DE10051161C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Reduzierung des Kontaktabbrandes eines Schaltgerätes - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Reduzierung des Kontaktabbrandes eines SchaltgerätesInfo
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Abstract
Zur Reduzierung des Kontaktabbrandes eines Schaltgerätes (1), insbesondere eines Schützes, wird ein Einschaltbefehl (ES) bis zum Erreichen desjenigen auf den Phasenwinkel(PSI) der Steuerspannung (U¶S¶) eines mit den Hauptkontakten (K1, K2, K3) des Schaltgerätes gekoppelten Magnetsystems (4) bezogenen Kommandowinkels (PSI¶Kv¶) verzögert, der dem jeweiligen Hauptkontakt (K1, K2, K3) mit dem aktuell stärksten Abbrand zugeordnet ist. Dazu sind eine Anzahl von Auswertegliedern (A¶Ln¶) zur Bestimmung des Kontaktabbrandes (DELTAm¶n¶) und ein Speicherbaustein (10) für bestimmte Kommandowinkel (PSI¶Kv¶) sowie ein Phasenkomparator (11) vorgesehen, der anhand eines Vergleiches des bevorzugten Kommandowinkels (PSI¶Kv¶) mit dem Phasenwinkel (PSI) der erfassten Steuerspannung (U¶S¶) einen Impuls (S) zur Einleitung des Schaltvorgangs erzeugt.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reduzierung
des Kontaktabbrandes eines Schaltgerätes, insbesondere eines
Schütz. Sie bezieht sich weiter auf eine Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens.
Bei einem mit Wechselstrom angesteuerten und elektromagne
tisch betätigten Schaltgerät, dessen nachfolgend als Haupt
kontakte bezeichneten Hauptkontaktanordnungen ein Drehstrom
system schalten, besteht das Bestreben, durch geeignete Be
triebsführung den Kontaktabbrand zu reduzieren und damit die
Funktionsdauer des Schaltgerätes zu erhöhen. So kann durch
Vermeidung des sogenannten Schaltsynchronisationseffektes ein
gleichmäßiger Abbrand in den üblicherweise drei Hauptkontak
ten erreicht werden, wodurch die Funktionsdauer erhöht wird.
Dazu ist bereits die Beschaltung der Schaltgeräte- bzw.
Schützspule mit einer Kapazität vorgeschlagen worden. Darüber
hinaus kann eine angestrebte Vergleichmäßigung des Kontakt
abbrandes durch Vermeidung der sogenannten Autosynchronisa
tion des Schaltgerätes erhöht werden. Dazu können beispiels
weise Schaltbefehle nach bestimmten Methoden derart verzögert
werden, dass eine gleichmäßige Verteilung der Schaltwinkel
hervorgerufen wird.
Um einen gleichmäßigen Kontaktabbrand zu gewährleisten, ist
es aus der US 5,440,180 bekannt, alternativ einen gleichmä
ßige Abfolge unterschiedlicher Schaltwinkel oder eine zufäl
ligen und sich ständig ändernden Schaltwinkel eines Schaltbe
fehls herbeizuführen. Eine ähnliche Vorgehensweise ist auch
aus der DE 44 34 074 A1 bekannt, wobei dort zur Vermeidung
einer Selbstsynchronisation beim Schalten eines mehrpoligen
Schützes eine Phasenumschalteinrichtung die Steuerspannung
für den Magnetantrieb des Schaltgerätes abwechselnd an eine
der drei Phasen des Hauptstromkreises legt. Dabei wird eine
gleichbleibende, sich wiederholende Umschaltfolge durchge
führt, die zu einer Vergleichmäßigung des Kontaktabbrandes an
den Hauptkontakten führen soll.
Ferner ist aus der DE 10 40 105 C ein Verfahren zur Reduzie
rung des Kontaktabbrandes eines Schaltgerätes bekannt, bei
dem eine Umschalteinrichtung in Abhängigkeit einer auf die
Intensität der Lichtbogenbildung ansprechenden Überwachungs
einrichtung die Betätigungsspule eines Schaltgerätes solange
in eine andere Leitung eines Dreiphasensystems legt, bis der
geringste Lichtbogeneffekt an den Hauptkontakten auftritt.
