacitive decoupling 6, the ampli ker 4, the zener diodes ZI and Z2 and the arithmetic unit 100 is the same structure as in the first embodiment of Fi gur 4.
  • an inverting amplifier with integrated used to smooth noisy signals.
  • the integrated smoothing is done with means of a first resistor RI and a second resistor R3 and a third capacitor C3. This advantageously results in more reliable values for the calculated contact resistances.
  • zener diodes ZI, Z2 of the fifth exemplary embodiment are replaced by two diodes D1 and D2 connected in antiparallel. This is possible for low contact voltages (less than 0.7 V). In this case the voltage occurs on U d , where U d is the forward voltage of the diode of around 0.7V.
  • FIG. 7 shows a voltage-time diagram and a current-time diagram of a switching process with a closed contact.
  • the voltage U in V is plotted on the right y-axis
  • the current in A is plotted on the left y-axis.
  • the x-axis describes the time t.
  • FIG. 8 shows an impedance Real calculated based on the current profile and the voltage profile of FIG. 7 on the y-axis over time t.
  • Figure 8 also shows a moving average of the impedance Rav.
  • FIG. 9 shows the voltage profile and the current profile over time in the event of a successful short-circuit shutdown.
  • the voltage during switching is measured and the signal is amplified as an amplified voltage U a pi , also shown in FIG.
  • the Zener diode 5 limits the voltage Voltage to a predetermined voltage value, shown in Figure 9 by a cut-off C.
  • the time interval of the switching process begins when the voltage is >10 V and the current is > a rated current.
  • the time interval of the switching process ends when either no current flows and the voltage corresponds to the mains voltage or the voltage is less than 5 V and the current is less than the rated current (the circuit breaker is closed again).
  • the data acquisition for the provision of the measurement data to the processing unit 100 via the data connection 20 takes place synchronously for current and voltage with a sampling rate of at least 200 Hz, preferably greater than 400 Hz, optimally greater than 800 Hz.
  • the conversion of the measured values into current and voltage values is expediently carried out taking into account the division ratios of the voltage divider, the amplification factor of the amplifier and a sensitivity of the current sensor in the unit V or A.
  • the impedance determination preferably only to use voltage values from points in time at which the absolute value of the current relative to the rated current of the switching device exceeds a certain percentage value. It is advantageous if the absolute value of the current relative to the Rated current is 2%, in particular 5%, particularly advantageously 10%.
  • Rated currents can cover a wide range in the case of low-voltage applications, in particular from 16 A to 160 A per phase.
  • n is preferably chosen so small that a stable mean value occurs in 10% of the mean time between closing and opening of the switch, and not greater than a maximum averaging time ⁇ constant of preferably 15 minutes. In particular, the 15-minute average values of the contact resistance are saved.
  • FIG. 3 shows a process diagram of the method for determining the state of the switching device 3.
  • a first step S1 the electrical current intensity is measured at the switching device 3, in a second step S2, the voltage across the switching device 3 is measured at a ge closed contact. Measurement data are generated and transmitted to a computing unit 100 .
  • a third step S3 based on the voltage measurement data and the current measurement data in a computing unit 100, an impedance of the Switching device 3 determined.
  • a state of the switching device 3 is determined based on the impedance determined. The determination is made in particular by comparing the measured impedance with a reference impedance or by evaluating the time profile of the impedance over the operating period of the switching device 3.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zustandsbestimmung eines elektrischen Schaltgerätes, eine Uberwachungseinheit für ein elektrisches Schaltgerät und ein elektrisches Schaltgerät. Das Verfahren zum Überwachen eines Zustands eines elektrischen Schaltgerätes umfasst mehrere Schritte. Zunächst erfolgt das Messen der elektrischen Stromstärke an dem Schaltgerät mittels einer ersten Messeinheit und Erzeugen von ersten Messdaten. Weiterhin wird die Spannung über dem Schaltgerät bei einem geschlossenen Kontakt mittels einer zweiten Messeinheit gemessen. Es werden dabei zweite Messdaten erzeugt. Das Messen der Spannung erfolgt derart, dass die Spannung für das Messen hochohmig kapazitiv ausgekoppelt wird und mittels eines Verstärkers verstärkt wird. Der Verstärker wird mittels Zener-Dioden vor Überspannung geschützt. Die ersten und zweiten Messdaten werden an eine Recheneinheit übertragen. Es wird in der Recheneinheit eine Impedanz des Schaltgerätes basierend auf den ersten und zweiten Messdaten ermittelt. Der Zustand des Schaltgerätes wird basierend auf dem zeitlichen Verlauf der ermittelten Impedanz und/oder einem Vergleich der ermittelten Impedanz mit einem Impedanz-Referenzwert ermittelt. Das Ermitteln erfolgt in der Recheneinheit.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Zustandsbestimmung eines elektrischen Schaltge rätes, Überwachungseinheit für ein elektrisches Schaltgerät und elektrische Schaltanlage
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zu standsbestimmung eines elektrischen Schaltgerätes, eine Über wachungseinheit für ein elektrisches Schaltgerät und ein elektrisches Schaltgerät.
