DE10352527B3 - Determining state of switchgear contact assembly from electromagnetic arcing radiation, compares initiation instant of electromagnetic emission with timing mark measurement - Google Patents

Abstract

The instant that electromagnetic radiation initiates is determined. This point in time is compared with the timing mark position detected by a reference sensor coupled to the switch mechanism. The difference between the timings (tE, tA) is used to determine the contact erosion (delta s mm).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Bestimmung des Zustandes einer Kontaktanordnung eines elektrischen Schaltgerätes unter Nutzung der von einem bei einer Kontaktbetätigung auftretenden Lichtbogen ausgesandten elektromagnetischen Strahlung.The The invention relates to methods for determining the condition a contact arrangement of an electrical switching device below Use of an arc occurring during a contact operation emitted electromagnetic radiation.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 44 16 781 A1 bekannt. Bei einem Schaltvorgang eines elektrischen Schaltgerätes tritt regelmäßig ein Lichtbogen auf. Bei dem bekannten Verfahren werden mittels einer Empfangsspule und/oder einer Antenne die jeweiligen magnetischen oder elektrischen Komponenten einer elektromagnetischen Strahlung erfasst. Mittels eines Verstärkers und eines Demodulators wird der zeitliche Verlauf der Intensität der von dem Lichtbogen während eines Schaltvorganges einer Kontaktanordnung ausgesandten elektromagnetischen Strahlung verarbeitet. Zur Ermittlung der Dauer des Lichtbogens und seiner Stärke kann der zeitliche Verlauf ausgewertet werden. Als charakteristische Größe kann vorzugsweise die maximale Amplitude und/oder die Zeitdauer der Strahlung erfasst werden. In Abhängigkeit der während eines Schaltvorganges gemessenen elektromagnetischen Strahlung wird eine Aussage über das elektrische Schaltgerät hinsichtlich der Zuverlässigkeit des Betriebes getroffen.Such a method is for example from the published patent application DE 44 16 781 A1 known. In a switching operation of an electrical switching device occurs regularly on an arc. In the known method, the respective magnetic or electrical components of an electromagnetic radiation are detected by means of a receiving coil and / or an antenna. By means of an amplifier and a demodulator, the time profile of the intensity of the electromagnetic radiation emitted by the arc during a switching operation of a contact arrangement is processed. To determine the duration of the arc and its strength, the time course can be evaluated. As a characteristic variable, preferably the maximum amplitude and / or the duration of the radiation can be detected. Depending on the electromagnetic radiation measured during a switching operation, a statement about the electrical switching device is made with regard to the reliability of the operation.

Die zur Erfassung der elektromagnetischen Strahlungsintensität notwendigen Vorrichtungen stellen verhältnismäßig kostenintensive Anordnungen dar, weil die von einem Lichtbogen ausgesandte elektromagnetische Strahlung in einem Hochfrequenz bereich schwingt. Es ist erforderlich, entsprechend hoch auflösende Empfangs- und Verarbeitungsvorrichtungen zu verwenden, um den Verlauf der Schwingung der elektromagnetischen Strahlung in einer hinreichenden Genauigkeit darstellen zu können, um aus deren Verlauf entsprechend zuverlässige Aussagen zur bisherigen Belastung des elektrischen Schaltgerätes zu tätigen.The necessary for detecting the electromagnetic radiation intensity Devices make relatively expensive Arrangements, because the emitted from an arc electromagnetic Radiation in a high frequency range vibrates. It is necessary, correspondingly high resolution Receive and processing devices to use the history of Oscillation of electromagnetic radiation in a sufficient To be able to represent accuracy from the course correspondingly reliable statements to the previous Load the electrical switching device to make.

Weiterhin ist aus der Patentschrift DE 195 23 270 C1 bekannt, mittels einer Antenne ein HF-Signal eines Lichtbogens zu erfassen. Die Zeitdauer des HF-Signals wird mit einer maximal zulässigen Zeitdauer verglichen. Bei einem Überschreiten der maximal zulässigen Zeitdauer wird eine Störungsmeldung abgegeben.Furthermore, from the patent DE 195 23 270 C1 known to detect an RF signal of an arc by means of an antenna. The duration of the RF signal is compared with a maximum allowable time duration. If the maximum permissible time duration is exceeded, a fault message is issued.

Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, dass eine Störung auf Grundlage einer fest vorgegebenen Zeitdauer ermittelt wird. Dynamische Änderungen an dem überwachten Schaltgerät werden nicht berücksichtigt. Eine Aussage über eine Veränderung des Zustandes der Kontaktanordnung ist nicht möglich.This Method has the disadvantage that a fault based on a fixed predetermined period of time is determined. Dynamic changes at the monitored switchgear will not be considered. A statement about a change the state of the contact arrangement is not possible.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung des Zustandes einer Kontaktanordnung eines elektrischen Schaltgerätes derart zu gestalten, dass eine einfache und kostengünstige messtechnische Anordnung Verwendung finden kann, welche die ausgesandte elektromagnetische Strahlung eines während eines Schaltvorganges auftretenden Lichtbogens verarbeitet.Of the The present invention is based on the object, a method for determining the state of a contact arrangement of an electrical switching device such to make that a simple and inexpensive metrological arrangement Can be used, which is the emitted electromagnetic Radiation of a while a switching process occurring arc processed.

Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Zeitpunkt des Einsetzens der elektromagnetischen Strahlung ermittelt wird und dass dieser Zeitpunkt mit der von einem an die Schaltme chanik gekoppelten Referenzsensor ermittelten Zeitmarke verglichen wird.The The object is achieved in a method of the type mentioned in the present invention that determines the time of onset of electromagnetic radiation and that this time with the chanik of a to the Schaltme coupled reference sensor detected timestamp is compared.