Um sowohl den Autosynchronisationseffekt als auch den z. B.
durch Fertigungstoleranzen hervorgerufen mechanischen Syn
chronisationseffekt auszugleichen, könnte durch geeignete
Wahl des Schaltzeitpunktes die vom aktuellen Abbrand am
stärksten betroffene Hauptkontaktanordnung bezüglich des Ab
brandes entlastet werden. Dadurch würden die beiden anderen
Hauptkontaktanordnungen stärker belastet, wodurch ebenfalls
eine Nivellierung herbeigeführt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur
Reduzierung des Kontaktabbrandes eines Schaltgerätes, insbe
sondere eines Schützes, anzugeben, mit dem einerseits ein,
insbesondere durch den Schaltsynchronismus hervorgerufener,
divergierender Abbrand der Hauptkontakte und andererseits der
summarische Abbrand aller drei Hauptkontaktanordnungen des
Schaltgerätes reduziert wird. Des Weiteren soll eine zur
Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung
angegeben werden.
Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß
gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1. Dazu wird bei ei
nem Schaltgerät nach Erhalt eines Einschaltbefehles dieser
bis zum Erreichen eines bevorzugten Phasen- oder Kommando
winkels verzögert, der demjenigen Hauptkontakt mit dem aktu
ell stärksten Abbrand zugeordnet ist. Der Kommando- oder Ein
schaltkommandowinkel ist dabei ein bestimmter, auf die Pha
senlage der Steuer- oder Spulenspannung zum elektromagneti
schen Betätigen der Hauptkontakte bezogener Zeitpunkt. Der
Einschaltkommandowinkel berücksichtigt dabei die von diesem
abhängige Kontaktschließzeit zwischen dem Anlegen der Spulen-
oder Steuerspannung des mit den Hauptkontakten gekoppelten
Magnetsystems des Schaltgerätes und der Berührung der Kon
taktelemente der jeweiligen Hauptkontakte.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass in je
der halben Netzperiode drei bevorzugte Zeitpunkte oder Kom
mandowinkel existieren, zu denen ein Schaltvorgang einen im
statistischen Mittel geringeren summarischen Abbrand aller
drei Hauptkontakte verursacht als ein beliebiger anderer
Zeitpunkt oder ein beliebiger anderer gleich verteilter Kom
mandowinkel. Dabei kann jedem der bevorzugten Zeitpunkte oder
Kommandowinkel genau ein Hauptkontakt zugeordnet werden, der
einem zu diesem Zeitpunkt bzw. zu diesem Kommandowinkel ein
geleiteten Schaltvorgang im statistischen Mittel einen gegen
über den anderen beiden Hauptkontakten geringeren Abbrand
aufweist. Diese Zuordnung zwischen den bevorzugten Zeitpunkten
oder Kommandowinkeln und den Hauptkontakten ist einein
deutig, so dass jedem Hauptkontakt oder jeder Hauptkontakt
anordnung auch exakt ein bevorzugter Kommandowinkel zugeord
net ist. Jedem bevorzugten Kommandowinkel sind dabei zwei we
sentliche Eigenschaften, nämlich einerseits ein minimaler Ab
brand für einen bestimmten Hauptkontakt. Andererseits ist bei
Wahl dieses bevorzugten und nur einem der Hauptkontakte zuge
ordneten Kommandowinkels für alle Hauptkontakte der Abbrand
im statistischen Mittel kleiner als bei einem beliebigen
anderen Kommandowinkel.
Die Verzögerung kann beispielsweise durch ein diskret reali
siertes Verzögerungsglied oder durch einen Mikrokontroller
bewerkstelligt werden. Da insgesamt drei bevorzugte Komman
dowinkel oder Zeitpunkte für jede halbe Netzperiode existie
ren, beträgt die Verzögerung höchstens 180°, was bei einer
Netzfrequenz von 50 Hz einer Verzögerungszeit von 10 ms ent
spricht. Auf diese Weise ist einerseits die Vermeidung jeg
licher Schaltsynchronisation sichergestellt. Andererseits
wird eine Reduzierung des kumulierten Kontaktabbrandes in al
len drei Hauptkontakten oder Hauptkontaktanordnungen er
reicht.