In elektrischen Netzen und in zahlreichen elektrotechnischen Anlagen finden sich Schaltgeräte bzw. Schaltanlagen, z. B. luft- oder gasisolierte Schaltanlagen mit Vakuumschaltröhren oder elektromechanischen Schaltgeräten, angefangen vom Nie derspannungsbereich über den Mittelspannungsbereich bis hin zum Hochspannungsbereich. Diese dienen beispielsweise dem Schutz von Personen, Netzinfrastruktur und Anlagen und werden bevorzugt eingesetzt, um im Fehlerfall betroffene Netzberei che abzuschalten, insbesondere z. B. in einem Kurzschluss fall. Im Laufe der Betriebsdauer altern die Schaltgeräte, hervorgerufen durch Schaltvorgänge. Beispielsweise werden hierbei die Kontakte, insbesondere durch die Energie, die durch den Lichtbogen eingebracht wird, abgenutzt. Die Betrei ber von Schaltanlagen sind bestrebt, die Schaltgeräte so lan ge wie möglich in ihren Anlagen einzusetzen, ohne dass die Zuverlässigkeit gefährdet ist. Deshalb ist es erstrebenswert, den Alterungszustand eines Schaltgerätes so präzise wie mög lich zu kennen und eine Prognose für die noch verfügbare Le bensdauer zu erhalten. Dies ermöglicht dem Betreiber einen rechtzeitigen Austausch, ohne ein Gerät deutlich zu früh aus- tauschen zu müssen.
Zur Abschätzung der Lebensdauer gibt es verschiedene Vorge hensweisen. In den Datenblättern von Schaltgeräten oder Schaltanlagen wird typischerweise angegeben, für wie viele Schaltspiele ein Schaltgerät abhängig vom geschalteten Strom ausgelegt ist. Anhand der Historie, also der Anzahl der Schaltvorgänge und der Kenntnis der abgeschalteten Stromstär ke, kann die Anzahl der noch verbleibenden Schaltspiele stromabhängig abgeschätzt werden. Dabei wird die zeitliche Dauer des Lichtbogens jedoch nicht berücksichtigt, was aber für die Bestimmung der Restlebensdauer eine wichtige Rolle spielt, da dadurch die Abnutzung der Kontakte und anderer Komponenten in größerem oder kleinerem Maße stattfinden kann. Bei Anwendung dieser Methode muss daher nachteilig zur Si cherstellung eines zuverlässigen Schaltverlaufes ein Sicher heitspuffer an überzähligen Schaltspielen eingehalten werden und die Anlage ggf. früher ausgetauscht werden.
Eine andere Vorgehensweise ist die Bestimmung der Energie, die auf ein Schaltgerät bei den Schaltvorgängen wirkt. Diese Energie wird aus dem zeitlichen Verlauf beim Schaltvorgang durch Integration der Stromstärke bestimmt, was unter dem Be griff I2t-Methode bekannt ist. Der Wert wird für die bereits erfolgten Schaltvorgänge aufsummiert. Je nach Schaltertyp gibt es eine bestimmte Grenze für die maximale Gesamtenergie. Alternativ kann auch die durch den Lichtbogen übertragene La dungsmenge Q bestimmt werden. Beide Methoden weisen jedoch die Notwendigkeit auf, dass zu ihrer Berechnung eine genaue Kenntnis der Lichtbogenzeit erforderlich ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Zustandsbestimmung eines elektrischen Schaltgerätes sowie ei ner Überwachungseinheit für ein elektrisches Schaltgerät und ein elektrisches Schaltgerät an sich bereitzustellen, die ge genüber dem Stand der Technik einen Zustand der elektrischen Schaltanlage zuverlässiger und mit weniger technischem Auf wand ermittelt.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1, einer Überwachungseinheit mit dem Merkmalen gemäß Anspruch 11 und eines elektrischen Schaltgerätes mit den Merkmalen gemäß Anspruch 14 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Überwachen eines Zustands eines elektrischen Schaltgerätes umfasst mehrere Schritte. Zunächst erfolgt das Messen der elektrischen Stromstärke durch das Schaltgerät mittels einer ersten Messeinheit und Erzeugen von ersten Messdaten. Weiterhin wird die Spannung über dem Schaltgerät bei einem geschlossenen Kontakt mittels einer zweiten Messeinheit gemessen. Es werden dabei zweite Messdaten erzeugt. Das Messen der Spannung erfolgt derart, dass die Spannung für das Messen hochohmig kapazitiv ausge koppelt wird und mittels eines Verstärkers verstärkt wird.