Der Vergleich von dem Zeitpunkt und der Zeitmarke gestattet es in einfacher Weise eine Verschiebung zwischen diesen beiden Zeiten festzustellen. Dabei kann die von dem Referenzsensor ermittelte Zeitmarke, beispielsweise bei der Inbetriebnahme eines elektrischen Schaltgerätes, einmalig bestimmt werden und diese einmalig bestimmte Zeitmarke stets mit dem aktuell ermittelten Zeitpunkt verglichen werden. Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass die Zeitmarke während jedes Schaltvorganges neu bestimmt wird und diese neu bestimmte Zeitmarke jeweils mit dem aktuell ermittelten Zeitpunkt ver glichen wird. Damit ist sichergestellt, dass Änderungen in der Schaltmechanik keine Auswirkungen auf den Vergleich von Zeitpunkt und Zeitmarke haben. Die Kopplung des Referenzsensors kann in verschiedensten Ausführungsformen erfolgen, beispielsweise mechanisch oder optisch.Of the Comparison of the time and the timestamp makes it easier Way to detect a shift between these two times. In this case, the timestamp determined by the reference sensor, for example during commissioning of an electrical switching device, once be determined and this unique timestamp always with compared to the currently determined time. Furthermore, can it may be provided that the timestamp is new during each switching operation is determined and this newly determined timestamp in each case with the currently being compared. This ensures that changes in the switching mechanism does not affect the comparison of timing and have timestamp. The coupling of the reference sensor can in different embodiments done, for example, mechanically or optically.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht weiterhin vor, dass eine Differenz zwischen dem Zeitpunkt und der Zeitmarke gebildet wird.A advantageous embodiment further provides that a difference is formed between the time and the timestamp.

Durch die Differenzbildung entsteht ein absoluter Betrag, welcher in einer einfachen Weise weiterverarbeitet werden kann.By the difference formation creates an absolute amount, which in one simple way can be further processed.

Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass aus der Differenz ein Materialabtrag der Kontaktanordnung ermittelt wird.Farther can be advantageously provided that from the difference a material removal the contact arrangement is determined.

Die ermittelte Differenz und der Materialabtrag, welcher durch die thermische Wirkung der bei Schaltvorgängen auftretenden Lichtbögen bewirkt ist, sind über eine Reverenzkurve miteinander verknüpft. Mit einer Vergrößerung des Betrages der Differenz kann von einem verstärkten Materialabbrand an der Kontaktanordnung ausgegangen werden. Die Differenz ist ein Abbild der Verkürzung der Kontaktstücke der Kontaktanordnung und dem sich dadurch verschiebenden Zeitpunkt der mechanischen Trennung der Kontaktstücke.The determined difference and the removal of material, which is caused by the thermal effect of the arcing occurring during switching operations, are linked together by a Reverenzkurve. With an increase in the amount of the difference may be due to increased material consumption be assumed at the contact arrangement. The difference is an image of the shortening of the contact pieces of the contact arrangement and the thereby shifting time of the mechanical separation of the contact pieces.

Es kann weiterhin vorteilhaft eine Nutzung des Verfahrens, welches den Materialabtrag abbildet, bei der Festlegung eines Zeitpunktes zur Abgabe eines zukünftigen Auslöseimpulses an das elektrische Schaltgerät vorgesehen sein.It may also be advantageous to use the method, which depicting the material removal when determining a point in time to submit a future trigger pulse to the electrical switching device be provided.

Die Festlegung eines Zeitpunktes zur Abgabe eines Auslöseimpulses ist bei einem gesteuerten Schalten von besonderem Interesse. In Abhängigkeit des zeitlichen Verlaufes eines Stromes oder einer Spannung wird ein Zeitpunkt bestimmt, zu welchem es besonders günstig ist, einen elektrischen Schalter zu schließen oder zu öffnen. Günstig ist es beispielsweise, Wechselspannungen/-ströme im Bereich eines Nulldurchganges zu unterbrechen. Dazu ist es notwendig, die Öffnung/Schließung einer Kontaktanordnung möglichst genau zu einem vorgegebenen Zeitpunkt erfolgen zu lassen.The Defining a time for the delivery of a triggering impulse is of particular interest in controlled switching. In Dependence of time course of a current or voltage is a Time determined, to which it is particularly favorable, an electrical Close switch or open. Cheap For example, it is AC voltages / currents in the range of a zero crossing to interrupt. For this it is necessary to open / close a Contact arrangement as possible to be done exactly at a given time.

Berücksichtigt man nunmehr mittels des o. g. Verfahrens den Abbrand an der Kontaktanordnung und lässt dieses in die Bestimmung des idealen Zeitpunktes zur Abgabe eines Auslöseimpulses einfließen, so kann ein gesteuertes Schalten in einer verbesserten Qualität erfolgen. Die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von transienten Überspannungen kann so vermindert werden.Considered one now by means of o. g. Process the burnup at the contact arrangement and leave this in determining the ideal time to deliver a triggering impulse incorporated, Thus, a controlled switching can take place in an improved quality. The probability of the occurrence of transient overvoltages can so diminished.

Die zur Durchführung eines gesteuerten Schaltens notwendigen Steuereinrichtungen können in ihrer bekannten Form weiter genutzt werden. Bei den innerhalb der Vorrichtung ablaufenden Schritten ist lediglich das erfindungsgemäße Verfahren einzubeziehen.The to carry out Control devices necessary for controlled switching can be used in their known form continue to be used. At the inside of the Device running steps is merely the inventive method included.

Weiter kann vorgesehen sein, dass die elektromagnetische Strahlung erfasst wird, dass in Abhängigkeit des Auftretens der elektromagnetischen Strahlung ein Zeitintervall bestimmt wird und dass dieses Zeitintervall die Grenzen für eine Bestimmung eines Stromwärmeintegrals, insbesondere des Stromwärmeintegrals ∫I²t dt festlegt.It can further be provided that the electromagnetic radiation is detected, that a time interval is determined as a function of the occurrence of the electromagnetic radiation, and that this time interval defines the limits for determining a current heat integration, in particular the current heat integration ∫I ² t dt.