Der aktuelle Abbrand der drei Hauptkontakte wird vorzugsweise
durch eine Zeitintervallmessung während des Ausschaltvorgangs
bestimmt. Hierbei wird die Zeitspanne zwischen einer Trennung
des zur elektromagnetischen Betätigung der Hauptkontakte vor
gesehenen Magnetsystems und der Trennung der Hauptkontakte
erfasst. Die Trennung des Magnetsystems kann hierbei durch
einen charakteristischen Spannungsimpuls an der zugeordneten
Magnetspule detektiert werden. Die Trennung der Hauptkontakte
resultiert ebenfalls in einem Spannungsimpuls, dessen Höhe
mindestens der Anoden-Kathoden-Spannung eines entstehenden
Lichtbogens entspricht. Eine derartige Zeitintervallmessung
ist beispielsweise beschrieben in der DE 196 03 310 A1 und
der DE 196 03 319 A1. Die Zeitintervallmessung nutzt die Er
kenntnis, dass sich der Abbrand der Hauptkontakte primär in
einer Verringerung der Dicke der Kontaktauflage und damit in
einem verkürzten Weg äußert.
Bezüglich der Vorrichtung wird die genannte Aufgabe erfin
dungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruches 5. Vor
teilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der auf diesen
rückbezogenen Unteransprüche.
So umfasst die Vorrichtung eine Anzahl von Auswertegliedern
zur Bestimmung des Abbrandes jedes Hauptkontaktes des Schalt
gerätes. Dazu führt jedes Auswerteglied anhand der Spannung
über dem jeweiligen Hauptkontakt und der Spannung der Magnet
spule des Magnetsystems eine Zeitintervallmessung durch. Die
drei bevorzugten Kommandowinkel, die den drei Phasen des
Drehstromnetzes zugeordnete Phasenwinkel der Spulen- oder
Steuerspannung für das Magnetsystem des Schaltgerätes sind,
sind zweckmäßigerweise als Tabelle in einem Speicherbaustein
hinterlegt.
Ein Phasenkomparator erzeugt anhand eines Vergleichs des dem
Hauptkontakt mit dem aktuell stärksten Abbrand zugeordneten
Kommando- oder Phasenwinkels mit dem Phasenwinkel der aktuell
erfaßten Steuerspannung des Magnetsystems einen Impuls zur
Einleitung des Schaltvorgangs. Dabei entspricht die Impuls
folge des erzeugten Impulses zweckmäßigerweise einer halben
Netzperiode. Eine dem Phasenkomparator nachgeschaltete Kipp
stufe, vorzugsweise ein Flipflop, übergibt mit dem vom Pha
senkomparator erzeugten Impuls den Einschaltbefehl an einen
Schalter zum Anlegen der Steuer- oder Spulenspannung an das
Magnetsystem. Zur Ermittlung des Phasenwinkels der vorzugs
weise kontinuierlich erfassten Steuerspannung ist der Phasen
komparator mit einem Phasenausgang des Schaltgerätes verbun
den, an den eine der Phasen des Drehstromnetzes angeschlossen
ist.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbeson
dere darin, dass durch Verzögerung und damit durch gezielte
Beeinflussung des Einschaltvorgangs eines mit Wechselstrom
angesteuerten, elektromagnetisch betätigten Schaltgerätes,
insbesondere eines Schützes, unter Nutzung dessen spezifi
scher Eigenschaften einerseits der Synchronisationseffekt
vermieden und andererseits der Abbrand der Hauptkontakte ins
gesamt reduziert wird. Dabei wird eine Veränderung sowohl des
durch die Hauptkontakte zu schaltenden Hauptstromkreises als
auch des Schaltgerätes selbst vermieden.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand
einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Schaltgerätes mit einer
Anordnung zur Reduzierung des Kontaktabbrandes,
Fig. 2 in einem Winkel/Zeit-Diagramm die vom Einschalt
kommandowinkel abhängige Schließzeit,
Fig. 3 in einem Winkel/Geschwindigkeits-Diagramm die vom
Einschaltkommandowinkel abhängige Schließgeschwin
digkeit,
Fig. 4 in einem Winkel/Zeit-Diagramm die vom Einschalt
kommandowinkel abhängige Abhebedauer von Hauptkon
takten des Schaltgerätes,
Fig. 5 in einem Winkel/Winkel-Diagramm die vom Einschalt
kommandowinkel abhängigen Schließwinkel der Haupt
kontakte, und
Fig. 6 in einem weiteren Diagramm die vom Einschaltkomman
dowinkel abhängige relative Prellladung.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den
gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt ein Schütz als Schaltgerät 1 mit drei nachfolgend
als Hauptkontakte K1 bis K3 bezeichneten Hauptkontaktanord
nungen, deren unbeweglichen Kontaktelemente K1a, K2a bzw. K3a
einerseits mit Phasenanschlüssen 2 eines Drehstromnetzes
L1, L2, L3, N und andererseits mit einer Last 3 verbunden sind.