Der Verstärker wird mittels einer spannungsbegrenzenden elektronischen Schaltung vor Überspannung geschützt. Die ers ten und zweiten Messdaten werden an eine Recheneinheit über tragen. Es wird in der Recheneinheit eine Impedanz des Schaltgerätes basierend auf den ersten und zweiten Messdaten ermittelt. Der Zustand des Schaltgerätes wird basierend auf dem zeitlichen Verlauf der ermittelten Impedanz und/oder ei nem Vergleich der ermittelten Impedanz mit einem Impedanz- Referenzwert ermittelt. Das Ermitteln erfolgt in der Rechen einheit.
Die erfindungsgemäße Überwachungseinheit für ein elektrisches Schaltgerät umfasst eine erste Messeinheit zur Messung der durch das Schaltgerät fließenden Ströme. Sie umfasst weiter hin eine zweite Messeinheit zum Messen der über dem Schaltge rät bei einem geschlossenen Kontakt anliegenden Spannung. Die zweite Messeinheit umfasst eine Auskoppeleinheit, einen Ver stärker und eine spannungsbegrenzende elektronische Schal tung. Die Auskoppeleinheit ist eingerichtet, die Spannung hochohmig kapazitiv auszukoppeln. Die spannungsbegrenzende elektronische Schaltung ist eingerichtet, den Verstärker vor Überspannung zu schützen. Die Überwachungseinheit umfasst ei ne Recheneinheit. Die Recheneinheit ist eingerichtet, eine Impedanz des Schaltgerätes aus den ersten und zweiten Messda ten zu ermitteln. Weiterhin ist die Recheneinheit eingerich tet, den Zustand des Schaltgerätes basierend auf einem zeit lichen Verlauf der ermittelten Impedanz und/oder einem Ver- gleich der ermittelten Impedanz mit einem Impedanz- Referenzwert zu ermitteln.
Das erfindungsgemäße elektrische Schaltgerät umfasst eine er findungsgemäße Überwachungseinheit.
Als eine spannungsbegrenzende elektronische Schaltung kann insbesondere eine Zenerdiode verwendet werden.
Es wurde im Rahmen der Erfindung erkannt, dass der Zustand einer Schaltanlage basierend auf dem Ermitteln einer Impedanz möglich ist. Der Kontaktwiderstand neuwertiger elektrischer Kontakte liegt bei Schaltgeräten im mOhm-Bereich. Damit fal len über geschlossenen Kontakten niedrige Spannungen ab, bei Niederspannungsschaltgeräten insbesondere in einem Bereich von 0,001 V bis 1 V. Somit würde ein einfaches Messen der Spannung lediglich zu einem schwachen Messsignal führen. Vor teilhaft wird demnach das Spannungssignal verstärkt werden. Eine kapazitive Kopplung der Spannung an den Eingang des Ver stärkers verhindert vorteilhaft elektrische Verluste bei der Messung. Die Kopplung erfolgt bevorzugt mit kleinen Kapazitä ten, insbesondere von 1 pF bis 1 nF, bevorzugt zwischen 10 pF und 100 pF.
Bei geöffneten Kontakten liegt am Eingang der kapazitiven Kopplung die volle Netzspannung an. Üblicherweise werden für die Spannungsmessung an Schaltgeräten deshalb kapazitive oder resistive Spannungsteiler mit einem Teilungsverhältnis von 100:1 für die Niederspannung bis 10.000:1 für die Mittelspan nung eingesetzt, die die nachfolgenden elektronischen Schal tungen vor Überspannungen schützen. Spannungsteiler würden aber in nachteiliger Weise die zu messenden Kontaktspannungs signale reduzieren. Erfindungsgemäß wird deshalb ein kapazi tiver Teiler mit einem niedrigen Teilungsverhältnis von maxi mal 10:1 oder bevorzugt kleiner als 2:1 eingesetzt, und der Verstärker der Spannungsmessung wird mittels einer elektroni schen Schutzschaltung vor Überspannung geschützt. Es ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft möglich, den Zu- stand einer Schaltanlage mit einem geringen technischen Auf wand zuverlässig zu bestimmen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung ist die elektronische Schutzschaltung zur Span nungsbegrenzung so ausgelegt, dass die Spannung an einem Ein gang des Verstärkers maximal 95 %, besonders bevorzugt 80 % einer Betriebsspannung des Verstärkers beträgt. Die Betriebs spannung beträgt insbesondere +/- 24V, +/- 10V, +/- 5V.