Für die Bestimmung eines Zeitintervalls ist eine quantitative Erfassung der elektromagnetischen Strahlung von einer nebengeordneten Bedeutung. Das Zeitintervall stellt lediglich die Grenzen für die Berechnung eines Stromwärmeintergrals dar. Das Zeitintervall kann dabei eine vorgegebene Dauer aufweisen oder es kann je nach dem vorliegenden Schaltvorgang in seiner Dauer variabel festgelegt werden. In einem einfachen Falle ist es beispielsweise möglich, in Abhängigkeit der auftretenden elektromagnetischen Strahlung lediglich den Startzeitpunkt für ein vordefiniertes Zeitintervall festzulegen. Dieser Startzeitpunkt kann beispielsweise mit Erreichen eines bestimmten Schwellwertes der elektromagnetischen Strahlungsintensität festgelegt werden. Die Messung der elektromagnetischen Strahlung "triggert" somit die Berechnung des Stromwärmeintegrals. Die Ermittlung der während eines Schaltvorganges auftretenden thermischen Belastung der Kontaktanordnung über die Berechnung eines Stromwärmeintegrals in einem bestimmten Zeitintervall stellt eine zuverlässige Abbildung der jeweiligen Belastung der Kontaktanordnung dar. Für das Triggern der Berechnung des Stromwärmeintegrals durch die elektromagnetische Strahlung wird lediglich eine sehr einfache Erfassungsvorrichtung für die Ermittlung der elektromagnetischen Strahlung benötigt. Aufwendige hochauflösende Baugruppen zur Verfolgung des Verlaufes der Strahlung und einer daraus abgeleiteten Ermittlung der Kontaktbelastung sind nicht erforderlich.For the determination a time interval is a quantitative detection of the electromagnetic radiation of a secondary meaning. The time interval is only the limits for the calculation of a power heat intergral The time interval may have a predetermined duration or it may vary in duration depending on the present shift be set variably. In a simple case, for example possible, dependent on the occurring electromagnetic radiation only the start time for a predefined Set time interval. This starting time can be, for example with reaching a certain threshold of electromagnetic radiation intensity be determined. The measurement of the electromagnetic radiation thus "triggers" the calculation of the electricity heat integration. The determination of during a switching operation occurring thermal load of the contact arrangement on the Calculation of a electricity heat integration in a given time interval provides a reliable picture the respective load of the contact arrangement. For triggering the calculation of the electricity heat integration by the electromagnetic radiation is only a very simple detection device for the determination of the electromagnetic radiation needed. costly high-resolution Assemblies for tracking the course of the radiation and a derived therefrom determination of the contact load are not required.

Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Beginn des Zeitintervalls dem Zeitpunkt des Einsetzens der elektromagnetischen Strahlung entspricht.Farther can be advantageously provided that the beginning of the time interval corresponds to the time of onset of the electromagnetic radiation.

Ist es vorgesehen, das Zeitintervall mit dem Beginn des Einsetzens der elektromagnetischen Strahlung zu starten, so ist dafür nur eine sehr einfache Empfangseinrichtung vonnöten. Eine quantitative Auflösung und Abbildung der elektromagnetischen Strahlung ist dabei nicht erforderlich. Lediglich die Erfassung des Vorhandenseins der elektromagnetischen Strahlung ist notwendig, um den Beginn des Zeitintervalls festzulegen und eine Berechnung des Stromwärmeintegrals anzustoßen.is it provided, the time interval with the beginning of the onset of To start electromagnetic radiation, so is only one very simple receiving device needed. A quantitative resolution and Illustration of the electromagnetic radiation is not required. Only the detection of the presence of the electromagnetic Radiation is necessary to set the beginning of the time interval and a calculation of the current heat integration to initiate.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass das Ende des Zeitintervalls dem Zeitpunkt des Aussetzens der elektromagnetischen Strahlung entspricht.A Further advantageous embodiment may provide that the end the time interval the time of exposure of the electromagnetic radiation equivalent.

Ebenso wie das Einsetzen von elektromagnetischer Strahlung mit einfachen Vorrichtungen ermittelt werden kann, ist auch der Zeitpunkt des Aussetzens der elektromagnetischen Strahlung in einfacher Weise ermittelbar. Neben der Wahl der Grenzen des Zeitintervalls beim Einsetzen und beim Aussetzen der elektromagnetischen Strahlung können auch innerhalb des Intervalls liegende Zeitpunkte als Grenzen des Zeitintervalls gewählt werden. Grenzwerte zur Festlegung eines Zeitintervalls sind beispielsweise der Zeitpunkt des Auftretens eines Maximalwertes der elektromagnetischen Strahlung oder des Erreichens eines bestimmten Anstieges oder Schwellwertes der elektromagnetischen Strahlung.As well like the insertion of electromagnetic radiation with simple Devices can also be determined, the timing of the Exposing the electromagnetic radiation in a simple manner determined. In addition to the choice of the limits of the time interval when Insertion and exposure to electromagnetic radiation can also occur within of the interval as the limits of the time interval chosen become. Limits for setting a time interval are, for example the time of occurrence of a maximum value of the electromagnetic Radiation or of reaching a certain rise or threshold the electromagnetic radiation.

Vorteilhafterweise kann weiterhin vorgesehen sein, dass der während des Zeitintervalls auftretende Stromverlauf nach Betrag und Zeit ermittelt wird.advantageously, may further be provided that the occurring during the time interval Current flow is determined by amount and time.