Die beweglichen Kontaktelemente K1b, K2b und K3b der Hauptkontakte
K1 bis K3 werden von einem gemeinsamen Magnetsystem mit
einer Magnetspule 4 betätigt. Die Magnetspule 4, mit der die
Hauptkontakte K1 bis K3 mechanisch gekoppelt sind, ist über
eine Steuerleitung 5 einerseits mit dem Phasenanschluss 2 des
Phasenleiters L3 und andererseits mit dem Anschluss 2 des
Neutralleiters N verbunden. In der Steuerleitung 5 liegt ein
Schalter 6 zum Ansteuern der Magnetspule 4 und somit zum
Betätigen, d. h. zum Ein- und Ausschalten des Magnetsystems
des Schaltgerätes 1.
Jedem Hauptkontakt K1 bis K3 ist ein Auswerteglied AL3, AL2, AL1
zur Ermittlung des Kontaktabbrandes des jeweiligen Hauptkon
taktes K1 bis K3 zugeordnet. Jedem dieser Auswerteglieder
AL3, AL2, AL1 wird einerseits über eine Messleitung 7 die Span
nung U1, U2, U3 über dem jeweiligen Hauptkontakt K1 bis K3 und
andererseits über Messleitungen 8 die Steuer- oder Spulen
spannung US an der Magnetspule 4 zugeführt. Anhand dieser
Spannungen U1, U2, U3 und US führen die Auswerteglieder AL3, AL2,
AL1 eine Zeitintervallmessung durch und bestimmen damit die
aktuellen Abbrandwerte Δm1, Δm2, Δm3 der Hauptkontakte K1 bis
K3, d. h. die jeweilige Dicke der verbleibenden Kontaktauf
lagen der Hauptkontakte K1 bis K3.
Aus den dadurch ermittelten aktuellen Abbrandwerten Δm1, Δm2,
Δm3 wird in einem Funktionsbaustein 9 nach einem vorgegebenen
funktionalen Zusammenhang, z. B. nach einer sogenannten max-
index-Funktion, der Hauptkontakt K1, K2 oder K3 mit dem größ
ten Abbrand bestimmt. Mittels eines Speicherbausteins 10, in
dem tabellarisch drei bevorzugte Einschaltkommandowinkel ΨK1,
ΨK2, ΨK3 hinterlegt sind, wird der für den folgenden Schalt
vorgang maßgebliche Kommandowinkel ΨKν entnommen und an einen
Phasenkomparator 11 weitergeleitet.
Der Phasenkomparator 11 vergleicht kontinuierlich den Phasen
winkel Ψ der Spulen- oder Steuerspannung US mit dem bevorzug
ten Kommandowinkel ΨKν und gibt bei Übereinstimmung einen
kurzen Impuls S aus, der beispielsweise etwa 100 µs lang ist.