Vorteilhaft erfolgt das Betreiben des Verstärkers so, dass bei der für ordnungsgemäß arbeitende Kontakte maximal zuläs sigen Kontaktspannung die Ausgangsspannung des Verstärkers in einem Spannungsbereich liegt, welcher ein zuverlässiges Ver stärken, Wandeln in ein Digitalsignal mittels A/D-Wandler, und gute Unterscheidung von Spannungen bei geöffneten Kontak ten ermöglicht und somit der Zustand des Schaltgerätes zuver lässig ermittelt wird. Bevorzugt wird dafür die Verstärkung so eingestellt, dass die Ausgangsspannung des Verstärkers bei geschlossenen Kontakten maximal 90% des Sättigungswertes der Ausgangsspannung beträgt, besonders bevorzugt 67%.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbil dung der Erfindung wird der Zustand des Schaltgerätes basie rend auf einer mittleren Steigung des zeitlichen Verlaufs der Impedanz anhand der 15-Minuten Mittelwerte ermittelt. Die mittlere Steigung wird analog zum gleitenden Mittelwert des Kontaktwiderstandes mittels Gleichung 1 ermittelt:
Figure imgf000007_0001
Gleichung 1
Überschreitet das Produkt aus Steigung (z.B. in der Einheit mOhm/h) und einer für die Anwendung kritischen Zeit Tcr (also insbesondere der angesetzten Lebensdauer des Schaltgerätes in Stunden (h) einen Wert y·(RCf-RCi) t wobei z.B. 0,1 < y < 10 gewählt werden kann, wird eine Bewertung dazu abgegeben, wie schnell Wartung oder Austausch des Schaltgerätes möglich sind. Bei schneller Reaktion, also einer schnell möglichen Wartung oder einem Austausch wird dann insbesondere ein hoher Wert, bei langsamer Reaktion wird insbesondere ein niedriger Wert angegeben.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbil dung der Erfindung wird als der Referenzwert der Impedanz die Impedanz des Schaltgerätes in einem Neuzustand verwendet. Vorteilhaft kann somit der Zustand des Schaltgerätes im Ver gleich zu dem Neuzustand zuverlässig ermittelt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbil dung der Erfindung werden die ersten Messdaten und/oder zwei ten Messdaten vor einer Weiterverarbeitung einer Glättung un terzogen. Das heißt, dass in der Recheneinheit die Messdaten analysiert werden und insbesondere nicht konsistente Messda ten aus den ersten und zweiten Messdaten entfernt werden. Das Glätten erhöht die Robustheit der Messdaten und erhöht somit vorteilhaft auch die Zuverlässigkeit der Zustandsbestimmung des Schaltgerätes.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbil dung der Erfindung beträgt die Stromstärke Imax, die im ge schlossenen Zustand des Schaltgerätes an dieser anliegt, we nigstens 16 A.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbil dung der Erfindung beträgt die gemessene Spannung weniger als 5 V. Vorteilhaft wird hierdurch sichergestellt, dass keine Stromflüsse bei einem geöffneten Kontakt, also mit Schalt lichtbogen und I > 16A, gemessen werden und somit nicht in die Ermittlung der Impedanz eingehen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbil dung der Erfindung werden die in der Recheneinheit ermittel ten Impedanzwerte zur Auswertung des zeitlichen Verlaufs über einen Zeitraum von wenigstens einer Stunde, bevorzugt einem Tag, besonders bevorzugt von einem Monat gemittelt. Vorteil haft kann das Auswerten des Zustands basierend auf dieser Mittelung erfolgen. Dies ermöglicht es, die für eine Auswer tung zugrundeliegende Datenmenge vorteilhaft zu reduzieren.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbil dung der Erfindung beginnt die Mittelung nach einem Schalt vorgang erneut. Der Zustand des Schaltgerätes wird anhand ei ner Impedanzänderung, welche den Unterschied vor und nach ei nem Schaltvorgang beschreibt, erneut bewertet. In anderen Worten wird in dieser Ausgestaltung als Impedanz-Referenzwert eine mittlere Impedanz, welche vor dem zeitlich vorhergehen den Schaltvorgang vorlag, verwendet. Dies ermöglicht es vor teilhaft, den Zustand eines Schaltgeräts über wenigstens ei nen Schaltvorgang hinweg zu bewerten.