Die Ermittlung des während des Zeitintervalls auftretenden Stromverlaufes ist mittels eines Steuer- und/oder Überwachungssystems des Schaltgerätes in einer einfachen Weise möglich. Der Stromverlauf wird regelmäßig beispielsweise für Zwecke des Schutzes des elektrischen Schaltgerätes überwacht.The Determination of during of the time interval occurs by means of a control and / or surveillance system of the switching device possible in a simple way. The current flow becomes regular, for example for the purpose of Protection of the electrical switching device monitored.

Unter Nutzung von bereits ermittelten elektrischen Größen wird die Belastung einer Kontaktanordnung eines elektrischen Schaltgerätes bestimmt, wobei die von dem Lichtbogen ausgesandte elektromagnetische Strahlung den zeitlichen Anstoß für die Ermittlung der auftretenden Wärmeleistung mittels eines Stromwärmeintegrals gibt.Under Use of already determined electrical quantities will be the burden of a Contact arrangement of an electrical switching device is determined, wherein the of the arc emitted electromagnetic radiation the temporal Initiation for the investigation the occurring heat output by means of a Stromwärmeintegrals gives.

Vorteilhafterweise kann weiterhin vorgesehen sein, dass der über das Stromwärmeintegral ermittelte Wert sowie der ermittelte Materialabtrag der Kontaktanordnung verarbeitet werden und eine Restnutzungsdauer der Kontaktanordnung ermittelt wird.advantageously, can also be provided that the on the Stromwärmeintegral determined value and the determined material removal of the contact arrangement be processed and a remaining useful life of the contact arrangement is determined.

Eine Kombination und Auswertung bzw. Zusammenführung der Ergebnisse der vorstehend beschriebenen Verfahren zur Bestimmung der Belastung einer Kontaktanordnung gestattet es, eine Restnutzungsdauer zu diagnostizieren. Dabei wird zum Einen der mechanische Zustand der Kontaktanordnung berücksichtigt und zum Anderen wird die während einer Vielzahl von Ausschaltvorgängen mittels eines Stromwärmeintegrals ermittelte thermische Belastung der Kontaktanordnung berücksichtigt. Die thermische Belastung der Kontaktanordnung ist als solches nicht unmittelbar an den Kontaktstücken der Kontaktanordnung erkennbar. Oftmals wird durch die thermische Belastung eine Änderung und eine Schwächung der inneren Struktur des Materials der Kontaktanordnung bewirkt. Durch eine Berücksichtigung der thermischen Beanspruchung der Kontaktwerkstoffe sowie des vorhandenen Materialabtrages an der Kontaktanordnung ist eine zuverlässige Diagnose der Restnutzungsdauer ermöglicht. Eine Zuordnung des jeweils aktuellen Materialabtrages zu der jeweils kumulierten Strombelastung, welche aus der Lösung des Stromwärmeintegrals ermittelt wurde, ergibt bei einem Eintrag in ein Diagramm einen Kurvenverlauf, aus welchem die Restnutzungsdauer des Schalters abgeleitet werden kann.A Combination and evaluation or combination of the results of the above described method for determining the load of a contact arrangement allows to diagnose a remaining useful life. It will on the one hand the mechanical condition of the contact arrangement taken into account and on the other hand, during the a large number of switch-off processes by means of a Stromwärmeintegrals taken into account determined thermal load on the contact arrangement. The thermal load of the contact arrangement is not as such directly on the contact pieces the contact arrangement recognizable. Often, the thermal Burden a change and a weakening the internal structure of the material of the contact arrangement causes. By a consideration the thermal load of the contact materials and the existing Material removal at the contact arrangement is a reliable diagnosis the remaining useful life allows. An assignment of the current material transfer to each accumulated current load resulting from the solution of the Stromwärmeintegrals determined, results in an entry in a diagram one Curve, from which the remaining useful life of the switch derived can be.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausgestaltungsbeispielen schematisch gezeigt und nachfolgend näher beschrieben. Dabei zeigt diein the The invention will be described below with reference to exemplary embodiments shown schematically and described in more detail below. It shows the

1 eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Bestimmung der Belastung einer Kontaktanordnung unter Berechnung eines Stromwärmeintegrals, die 1 an arrangement for carrying out the method for determining the load of a contact arrangement with calculation of a Stromwärmeintegrals, the

2 eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Bestimmung der Belastung einer Kontaktanordnung unter Nutzung eines Referenzsensors, die 2 an arrangement for carrying out the method for determining the load of a contact arrangement using a reference sensor, the

3 ein Diagramm mit zwei Zeitdifferenzen, die 3 a diagram with two time differences, the

4 ein Diagramm zur Ermittlung der Restnutzungsdauer einer Kontaktanordnung und die 4 a diagram for determining the remaining useful life of a contact arrangement and the

5 ein Detail einer Kontaktanordnung. 5 a detail of a contact arrangement.