Dazu ist der Phasenkomparator 11 über eine Steuerleitung 12
mit dem Anschluß 2 des Nullleiters N und einem der Phasenan
schlüsse 2, im Ausführungsbeispiel der Phase L3, des Dreh
stromnetzes verbunden. Im Phasenkomparator 11 bleibt dabei
die Polarität der Spulenspannung US unberücksichtigt, so dass
die Impulse S im Abstand von einer halben Netzperiode T/2
ausgegeben werden. Der Impuls S wird an einen Eingang E1 ei
nes Flipflops 13 geführt, an dessen Weiteren Eingang E2 ein
externer Schaltbefehl, d. h. der externe Einschaltbefehl ES,
ansteht. Das ausgangsseitig mit dem Schalter 6 verbundene
Flipflop 13 übernimmt mit dem am Eingang E1 anstehenden Im
puls S den am Eingang E2 anstehenden Schaltbefehl ES und lei
tet somit über den verzögerungsfreien Schalter 6 den Ein
schaltvorgang ein.
Die Ableitung der bevorzugten Kommandowinkel ΨKν aus dem
Schaltverhalten des elektromagnetisch betätigten Schaltgerä
tes oder Schützes 1 wird nachfolgend anhand der Fig. 2 bis 6
näher beschrieben. Beispielhaft wird hierzu der durch Messun
gen verifizierte Einschaltvorgang eines 37 kW-Schützes heran
gezogen.
Fig. 2 zeigt die vom Einschaltkommandowinkel ΨK abhängige
Schließzeit tS. Diese gibt die Zeit vom Anlegen der Steuer-
oder Spulenspannung US bis zur Berührung der Kontaktelemente
K1a bis K3b der Hauptkontakte K1 bis K3 an. Der Einschalt
kommandowinkel ΨK ist hierbei der auf die Phasenlage der si
nusförmigen Steuer- bzw. Schutzspulenspannung US bezogene
Phasenwinkel. Aus dem Verlauf ist ersichtlich, dass die vom
Einschaltkommandowinkel ΨK abhängige Schließzeit tS nicht
konstant, sondern einer Schwankung von mehr als 10 ms unter
worfen ist. Dies entspricht bei einer Netzfrequenz von 50 Hz
einem Winkel ΨK von mehr als 180°.
Für ΨK ≈ n.180°, mit n ∈ N, ist die Schaltzeit tS minimal.
Grund hierfür ist, dass dort bei Einschaltung der fast aus
schließlich induktiven Schütz- oder Magnetspule 4 ein maximales
transientes Gleichstromglied hervorgerufen wird, was
insgesamt eine höhere Anzugskraft zur Folge hat. Bei konstan
tem Einschaltkommandowinkel ΨK ist die Schließzeit tS nahezu
keinen statistischen Schwankungen unterworfen. Somit kann in
Kenntnis des Kommandowinkels ΨK die Schließzeit tS und damit
auch der Schließzeitpunkt der Hauptkontakte K1, K2, K3 sehr ge
nau bestimmt werden. Wesentlich dabei ist, dass zwar die
Schließzeit tS aller drei Hauptkontakte K1, K2, K3 konstant
ist, der auf die jeweilige Netzspannung bezogene Schließwin
kel jedoch in den drei Hauptkontakten K1, K2, K3 bei einem
Schaltvorgang aufgrund der Phasenverschiebung im Drehstrom
system jeweils um 120° versetzt ist.
Fig. 3 zeigt die vom Einschaltkommandowinkel ΨK abhängige
Schließgeschwindigkeit vS, d. h. die Geschwindigkeit, mit der
die Hauptkontakte K1, K2, K3 aufeinander treffen. Ebenso wie
die Schließzeit tS ist auch die Schließgeschwindigkeit vS ab
hängig vom Einschaltkommandowinkel ΨK. Im Gegensatz zur
Schließzeit tS ist jedoch der Verlauf der Schließgeschwindig
keit vS erheblich von den konstruktiven Gegebenheiten des je
weiligen Schützes oder Schaltgerätes 1 abhängig, so dass all
gemein gültige Aussagen praktisch nicht gemacht werden kön
nen. Darüber hinaus ist die Schließgeschwindigkeit vS bei
konstantem Einschaltkommandowinkel ΨK einer statistischen
Streuung unterworfen, was aus dem entsprechend der gemessenen
Standardabweichung ermittelten Fehlerband hervorgeht. Dennoch
ist die Schließgeschwindigkeit vS aller drei Hauptkontakte
K1, K2, K3 näherungsweise gleich, was sich in dem einzigen Gra
phen widerspiegelt.