Unter einem Schaltvorgang wird insbesondere ein Lastschalt vorgang, ein Kurzschlussabschaltvorgang oder ein regulärer Schaltvorgang verstanden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbil dung der Erfindung wird ein Schaltvorgang anhand einer I2t- Auswertung charakterisiert. Die Zustandsänderung des Schalt gerätes durch den Schaltvorgang wird dann basierend auf dem Quotienten der Impedanzänderung und einem I2t-Wert ermittelt. Vorteilhaft kann der Zustand des Schaltgerätes somit quanti tativ erfasst werden: Je größer der Quotient ist, desto schlechter ist der Zustand und desto kürzer ist die verblei bende Restlebensdauer des Schaltgerätes.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbil dung der Erfindung sind die Zener-Dioden in der zweiten Mess einheit antiparallel zum Eingang des Verstärkers gegen Masse angeordnet. Vorteilhaft schätzen die Zener-Dioden somit den Verstärker vor einer Überspannung oberhalb seiner Betriebs spannung. Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung un ter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren. Darin zeigen schematisch:
Figur 1 eine Überwachungseinheit mit einem elektrischen
Schaltgerät, einem Verstärker und einer Rechenein heit;
Figur 2 eine Überwachungseinheit mit einem elektrischen
Schaltgerät, einem Verstärker und einer Zenerdiode;
Figur 3 eine Überwachungseinheit mit einem elektrischen Schaltgerät, einem Verstärker und zwei Zener- Dioden;
Figur 4 eine Überwachungseinheit mit einem elektrischen Schaltgerät, einem Verstärker und zwei Zener- Dioden, welche bei einer kapazitiven Auskopplung beteiligt sind;
Figur 5 eine Überwachungseinheit mit einem elektrischen
Schaltgerät, einem Verstärker, zwei Zener-Dioden, wobei der Verstärker eine integrierte Glättungsein heit umfasst;
Figur 6 eine Überwachungseinheit mit einem elektrischen
Schaltgerät, einem Verstärker, zwei Dioden, wobei der Verstärker eine integrierte Glättungseinheit umfasst;
Figur 7 ein Spannungs-Zeit-Diagramm und ein Strom-Zeit- Diagramm eines geschlossenen Schaltkontakts;
Figur 8 ein Impedanz-Zeit-Diagramm; Figur 9 ein Spannungs-Zeit-Diagramm und ein Strom-Zeit- Diagramm bei einer erfolgreichen Kurzschlussab schaltung;
Figur 10 ein Verfahrensschema des Verfahrens zum Ermitteln eines Zustands der elektrischen Schaltanlage.
Figur 1 zeigt eine Überwachungseinheit 1 und ein elektrisches Schaltgerät 3 mit einer Stromquelle 2, einem Leistungsschal ter 3, einem Verstärker 4 und einer Recheneinheit 100. Figur 1 zeigt weiterhin eine kapazitiv Auskopplung 6, welche den Verstärker 4 von der elektrischen Schaltanlage 3, in diesem Beispiel einem Leistungsschalter, ausgekoppelt. Die kapaziti ve Auskopplung umfasst einen ersten Kondensator CI und einen zweiten Kondensator C2. Weiterhin zeigt Figur 1 eine erste Messeinheit 8 zum Messen des Stroms und eine zweite Messein heit 7 zu Messen der Spannung. Die erste Messeinheit 8 zum Messen des Stroms ist insbesondere als ein induktiver Strom aufnehmer, insbesondere als eine Rogowski-Spule, ausgestal tet. Die erste Messeinheit 8 und die zweite Messeinheit 7 sind über eine Datenverbindungsvorrichtung 20, insbesondere über ein Kabel, mit einer Recheneinheit 100 verbunden.
Vorteilhaft kann mit der Überwachungseinheit 1 der Zustand der elektrischen Schaltanlage 3 basierend einer Impedanz er mittelt werden. Der Kontaktwiderstand liegt bei niedrigen Spannungen, insbesondere in einem Bereich von 0,1 V bis 1 V. Somit würde ein einfaches Messen der Spannung lediglich zu einem schwachen Messsignal führen. Vorteilhaft wird demnach das Spannungssignal verstärkt werden. Das kapazitive Auskop peln der Spannung verhindert vorteilhaft einen Kurzschluss des Schaltersignals. Das Auskoppeln erfolgt bevorzugt bei kleinen Kapazitäten.
Bei geöffneten Kontakten liegt am Eingang der kapazitiven Kopplung die volle Netzspannung an. Üblicherweise werden für die Spannungsmessung an Schaltgeräten deshalb kapazitive oder resistive Spannungsteiler mit einem Teilungsverhältnis von 100:1 für die Niederspannung bis 10.000:1 für die Mittelspan nung eingesetzt, die die nachfolgenden elektronischen Schal tungen vor Überspannungen schützen (der kapazitive Teiler mit dem Teilungsverhältnis C2/(C1+C2) wird in Figur 1 durch die Kapazitäten Ci und C2 gebildet).
Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Der Aufbau des Schaltergeräts 3, der kapazitiven Auskopplung 6, dem Ver stärker 4 und der Recheneinheit ist derselbe Aufbau wie im ersten Ausführungsbeispiel der Figur 1. Zusätzlich umfasst die Überwachungseinheit 1 in diesem Beispiel eine Zener-Diode ZI mit einer Zenerspannung Uz, die parallel zur Kapazität C2 des kapazitiven Teilers vom Eingang des Messverstärkers gegen Masse geschaltet ist. Die Kapazität C2 kann hier in vorteil hafter Weise durch die Zenerdiode bereitgestellt werden, er fordert also kein extra Bauelement. Diese Schutzschaltung be grenzt die Spannung asymmetrisch auf Uz in Sperrrichtung und Ud in Durchlassrichtung der Zenerdiode, wobei Ud die Durch lassspannung der Zenerdiode von rund 0,7 V ist. Die Span nungsmessung wird mittels der Zener-Diode vor Überspannung geschützt.