Die 1 zeigt schematisch ein elektrisches Schaltgerät 1. Dieses elektrische Schaltgerät 1 ist beispielsweise ein Hochspannungs-Leistungsschalter. Eine Kontaktanordnung 2 des elektrischen Schaltgerätes 1 weist zwei relativ zueinander bewegbare Kontaktstücke auf. Die Kontaktanordnung 2 ist von einem Strom I durchflossen. Bei einem Einschaltvorgang vermindert sich der Abstand der Kontaktstücke der Kontaktanordnung 2 derart, dass sich zwischen den Kontaktstücken ein Lichtbogen ausbildet, welcher eine elektromagnetische Strahlung aussendet. Während eines Ausschaltvorganges vergrößert sich der Abstand der Kontaktstücke der Kontaktanordnung 2 derart, dass bis zu einer endgültigen Unterbrechung des Stromes I zwischen den Kontaktstücken ein Lichtbogen brennt, welcher ebenfalls eine elektromagnetische Strahlung aussendet. Die elektromagnetische Strahlung schwingt in einem Hochfrequenzbereich. Mittels einer dem elektrischen Schaltgerät 1 zugeordneten Antenne 3 ist die von dem während eines Schaltvorganges auftretenden Lichtbogen emittierte elektromagnetische Strahlung empfangbar. Die von der Antenne 3 empfangenen Signale werden an eine erste Verarbeitungseinrichtung 4 weitergeleitet. Die erste Verarbeitungseinrichtung 4 kann dabei derart ausgestaltet sein, dass der Verlauf des Auftretens der elektromagnetischen Strahlung sowohl nach Betrag als auch nach Zeit erfasst wird. In einer einfachen Ausgestaltung kann es auch vorgesehen sein, lediglich eine Aussage über das Einsetzen bzw. Aussetzen einer elektromagnetischen Strahlung zu treffen. Um bei dem Vorhandensein mehrerer Schaltpole eines elektrischen Schaltgerätes oder mehrerer Schaltgeräte, die gegebenenfalls zeitgleich oder zeitlich überlagert schalten, Störungen zu vermeiden, weist die erste Verarbeitungseinrichtung 4 eine Störsignalunterdrückung auf. Für eine zuverlässige Störsignalunterdrückung kann es beispielsweise vorgesehen sein, lediglich innerhalb eines sogenannte Zeitfensters eine Verarbeitung von durch die Antenne 3 gelieferten Signalen zuzulassen. Dieses Zeitfenster kann beispielsweise an das Vorhandensein eines Auslösesignals für das zu überwachende elektrische Schaltgerät 1 gekoppelt sein. Somit ist es sichergestellt, dass die von anderen elektrischen Schaltgeräten oder von Störquellen ausgesandten elektromagnetischen Strahlungen nicht verarbeitet werden. Zusätzlich kann für eine Störsignalunterdrückung vorgesehen sein, dass eine Überwachung der mechanischen Bewegung der Kontaktstücke der Kontaktanordnung vorgenommen wird. Dazu kann in der Antriebsmechanik des elektrischen Schaltgerätes 1 ein Referenzsensor 5 angeordnet sein. Um die Wirkung der Störsignalunterdrückung genauer zu dosieren, kann weiterhin die Einhaltung der sogenannten Eigenzeit des elektrischen Schaltgerätes 1 überwacht werden. Durch eine Verknüpfung eines Auslösesignals und der gleichzeitigen Registrierung einer Bewegung der Schaltkontakte der Kontaktanordnung 2 und der Überwachung der Eigenzeit der Kontaktanordnung 2 ist eine genaue Klassifizierung der von der Antenne 3 gelieferten Signale in Störsignale und in zu verarbeitende Signale möglich.The 1 schematically shows an electrical switching device 1 , This electrical switching device 1 is for example a high voltage circuit breaker. A contact arrangement 2 of the electrical switching device 1 has two relatively movable contact pieces. The contact arrangement 2 is traversed by a current I. During a switch-on, the distance between the contact pieces of the contact arrangement decreases 2 such that forms an arc between the contact pieces, which emits electromagnetic radiation. During a turn-off, the distance of the contact pieces of the contact assembly increases 2 in such a way that an arc burns between the contact pieces until a definite interruption of the current I, which arc also emits electromagnetic radiation. The electromagnetic radiation oscillates in a high frequency range. By means of an electrical switching device 1 associated antenna 3 is the electromagnetic radiation emitted by the arc occurring during a switching operation receivable. The from the antenna 3 received signals are sent to a first processing device 4 forwarded. The first processing device 4 can be configured such that the course of the occurrence of the electromagnetic radiation is detected both by amount and by time. In a simple embodiment, it may also be provided to make only a statement about the onset or exposure of electromagnetic radiation. In order to avoid interference in the presence of a plurality of switching poles of an electrical switching device or a plurality of switching devices, which optionally overlap simultaneously or in terms of time, the first processing device has 4 an interference signal suppression. For a reliable noise suppression, it may be provided, for example, only within a so-called time window processing by the antenna 3 to allow for supplied signals. This time window can, for example, the presence of a trigger signal for the electrical switching device to be monitored 1 be coupled. Thus, it is ensured that the electromagnetic radiation emitted by other electrical switching devices or sources of interference does not ver to be worked. In addition, it may be provided for a noise suppression that a monitoring of the mechanical movement of the contact pieces of the contact arrangement is made. This can be done in the drive mechanism of the electrical switching device 1 a reference sensor 5 be arranged. In order to dose the effect of Störsignalunterdrückung more accurate, can continue to comply with the so-called proper time of the electrical switching device 1 be monitored. By a combination of a trigger signal and the simultaneous registration of a movement of the switching contacts of the contact arrangement 2 and monitoring the proper time of the contact arrangement 2 is an exact classification of the antenna 3 supplied signals in interference signals and signals to be processed possible.

Die erste Verarbeitungseinrichtung 4 ist in der Lage, verschiedene Zeitpunkte, wie beispielsweise das Einsetzen oder das Aussetzen der elektromagnetischen Strahlung oder das Auftreten von Minima, Maxima oder anderen Schwellwerten der Intensität der elektromagnetischen Strahlung als Grenzwerte zu bestimmen. Die Grenzwerte werden an eine Integriereinrichtung 6 weitergeleitet. Der Integriereinrichtung 6 werden weiterhin in Abhängigkeit der Zeit dem Strom I entsprechende Signale zugeleitet. Diese Signale werden durch einen Stromwandler 7 erzeugt. Mittels der Integriereinrichtung 6 ist es nunmehr möglich, ein Stromwärmeintegral, beispielsweise das Integral ∫I²t dt, für den jeweiligen Schaltvorgang zu berechnen.The first processing device 4 is able to determine various times, such as the onset or the exposition of the electromagnetic radiation or the occurrence of minima, maxima or other thresholds of the intensity of the electromagnetic radiation as limit values. The limits are sent to an integrator 6 forwarded. The integrator 6 continue to be supplied in response to the time of the current I corresponding signals. These signals are through a current transformer 7 generated. By means of the integrator 6 it is now possible to calculate a Stromwärmeintegral, for example, the integral ∫I ² t dt, for the respective switching operation.