Fig. 4 zeigt die vom Einschaltkommandowinkel ΨK abhängige Ab
hebedauer tab aller drei Hauptkontakte K1, K2, K3 während des
sogenannten Einschaltprellens. Die Abhebedauer tab ist hier
bei die kumulierte Zeit, während derer die Hauptkontakte K1,
K2, K3 nach der ersten Berührung erneut voneinander getrennt
sind. Hierbei wird ein für den Abbrand maßgeblicher Lichtbogen
zwischen den Kontaktelementen 1a bis 3b der Hauptkontakte
K1 bis K3 hervorgerufen.
Aus einem Vergleich der Graphen gemäß den Fig. 3 und 4 ist ein
deutlicher Zusammenhang zwischen der Schließzeit tS und der
Abhebedauer tab ersichtlich. Demnach ruft eine hohe Schließ
geschwindigkeit vS auch eine vergleichsweise lange Abhebe
dauer tab hervor. Daher sowie auch aus einfachen Überlegungen
zum elastischen Stoß und zu Feder-Masse-Systemen kann bei
Mittlung über viele Schaltungen bei gleicher Schließgeschwin
digkeit vS für alle drei Hauptkontakte K1 bis K3 auch von
etwa gleicher Abhebedauer tab ausgegangen werden. Dies lässt
sich durch die Beziehung
tab = C.vS(ΨK)
audrücken, wobei C eine schaltgerätespezifische Konstante
ist.
Zusätzlich zur Schließgeschwindigkeit vS und damit zur Abhe
bedauer tab ist für den Abbrand auch die Höhe des fließenden
Stromes i während der Prellabhebungen der Hauptkontakte K1
bis K3 von Bedeutung. Dabei kann davon ausgegangen werden,
dass der Abbrand proportional zum Integral des Lichtbogen
stromes i über die Zeit ist. Dabei wird zusätzlich der Licht
bogenstrom i in der Regel mit einer kontaktspezifischen Kon
stante k potenziert gemäß der Beziehung:
Δm = C'.∫ik(t)dt
Dabei sind Δm der Kontaktabbrand und C' und k insbesondere
von den Eigenschaften des Hauptkontaktes K1 bis K3, z. B.
dessen Geometrie und Material, abhängige Konstanten.
Obwohl die erste Berührung der Kontaktelemente 1a bis 3b der
Hauptkontakte K1 bis K3 im absoluten, zeitlichen Maßstab na
hezu gleichzeitig stattfindet, ist der auf die jeweilige
Netzspannung bezogene elektrische Schließwinkel der Hauptkon
takte K1, K2, K3 nicht gleich, sondern aufgrund der um 120°
versetzten Spannungen im Dreiphasen-System ebenfalls um 120°
versetzt. Dieser Zusammenhang ist in Fig. 5 verdeutlicht, in
der die auf 360° normierten Schließwinkel in den drei Haupt
kontaktanordnungen K1, K2, K3 in Abhängigkeit des Einschalt
kommandowinkels ΨK gezeigt sind. Der in Fig. 5 gezeigte Ver
lauf lässt sich unter Nutzung der Schließzeit tS mit Hilfe
der nachfolgenden Gleichungen formulieren, wobei die An
steuerung der Schütz- oder Magnetspule 4 kohärent zum Außen-
oder Phasenleiter L3 ist und an den Hauptkontakten K1, K2, K3
ein rechtsdrehendes Dreileitersystem geschaltet wird:
Dabei ist T die Netzperiode mit in der Regel 20 ms Perioden
dauer. ΨS ist der auf die jeweilige Phase oder Phasenleitung
L1, L2, L3 bezogene Schließwinkel. Mod 360° bezeichnet den Mo
dulu-Operator, dessen Anwendung den Divisionsrest bei einer
Division durch 360° ergibt. Beispielsweise würde sich bei ei
nem Winkel von 540° = 1,5.360° und einer Division durch
360° der Faktor 1,5 ergeben. Aus dem numerischen Rest von 0,5
würde sich somit eine Divisionsrest von 180° ergeben.