Ein drittes Ausführungsbeispiel zeigt Figur 3. Der Aufbau des Schaltergeräts 3, der kapazitiven Auskopplung 6, dem Verstär ker 4 und der Recheneinheit ist derselbe Aufbau wie im ersten Ausführungsbeispiel der Figur 1. Zusätzlich umfasst die Über wachungseinheit 1 eine Reihenschaltung von zwei in Gegenrich tung gepolten Zener-Diode ZI und Z2, die parallel zur Kapazi tät C2 des kapazitiven Teilers vom Eingang des Messverstär kers gegen Masse geschaltet ist. Die Kapazität C2 kann hier in einer weiteren in Figur 4 dargestellten Ausführung durch die Zener-Dioden bereitgestellt werden. Es wird also vorteil haft kein zusätzliches Bauelement benötigt. Der Vorteil der dritten und vierten Ausgestaltung liegt darin, dass die Span nungsbegrenzung hier unabhängig von der Polarität der Halb welle Uz + Ud beträgt. Figur 5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel. Der Aufbau des Schaltergeräts 3, der kapazitiven Auskopplung 6, dem Verstär ker 4, der Zener-Dioden ZI und Z2 und der Recheneinheit 100 ist derselbe Aufbau wie im ersten Ausführungsbeispiel der Fi gur 4. Zusätzlich wird in diesem Ausführungsbeispiel ein in vertierender Verstärker mit integrierter Glättung verrausch ter Signale eingesetzt. Die integrierte Glättung erfolgt mit tels eines ersten Widerstands RI und eines zweite Widerstands R 3 und einem dritten Kondensator C3. Hierdurch ergeben sich vorteilhaft zuverlässigere Werte für die berechneten Kontakt widerstände .
In einem sechsten Ausführungsbeispiel, welches Figur 6 zeigt, werden die Zener-Dioden ZI, Z2 des fünften Ausführungsbei spiels durch zwei antiparallel geschaltete Dioden Dl und D2 ersetzt. Dies ist möglich für niedrige Kontaktspannungen (kleiner als 0,7 V). In diesem Fall erfolgt die Spannung auf Ud, wobei Ud die Durchlassspannung der Diode von rund 0,7 V ist.
Figur 7 zeigt ein Spannungs-Zeit-Diagramm und ein Strom-Zeit- Diagramm eines Schaltvorgangs mit geschlossenem Kontakt. Auf der rechten y-Achse ist die Spannung U in V aufgetragen, auf der linken y-Achse ist der Strom in A aufgetragen. Die x- Achse beschreibt die Zeit t.
Figur 8 zeigt eine basierend auf dem Stromverlauf und dem Spannungsverlauf der Figur 7 berechnete Impedanz Reale auf der y-Achse über der Zeit t. Figur 8 zeigt auch einen glei tenden Mittelwert der Impedanz Rav.
Figur 9 zeigt den Spannungsverlauf und dem Stromverlauf über der Zeit bei einer erfolgreichen Kurzschlussabschaltung.
Bei t=10 ms erfolgt die Abschaltung: Es fließt kein Strom mehr. Die Spannung während des Schaltens wird gemessen und das Signal wird, ebenfalls in Figur 9 gezeigt, als verstärkte Spannung Ua pi verstärkt. Die Zener-Diode 5 begrenzt die Span- nung auf einen vorgegebene Spannungswert, in Figur 9 durch einen Cut-Off C dargestellt.
Das Zeitintervall des Schaltvorgangs beginnt, wenn die Span nung >10 V und der Strom > einem Nennstrom ist. Das Zeitin tervall des Schaltvorgang endet, wenn entweder kein Strom fließt und die Spannung der Netzspannung entspricht oder die Spannung weniger als 5 V beträgt und der Strom kleiner als der Nennstrom ist (der Leistungsschalter wieder geschlossen ist).
Die Datenaufnahme für das Bereitstellen der Messdaten an die Recheneinheit 100 über die Datenverbindung 20 erfolgt für Strom und Spannung synchron mit einer Abtastrate von mindes tens 200 Hz, besser größer als 400 Hz, optimalerweise größer als 800 Hz.
Die Konversion der Messwerte in Strom- und Spannungswerte er folgt zweckmäßigerweise unter Berücksichtigung von Teilungs verhältnissen des Spannungsteilers, Verstärkungsfaktor des Verstärkers und einer Empfindlichkeit des Stromsensors in der Einheit V oder A.