Wird durch die erste Verarbeitungseinrichtung 4 nunmehr das Vorliegen einer elektromagnetischen Strahlung, welche auf einen Schaltvorgang der Kontaktanordnung 2 zurückzuführen ist, erkannt, so wird dieses an die Integriereinrichtung 6 weitergegeben. Dabei ist es wiederum möglich, dass durch die erste Verarbeitungseinrichtung 4 verschiedene Zeitpunkte an die Integriereinrichtung 6 übertragen werden. Im einfachsten Fall kann der Zeitpunkt des Einsetzens der elektromagnetischen Strahlung an die Integriereinrichtung 6 weitergegeben werden.Is by the first processing device 4 now the presence of electromagnetic radiation, which indicates a switching operation of the contact arrangement 2 is recognized, so this is to the integrator 6 passed. It is again possible that by the first processing device 4 different times to the integrator 6 be transmitted. In the simplest case, the time of insertion of the electromagnetic radiation to the integrating device 6 be passed on.

Dieser Zeitpunkt bildet die untere Integrationsgrenze für die Lösung des Stromwärmeintegrals. Der obere Grenzwert wiederum kann beispielsweise durch eine fest vorgegebene Intervalllänge aus dem von der ersten Verarbeitungseinrichtung 4 gelieferten Zeitpunkt ermittelt werden. Weiterhin kann auch vorgesehen sein, dass die untere und die obere Integrationsgrenze von der ersten Verarbeitungseinrichtung 4 zur Verfügung gestellt werden. Dazu können beispielsweise der Zeitpunkt des Einsetzens sowie der Zeitpunkt des Aussetzens der elektromagnetischen Strahlung verwandt werden. Darüber hinaus können auch weitere Zeitpunkte ermittelt werden, welche an die Integriereinrichtung 6 weitergegeben werden.This point in time forms the lower integration limit for the solution of the electricity heat integration. The upper limit, in turn, may be determined, for example, by a fixed interval length from that of the first processing means 4 delivered. Furthermore, it can also be provided that the lower and the upper integration limit of the first processing means 4 to provide. For this purpose, for example, the time of insertion and the time of exposure of the electromagnetic radiation can be used. In addition, other times can be determined, which to the integrator 6 be passed on.

Um eine Ermittlung der Stromwärme innerhalb der vorgegebenen Grenzen zu ermöglichen, wird mittels des Stromwandlers 7 der Strom I kontinuierlich gemessen. Diese Werte können beispielsweise in der Integriervorrichtung zwischengespeichert werden.In order to enable a determination of the current heat within the specified limits, by means of the current transformer 7 the current I measured continuously. These values can be temporarily stored in the integrator, for example.

Durch die Integration der Integriereinrichtung 6 wird für den Schaltvorgang die im jeweiligen Intervall auftretende thermische Belastung ermittelt. Dieses Verfahren ist auch unter dem Begriff „Stromflächenmethode" bekannt. In einer Summation der verschiedenen Ergebnisse der Integrationen einer Vielzahl von Schaltvorgängen ist ein empirischer Wert für die Restnutzungsdauer der Kontaktanordnung 2 des elektrischen Schaltgerätes 1 ermittelbar.By integrating the integrator 6 For the switching process, the thermal load occurring in the respective interval is determined. This method is also known by the term "surfacing method." Summing the various results of the integrations of a plurality of switching operations is an empirical value for the remaining useful life of the contact assembly 2 of the electrical switching device 1 determined.