Daraus folgt, dass zwar die Abhebedauer tab der Hauptkontakte
K1 bis K3 etwa gleich ist, der fließende Strom bei diesen Ab
hebungen prinzipiell aber unterschiedlich ist. In Näherung
kann für den fließenden Strom in den Hauptkontaktanordnungen
K1, K2, K3 während der Prellabhebung angesetzt werden:
Dabei ist C'' eine von der zu schaltenden Last 3 und der Netz
spannung abhängige Konstante.
Somit sind am Abbrand der Hauptkontakte K1, K2, K3 zwei Pro
zesse beteiligt, nämlich einerseits die für alle Hauptkontak
te K1 bis K3 jeweils gleiche Abhebedauer tab und andererseits
die für alle Hauptkontakte K1 bis K3 jeweils unterschiedliche
Höhe des Lichtbogenstromes i. Dies wird auch anhand des in
Fig. 6 dargestellten experimentell bestimmten Verlaufs der vom
Einschaltkommandowinkel ΨK abhängigen relativen Prellladung Q
der drei Hauptkontakte K1, K2, K3 deutlich. Als relative Prell
ladung Q wird hierbei die auf den Effektivwert des Nennstroms
bezogene tatsächliche Prellladung bezeichnet.
Bei der in Fig. 6 dargestellten Abhängigkeit der relativen
Prellladung Q vom Einschaltkommmandowinkel ΨK ist die Steuer
spannung US wiederum kohärent zum Außen- oder Phasenleiter
L3. Zusätzlich ist dort der Mittelwert der drei relativen
Prellladungen Q eingezeichnet in Form einer mit Kreuzen mar
kierten Linie. Diese mit Kreuzen markierte Linie weist im Be
reich um etwa ΨK = 50° und ΨK = 85° jeweils Minima auf, die
deutlich unter dem durchschnittlichen Wert der Prellladung Q
liegen. Die Bereiche um diese Minima sind demnach potenzielle
Bereiche für bevorzugte Einschaltkommandowinkel ΨK.
Daraus ergibt sich, dass die bevorzugten Einschaltkommando
winkel bei ΨK1 = 55° für den Phasenleiter L1, bei ΨK2 = 80°
für den Phasenleiter L2 und bei ΨK3 = 65° für den Phasenlei
ter L3 liegen. Grund hierfür ist, dass zu diesen Einschalt
kommandowinkeln ΨK die relative Prellladung Q eines zugeord
neten Hauptkontaktes K1, K2, K3 jeweils ein lokales Minimum
aufweist und auch der Mittelwert der Prellladungen Q aller
drei Hauptkontakte K1, K2, K3 niedriger als der Durchschnitt
ist. Wird die Steuerphase gewechselt, so dass die Steuer-
oder Spulenspannung US phasensynchron z. B. zur Phasen- oder
Außenleitung L1 ist, so sind auch die bevorzugten Einschalt
kommandowinkel ΨK entsprechend zu rotieren.
Insgesamt wird somit der Einschaltvorgang eines mit Wechsel
strom angesteuerten, elektromagnetisch betätigten Schützes 1
unter Ausnutzung seiner spezifischen Eigenschaften derart be
einflusst, dass einerseits der Schaltsynchronisationseffekt
vermieden und andererseits der Abbrand der Hauptkontakte K1,
K2, K3 insgesamt reduziert wird.