Um Spannungswerte bei geöffneten Kontakten sicher ermitteln zu können, ist es sinnvoll, dass die Spannungswerte verwendet werden, welche dem Sättigungswert der Ausgangsspannung des Verstärkers entsprechen und aufgenommen werden, während der Schalter geöffnet ist. Falls diese Werte aufgenommen werden, wenn der Schalter geschlossen ist, sollte eine Fehlermeldung ausgegeben werden. Diese Fehlermeldung kann auf ein defektes Schaltgerät oder eine fehlerhafte Messung hinweisen.
Weiterhin ist es vorteilhaft für eine Unterscheidung und eine erhöhte Zuverlässigkeit der Impedanz-Bestimmung, bevorzugt nur Spannungswerte von Zeitpunkten heranzuziehen, bei denen der Betragswert des Stromes relativ zum Nennstrom des Schalt gerätes einen bestimmten Prozentwert übersteigt. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Betragswert des Stromes relativ zum Nennstrom 2 %, insbesondere 5 % besonders vorteilhaft 10 % beträgt. Nennströme können dabei einen weiten Bereich abde¬ cken, bei Niederspannungsanwendungen, insbesondere von 16 A bis 160 A pro Phase.
Die Berechnung des Kontaktwiderstandes kann insbesondere aus bei geschlossenem Kontakt erfassten Strömen und Spannungen gemäß Rc = UC/ICJ gefolgt von der Bildung eines gleitenden Mittelwertes Rc (ti) = ((n-1)-Rem (ti-i) + Rc(ti))/n, wobei n die Zahl der Zeitschritte t± ist, über die gemittelt wird und ab¬ hängig von der Anwendung festgelegt werden. Bei Anwendungen, bei denen häufig geschaltet wird, wird n bevorzugt so klein gewählt, dass sich in 10% der mittleren Zeit zwischen Schlie ßen und Öffnen des Schalters ein stabiler Mittelwert ein¬ stellt, und nicht größer als eine maximale Mittelungszeit¬ konstante von bevorzugt 15 Minuten. Insbesondere erfolgt eine Speicherung der 15-Minuten Mittelwerte des Kontaktwiderstan des.
Es ist insbesondere dann auch möglich eine Bewertung des Zu¬ standes des Schaltgerätes anhand des Vergleichs von 15- Minuten Mittelwert mit Referenzwerten aus Neuwertigen Schalt geräten RCi und maximal zulässigen Kontaktwiderständen RCf für ordnungsgemäßes Arbeiten des Schaltgerätes durchzuführen. Insbesondere kann dann eine Meldung über einen Zustand, eine Wartung oder einen Austausch erforderlich sein, wenn Rcm(ti) > Rd + X·(Rcf-Rci)t wobei bevorzugt 0,3 < x < 0,7 gewählt werden kann.
Figur 3 zeigt ein Verfahrensschema des Verfahrens zur Bestim¬ mung des Zustands des Schaltgerätes 3. In einem ersten Schritt S 1 erfolgt das Messen der elektrischen Stromstärke an dem Schaltgerät 3 in einem zweiten Schritt S2 erfolgt das Messen der Spannung über dem Schaltgerät 3 bei einem ge schlossenen Kontakt. Es werden Messdaten erzeugt und an eine Recheneinheit 100 übermittelt. In einem dritten Schritt S3 werden basierend auf den Spannungsmessdaten und den Strom messdaten in einer Recheneinheit 100 eine Impedanz des Schaltgerätes 3 ermittelt. In einem vierten Schritt S4 wird basierend der ermittelten Impedanz ein Zustand des Schaltge rätes 3 ermittelt. Das Ermitteln erfolgt insbesondere durch den Vergleich der gemessenen Impedanz mit einer Referenzimpe- danz oder über ein Bewerten des zeitlichen Verlaufs der Impe danz über den Betriebszeitraum des Schaltgerätes 3.
Bezugszeichenliste
1 Überwachungseinheit
2 Stromquelle
3 elektrisches Schaltgerät
4 Verstärker
6 kapazitive Auskopplung
7 zweite Messeinheit (Spannungsmess
8 erste Messeinheit (Strommesser)
10 Spannung
11 Strom
20 Datenübertragungsvorrichtung
100 Recheneinheit
CI erster Kondensator
C2 zweiter Kondensator
C3 dritter Kondensator
GND2 Masse
ZI erste Zener-Diode
Z2 zweite Zener-Diode
Dl erste Diode
D2 zweite Diode
RI erster Widerstand t Zeit
U Spannung
I Strom
C Cut-Off
51 Messen der elektrischen Stromstär gerät
52 Messen der Spannung über dem Scha schlossenen Kontakt
53 Ermitteln einer Impedanz des Scha

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Überwachen eines Zustands eines elektrischen Schaltgerätes (3) mit mehreren Schritten:
- Messen der elektrischen Stromstärke an dem Schaltgerät (3) mittels einer ersten Messeinheit (8) und Erzeugen von ersten Messdaten,
- Messen der Spannung über dem Schaltgerät (3) bei einem ge schlossenen Kontakt mittels einer zweiten Messeinheit (7) und Erzeugen von zweiten Messdaten, wobei das Messen der Spannung derart erfolgt, dass die Spannung für das Messen hochohmig kapazitiv ausgekoppelt wird und mittels eines Verstärkers (4) verstärkt wird, wobei der Verstärker (4) mittels wenigstens einer spannungsbegrenzenden elektronischen Schaltung (5) vor Überspannung geschützt wird,
- Übertragen der ersten und zweiten Messdaten an eine Rechen einheit (100),
- Ermitteln einer Impedanz des Schaltgerätes (3) aus den ers ten Messdaten und den zweiten Messdaten in der Recheneinheit (100),
- Ermitteln des Zustands des Schaltgerätes (3) basierend auf einem zeitlichen Verlauf der ermittelten Impedanz und/oder einem Vergleich der ermittelten Impedanz mit einem Impedanz- Referenzwert, wobei das Ermitteln in der Recheneinheit (100) erfolgt.