Ein weiteres Verfahren sieht vor, den Abbrand der Kontaktstücke der Kontaktanordnung 2 zu diagnostizieren. Eine dafür geeignete Vorrichtung ist in der 2 schematisch dargestellt. Gleichwirkende Baugruppen sind in der 2 mit den gleichen Bezugszeichen wie in der 1 bezeichnet. Dem e lektrischen Schaltgerät 1 ist wiederum eine Antenne 3 zugeordnet. Die Antenne 3 ist in der Lage, die bei einem Schaltvorgang der Kontaktanordnung 2 von einem auftretenden Lichtbogen ausgesandte elektromagnetische Strahlung zu empfangen. Weiterhin ist dem elektrischen Schaltgerät 1 ein Referenzsensor 5 zugeordnet. Der Referenzsensor 5 ist an die Schaltmechanik des elektrischen Schaltgerätes 1 gekoppelt. Der Referenzsensor 5 gibt bei Erreichen eines wiederholgenauen Punktes einer Schaltbewegung der Kontaktanordnung 2 eine Zeitmarke ab. Diese Zeitmarke spiegelt einen bestimmten Zeitpunkt während der mechanischen Bewegung wieder. Die Antenne 3 gibt die eine elektromagnetische Strahlung abbildenden Signale an eine zweite Verarbeitungseinrichtung 8 weiter. Die zweite Verarbeitungseinrichtung 8 kann dabei prinzipiell der aus der 1 bekannten ersten Verarbeitungseinrichtung 4 entsprechen. Die zweite Verarbeitungseinrichtung 8 ermittelt den Zeitpunkt des Einsetzens der elektromagnetischen Strahlung. Die Ausführungen hinsichtlich der Störungsunterdrückung, welche zur 1 getätigt wurden, können sinngemäß auch bei dem in der 2 dargestellten Verfahren zur Anwendung gelangen. Der von der zweiten Verarbeitungseinrichtung 8 ermittelte Zeitpunkt des Einsetzens der elektromagnetischen Strahlung wird an eine Vergleichseinrichtung 9 weitergegeben. Die von dem Referenzsensor 5 ermittelte Zeitmarke wird ebenfalls an die Vergleichseinrichtung 9 weitergegeben. Die Vergleichseinrichtung 9 vergleicht die Zeitmarke sowie den Zeitpunkt und bildet aus diesen eine Zeitdifferenz Δt. Alternativ kann weiterhin vorgesehen sein, dass auf den Einsatz eines Referenzsensors 5 verzichtet wird und statt dessen die Funktion des Referenzsensors 5 in die Steuerung des elektrischen Schaltgerätes 1 integriert wird und das Referenzsignal von dieser der Vergleichseinrichtung 9 zugeleitet wird. Die Differenz Δt ist ein Abbild für den Zustand der Kontaktstü cke der Kontaktanordnung 2. Für jeden der Schaltvorgänge wird die jeweilige Differenz Δt gespeichert und mit gespeicherten Differenzen vorheriger Schaltvorgänge verglichen. Ein dauerhaft konstanter Betrag der Differenz Δt lässt auf unveränderte Verhältnisse an der Kontaktanordnung 2 schließen. Eine Vergrößerung der Differenz Δt lässt auf einen Materialabtrag an der Kontaktanordnung 2 schließen.Another method provides, the erosion of the contact pieces of the contact arrangement 2 to diagnose. A suitable device is in the 2 shown schematically. Gleichwirkende modules are in the 2 with the same reference numerals as in the 1 designated. The e lektrischen switching device 1 is again an antenna 3 assigned. The antenna 3 is capable of in a switching operation of the contact arrangement 2 receive electromagnetic radiation emitted by an occurring arc. Furthermore, the electrical switching device 1 a reference sensor 5 assigned. The reference sensor 5 is to the switching mechanism of the electrical switching device 1 coupled. The reference sensor 5 gives on reaching a repeatable point of a switching movement of the contact arrangement 2 a timestamp. This timestamp reflects a certain point in time during the mechanical movement. The antenna 3 outputs the electromagnetic radiation imaging signals to a second processing device 8th further. The second processing device 8th can in principle from the 1 known first processing device 4 correspond. The second processing device 8th determines the time of onset of electromagnetic radiation. The statements regarding the suppression of interference, which to 1 can be done analogously also in the in the 2 to be used. That of the second processing device 8th determined time of insertion of the electromagnetic radiation is sent to a comparator 9 passed. The of the reference sensor 5 Timestamp determined is also sent to the comparator 9 passed. The comparison device 9 compares the time stamp and the time and forms a time difference Δt from these. Alternatively, it can furthermore be provided that the use of a reference sensor 5 is omitted and instead the function of the reference sensor 5 in the control of the electrical switching device 1 is integrated and the reference signal from this of comparator 9 is forwarded. The difference .DELTA.t is an image of the state of the Kontaktstü bridge of the contact arrangement 2 , For each of the shifts, the respective difference Δt is stored and compared with stored differences of previous shifts. A permanently constant amount of the difference .DELTA.t leaves unchanged conditions on the contact arrangement 2 shut down. An increase in the difference .DELTA.t suggests a material removal at the contact arrangement 2 shut down.

Weiterhin ist mittels einer Geschwindigkeitsmessvorrichtung 10 die Geschwindigkeit v der Schaltbewegung ermittelbar.Furthermore, by means of a speed measuring device 10 the speed v of the switching movement can be determined.

Der 3 ist die Änderung der Differenz Δt schematisch dargestellt. In der 3 ist über einer Zeitachse das Einsetzen eines Auslöseimpulses 11 dargestellt. Mittels des Referenzsensors 5 wird in der Antriebsmechanik eine Zeitmarke während einer Relativbewegung der Kontaktstücke der Kontaktanordnung 2 ermittelt (12). Zwischen dem Einsetzen einer Relativbewegung der Kontaktstücke und dem mechanischen Öffnen der Kontaktstücke bzw. endgültigen Schließen der Kontaktstücke verstreicht eine gewisse Zeit. Diese Zeit wird durch das oben stehend beschriebene Verfahren aus der Ermittlung der Zeitmarke mittels des Referenzsensors 5 und der Ermittlung des Zeitpunktes des Auftretens einer elektromagnetischen Strahlung gebildet. Bei einer fabrikneuen Kontaktanordnung ist ein relativ großer Zeitraum t_A zwischen dem Beginn einer Schaltbewegung und dem Öffnen bzw. Schließen der Kontaktanordnung 2 zu verzeichnen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Kontaktstücke der Kontaktanordnung 2 noch keinen oder nur einen geringen Materialabtrag aufweisen. Im Neuzustand ist eine relativ lange Überdeckung der miteinander in elektrischen Kontakt stehenden Bereiche der Kontaktanordnung 2 gegeben (13). Mit einer zunehmenden Schalthäufigkeit der Kontaktanordnung 2 tritt ein zunehmender Materialabtrag an den Kontaktstücken auf. Dadurch wird die im fabrikneuen Zustand noch vorhandene relativ große Überdeckung der sich kontaktierenden Bereiche der Kontaktstücke der Kontaktanordnung 2 vermindert und zwischen dem mechanischen Einsetzen der Bewegung und der Auftrennung der Kontaktstücke mit dem dabei auftretenden Lichtbogen vergeht aufgrund der geringeren Überdeckung ein kürzerer Zeitraum t_E. In der 5 ist dieser Zusammenhang symbolisch dargestellt. Der punktiert dargestellte Abschnitt 11 zeigt den ursprünglichen Zustand der Kontaktanordnung. Brennt der Abschnitt 11 aufgrund zahlreicher Schaltvorgänge ab, so ändert sich trotz gleichbleibender Bewegung der Antriebsmechanik der Zeitpunkt der Trennung der Kontaktstücke, da sich die Überdeckung der Kontaktanordnung 2 verringert. Unter Nutzung der aus der Geschwindigkeitsmessvorrichtung 10 gewonnenen Information über die Schaltgeschwindigkeit ist nunmehr nach der Gleichung (t_E – t_A)·ν = Δs der Kontaktabtrag Δs ermittelbar.Of the 3 is the change of the difference .DELTA.t shown schematically. In the 3 is over a time axis, the onset of a trigger pulse 11 shown. By means of the reference sensor 5 is a timing mark in the drive mechanism during a relative movement of the contact pieces of the contact arrangement 2 determined (12). Between the onset of a relative movement of the contact pieces and the mechanical opening of the contact pieces or final closing of the contacts elapses a certain amount of time. This time is determined by the method described above from the determination of the time mark by means of the reference sensor 5 and determining the time of occurrence of electromagnetic radiation. In a brand-new contact arrangement, a relatively large period of time t _{A is} between the beginning of a switching movement and the opening or closing of the contact arrangement 2 to record. This is due to the fact that the contact pieces of the contact arrangement 2 have no or only a small material removal. When new, a relatively long overlap of the mutually in electrical contact areas of the contact arrangement 2 given (13). With an increasing switching frequency of the contact arrangement 2 occurs an increasing material removal on the contact pieces. As a result, the still existing in the brand new state relatively large coverage of the contacting areas of the contact pieces of the contact arrangement 2 diminished and passes between the mechanical onset of movement and the separation of the contacts with the arc occurring as a result of the lower coverage a shorter time t _E. In the 5 this relationship is represented symbolically. The dotted section 11 shows the original state of the contact arrangement. Burns the section 11 due to numerous switching operations, so does the time of separation of the contact pieces, despite the constant movement of the drive mechanism, since the overlap of the contact arrangement 2 reduced. Taking advantage of the speedometer 10 Information obtained about the switching speed is now according to the equation (t _E - t _A ) · ν = Δs the Kontaktabtrag Δs determined.