Claims (10)
1. Verfahren zur Reduzierung des Kontaktabbrandes eines
Schaltgerätes (1), bei dem ein zum elektromagnetischen Be
tätigen dessen Hauptkontakte (K1 bis K3) anstehender Ein
schaltbefehl (ES) zur Einleitung eines Schaltvorgangs bis zum
Erreichen desjenigen auf den Phasenwinkel (Ψ) der Steuer
spannung (US) eines mit den Hauptkontakten (K1 bis K3) gekop
pelten Magnetsystems (4) bezogenen Kommandowinkels (ΨK ν) ver
zögert wird, der dem Hauptkontakt (K1, K2, K3) mit dem aktuell
stärksten Abbrand zugeordnet ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der aktuelle Abbrand
jedes Hauptkontaktes (K1, K2, K3) durch eine Zeitintervallmes
sung während eines Ausschaltvorgangs bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem als Zeitintervall die
Zeitspanne zwischen einer Trennung eines zur elektromagneti
schen Betätigung der Hauptkontakte (K1, K2, K3) dienenden Mag
netsystems (4) und der Trennung der Hauptkontakte (K1, K2, K3)
erfasst wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem bei
Übereinstimmung des dem Hauptkontakt (K1, K2, K3) mit dem aktu
ell stärksten Abbrand zugeordneten Kommandowinkels (ΨKν) mit
dem Phasenwinkel (Ψ) der kontinuierlich erfaßten Steuerspan
nung (US) des Magnetsystems (4) ein Impuls (S) zur Einleitung
des Schaltvorgangs erzeugt wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1 bis 3,
mit einer Anzahl von Auswertegliedern (ALn) zur Bestimmung des Abbrandes jedes Hauptkontaktes (K1, K2, K3) des Schalt gerätes,
mit einem Speicherbaustein (10), in dem ein Anzahl von auf den Phasenwinkel (Ψ) einer Steuerspannung (US) für ein Magnetsystem (4) des Schaltgerätes (1) bezogenen Kommando winkeln (ΨKν) hinterlegt ist, und
mit einem Phasenkomparator (11), der anhand eines Ver gleichs des dem Hauptkontakt (K1, K2, K3) mit dem aktuell stärksten Abbrand zugeordneten Kommandowinkels (ΨKν) mit dem Phasenwinkel (Ψ) der erfaßten Steuerspannung (US) des Magnetsystems (4) einen Impuls (S) zur Einleitung des Schaltvorgangs erzeugt.
mit einer Anzahl von Auswertegliedern (ALn) zur Bestimmung des Abbrandes jedes Hauptkontaktes (K1, K2, K3) des Schalt gerätes,
mit einem Speicherbaustein (10), in dem ein Anzahl von auf den Phasenwinkel (Ψ) einer Steuerspannung (US) für ein Magnetsystem (4) des Schaltgerätes (1) bezogenen Kommando winkeln (ΨKν) hinterlegt ist, und
mit einem Phasenkomparator (11), der anhand eines Ver gleichs des dem Hauptkontakt (K1, K2, K3) mit dem aktuell stärksten Abbrand zugeordneten Kommandowinkels (ΨKν) mit dem Phasenwinkel (Ψ) der erfaßten Steuerspannung (US) des Magnetsystems (4) einen Impuls (S) zur Einleitung des Schaltvorgangs erzeugt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, mit einer dem Phasenkompara
tor (11) nachgeschalteten Kippstufe (13), die mit dem vom
Phasenkomparator (11) erzeugten Impuls (S) den Einschaltbe
fehl (ES) an einen in einer Steuerleitung (5) des Magnetsys
tems (4) angeordneten Schalter (6) übergibt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Phasenkompa
rator (11) zur Ermittlung des Phasenwinkels (Ψ) der kontinu
ierlich erfassten Steuerspannung (US) mit einem an eine der
Phasen (L1, L2, L3) eines Drehstromnetzes angeschlossenen Pha
senausgang (2) des Schaltgerätes (1) verbunden ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei der je
des Auswerteglied (ALn) einerseits über eine Messleitung (7)
zur Erfassung der Spannung (Un) über dem jeweiligen Hauptkon
takt (K1, K2, K3) und andererseits mit einer Messleitung (8)
zur Erfassung der Steuerspannung (US) des Magnetsystems (4)
verbunden ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, mit einem
mit den Auswertegliedern (ALn) verbundenen Funktionsbaustein
(9) zur Ermittlung des Hauptkontaktes (K1, K2, K3) mit dem ak
tuell stärksten Abbrand.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die
Impulsfolge (T/2) des vom Phasenkomparator (11) erzeugten Im
pulses (S) einer halben Netzperiode entspricht.
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