2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spannung an einem Eingang des Verstärkers (4) maximal 95 %, besonders bevorzugt maximal 80 %, einer maximalen Be triebsspannung beträgt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zustand des Schaltgerätes (3) basierend auf einer Stei gung des zeitlichen Verlaufs der Impedanz ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als der Referenzwert der Impedanz die Impedanz des Schaltge rätes (3) in einem Neuzustand verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ersten Messdaten und/oder zweiten Messdaten vor einer Weiterverarbeitung einer Glättung unterzogen werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stromstärke Imax, die im geschlossenen Zustand des Schalt gerätes (3) an dieser anliegt, wenigstens 16 A beträgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die gemessene Spannung weniger als 5 V beträgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die in der Recheneinheit (100) ermittelten Impedanzwerte zur Auswertung des zeitlichen Verlaufs über einen Zeitraum von wenigstens einer Stunde, bevorzugt einem Tag, besonders be vorzugt einem Monat gemittelt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Mittelung nach einem Schaltvorgang neu begonnen wird und der Zustand des Schaltge rätes (3) anhand einer Impedanzänderung, welche den Unter schied vor und nach einem Schaltvorgang beschreibt, bewertet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei ein Schaltvorgang anhand der I2t-Methode charakterisiert wird und der Zustand des Schaltgerätes basierend auf dem Quotienten der Impedanzände rung und einem I2t-Wert ermittelt wird.
11. Überwachungseinheit (1) für ein elektrisches Schaltgerät (3) umfassend:
- eine erste Messeinheit (8) zur Messung der durch das Schaltgerät (3) fließenden Stromstärke und zum Erzeugen von ersten Messdaten, - eine zweite Messeinheit (7) zum Messen der über dem Schalt gerät (3) bei einem geschlossenen Kontakt anliegenden Span nung, wobei die zweite Messeinheit (7) eine Auskoppeleinheit (6), einen Verstärker (4) und wenigstens eine spannungsbe grenzende elektronische Schaltung (5) aufweist, wobei an der Auskoppeleinheit (6) die Spannung hochohmig kapazitiv auskop pelbar ist und der Verstärker (4) mittels der Zener-Dioden (5) vor Überspannung schützbar ist und zum Erzeugen von zwei ten Messdaten,
- mit einer Recheneinheit (100), wobei die Recheneinheit (100) eingerichtet ist, eine Impedanz des Schaltgerätes (3) aus den ersten und den zweiten Messdaten zu ermitteln und die Recheneinheit (100) eingerichtet ist, den Zustand des Schalt gerätes (3) basierend auf einem zeitlichen Verlauf der ermit telten Impedanz und/oder einem Vergleich der ermittelten Im pedanz mit einem Impedanz-Referenzwert zu ermitteln.
12. Überwachungseinheit (1) nach Anspruch 11, wobei in der zweiten Messeinheit (7) die wenigstens eine spannungsbegren zende elektronische Schaltung eine Zener-Diode (5) ist, wel che antiparallel zum Eingang des Verstärkers (4) gegen Masse angeordnet ist.
13. Überwachungseinheit (1) nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Recheneinheit (100) eingerichtet ist, ein Signal zu er zeugen, wenn ein basierend auf der Impedanz ermitteltes Zeit intervall den Referenzwert um einen Grenzwert überschreitet und wobei die Überwachungseinheit (1) eine Kommunikationsvor richtung umfasst, die dazu eingerichtet ist, das Signal an eine dezentrale Datenverarbeitungsvorrichtung zu übertragen.
14. Elektrische Schaltanlage (3) umfassend eine Überwachungs einheit (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13.
15. Elektrische Schaltanlage (3) nach Anspruch 14, wobei die se in der Art ausgestaltet ist, Stromstärken von mehr als 16 A zu schalten.
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