Trägt man die Änderung des Materialabtrages Δs über der kumulierten Stromwärmebelastung auf, so ergibt sich eine Kurve, aus welcher die Restnutzungsdauer der Kontaktanordnung ermittelbar ist (4). Dazu wird der Differenzquotient Q aus der Änderung von Δs und der Änderung der kumulierten Stromwärmebelastung ermittelt (Q = Δ(Δs)/Δ(ΣSn(i+x) – ΣSn(i)) If the change in the material removal Δs is plotted against the cumulative current heat load, then a curve results from which the remaining useful life of the contact arrangement can be determined ( 4 ). For this purpose, the difference quotient Q is determined from the change in Δs and the change in the cumulative current heat load (Q = Δ (Δs) / Δ (ΣS n (i + x) - ΣS n (i) )

Es wird die Steigung der Kurve ermittelt. Damit ist der zu erwartende Abbrand pro Zeitperiode (ausgehend von einer bestimmten Schaltleistung innerhalb dieser Zeitperiode) ermittelbar (Δs/Δt beispielsweise in cm/Jahr ). Der Quotient aus dem maximal zulässigen Materialabtrag Δs und dem Abbrand pro Zeitperiode ergibt somit eine Prognose der die Restnutzungsdauer der Kontaktanordnung 2.The slope of the curve is determined. Thus, the expected burnup per period of time (based on a specific switching capacity within this time period) can be determined (Δs / Δt in cm / year, for example). The quotient of the maximum allowable material removal Δs and the burnup per time period thus gives a prognosis of the remaining useful life of the contact arrangement 2 ,

Um die Genauigkeit der vorgestellten Verfahren weiter zu erhöhen, kann es weiterhin vorgesehen sein, die Phasenlage des geschalteten Stromes bei einer Bewertung zu berücksichtigen. Tritt nämlich ein Schaltvorgang im Bereich eines Stromnulldurchganges auf, das heißt, ein Lichtbogen tritt nicht oder nur mit einem sehr geringen Leistungsumfang auf, so kann dieser Messwert aus der Messreihe ausgeblendet werden, um eine Verschlechterung der statistischen Schwankung der einzelnen Messwerte zu vermeiden.Around the accuracy of the presented methods can further increase it may further be provided, the phase position of the switched current to be considered in a rating. Kick a switching operation in the region of a current zero crossing, the is called, an electric arc does not occur or only with a very limited scope of performance on, this measured value can be hidden from the measurement series, to a worsening of the statistical fluctuation of each To avoid readings.

Claims (4)

Verfahren zur Bestimmung des Zustandes einer Kontaktanordnung (2) eines elektrischen Schaltgerätes (1) unter Nutzung der von einem bei einer Kontaktbetätigung auftretenden Lichtbogen ausgesandten elektromagnetischen Strahlung, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt des Einsetzens der elektromagnetischen Strahlung ermittelt wird und dass dieser Zeitpunkt mit der von einem an die Schaltmechanik gekoppelten Referenzsensor (5) ermittelten Zeitmarke verglichen wird.Method for determining the state of a contact arrangement ( 2 ) of an electrical switching device ( 1 ) using the electromagnetic radiation emitted by an arc occurring during a contact operation, characterized in that the time of onset of the electromagnetic radiation is determined and that this time with the reference sensor coupled to the switching mechanism ( 5 ) timestamp is compared. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Differenz (t_E; t_A) zwischen dem Zeitpunkt und der Zeitmarke gebildet wird.A method according to claim 1, characterized in that a difference (t _E ; t _A ) between the time and the time mark is formed. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Differenz (t_E; t_A) ein Materialabtrag (Δs) der Kontaktanordnung ermittelt wird.Method according to Claim 2, characterized in that a material removal (Δs) of the contact arrangement is determined from the difference (t _E ; t _A ). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Nutzung des Verfahrens bei der Festlegung eines Zeitpunktes zur Abgabe eines zukünftigen Auslöseimpulses (11) an das elektrische Schaltgerät (1).Method according to one of claims 1 to 3, characterized by a use of the method in determining a time for delivering a future trigger pulse ( 11 ) to the elektri switching device ( 1 ).