EP1318533A1 - Verfahren zur Ermittlung des durch Lichtbogenabbrand hervorgerufenen Zustands eines Leistungsschalters - Google Patents

Verfahren zur Ermittlung des durch Lichtbogenabbrand hervorgerufenen Zustands eines Leistungsschalters Download PDF

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EP1318533A1
EP1318533A1 EP01811191A EP01811191A EP1318533A1 EP 1318533 A1 EP1318533 A1 EP 1318533A1 EP 01811191 A EP01811191 A EP 01811191A EP 01811191 A EP01811191 A EP 01811191A EP 1318533 A1 EP1318533 A1 EP 1318533A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
current
switching
calculated
arc
chamber element
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01811191A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Paula Rohrbach
Lukas Zehnder
Lorenz Mueller
Kurt Lehmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Schweiz AG
Original Assignee
ABB Schweiz AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Schweiz AG filed Critical ABB Schweiz AG
Priority to EP01811191A priority Critical patent/EP1318533A1/de
Publication of EP1318533A1 publication Critical patent/EP1318533A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/0015—Means for testing or for inspecting contacts, e.g. wear indicator
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • 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

Definitions

  • the invention is based on a method for determining the through Arcing caused by a circuit breaker after the Preamble of claim 1.
  • the temporal Dependency of an arc current flowing during a switching operation is the current one State of the switch calculated in a monitoring system.
  • the invention solves the problem Specify the method of the type mentioned, which the state of a Circuit breaker detected with high accuracy, and so a very precise statement about whose remaining life enables.
  • a monitoring system initially at least the following data is supplied: geometry parameters of one of the combustion effects of the Arc exposed part of an element of a switch chamber of the switch, the Values determine the remaining life of the switch and from which the volume of the arc exposed part is calculated, the density of the interrupter element Time from which the switching chamber element is exposed to the action of the arc a the erosion of the switching chamber element as a function of the arc current density representing burnup characteristics and a determined during the switching process Current-time diagram (i (t) diagram).
  • the monitoring system determines from the i (t) diagram and the time the size and duration of that Switching chamber element loading arc current, determined from this and from the Burn-up characteristic is the mass burn-up caused by the switching process Switch chamber element, by summing this and that in all the previous ones Switching operations determine the total mass burnup of the Switch chamber element fixed and determined with the help of the density of the Switching chamber element the volume of the part exposed to arcing and from it the current value of at least one of the geometry parameters after the switching process.
  • the inventive method is characterized by high accuracy and great Redundancy off if several are exposed to the burning effects of the arc Switching chamber elements are each assigned a geometry parameter.
  • Geometric parameters are advantageously the inner radius of a contact tulip, the height of a when the contact tulip burns down on its inner surface, the length of the truncated cone of a contact pin interacting with the tulip, the inner radius of one Auxiliary nozzle or the inner radius of a main nozzle.
  • the burn is already far an alarm message is issued as soon as the current value of the Geometry parameters or the value of one of several of the geometry parameters derived state parameters of the contact arrangement exceeds a limit value.
  • the most important for an exact remaining life prediction and each of them Switching chamber elements own combustion characteristic is advantageously by a polynomial approximated.
  • the corresponding polynomial coefficients can be empirically derived from the Mass burn and the load on the interrupter element can be determined.
  • the in Fig.1 Switch chamber of a circuit breaker is shown in a highly simplified manner in the area of their Extinguishing zone is formed axially symmetrical and has a current-carrying contact arrangement with a fixed tulip contact f and a movable one Contact pin s and an insulating material - such as polytetrafluoroethylene - consisting of one Auxiliary nozzle h and a main nozzle d.
  • an insulating material - such as polytetrafluoroethylene - consisting of one Auxiliary nozzle h and a main nozzle d.
  • Contact tulip f in addition to Contact tulip f also has a fixed design for the auxiliary nozzle h and the main nozzle d.
  • the contact tulip f and the two nozzles h and d are designed to be movable and the contact pin s is fixed or, if appropriate is also designed to be movable.
  • the contact tulip can also have a pin shape.
  • the auxiliary nozzle h or the main nozzle d or both nozzles omitted. It is particularly important that there is a shift between the two Contacts f and s form an arc, which at least on one of these two Switching chamber elements or on one of the further provided, if applicable Switching chamber elements h and d erosion and thus the service life of the switch determining wear.
  • the position of the tip of the contact pin f in the position a) is defined as the reference point z 0 of the stroke coordinate.
  • the position g) defines the position z 6 of the tip of the contact pin s at the time the current is extinguished.
  • the tip of the contact pin s is defined by position coordinates z 1 , z 2 , z 3 , z 4 and z 5 .
  • FIG. 2 shows the assigned z (t) diagram with the path or stroke coordinate z of the switching pin s and the time coordinate t as well as the assigned i (t) diagram with the arc current i flowing during the switching-off process as one and the time t shown as another coordinate.
  • the position g) (position coordinate z 6 ) happens to be identical to the switch-off position of the switch (contact pin s can no longer be moved downward along the path coordinate z).
  • position z 6 shifts upwards.
  • FIG. 3 shows analog positions a) to g) of the contact pin s of the same switch shortly before a necessary revision, that is to say if the switching arcs have caused the switching chamber elements f, s, h, d to burn up after switching operations under power.
  • 4 shows the associated z (t) diagram of the tip of the contact pin s and a possible i (t) diagram.
  • the same current curve was chosen. It should be noted that even when burned out, the position of the pen tip in the switched-on position is defined as the zero point of the stroke coordinate.
  • the coordinates z 1 , z 2 , z 3 , z 4 and z 5 have shifted due to the erosion.
  • position coordinate time a) z 0 t 0 Fully switched on position, time of triggering the pen movement ( coil signal) b) z 1 t 1
  • the following definitions apply, whereby the indices f, s, h, d, refer in turn to the switching chamber elements designated with them:
  • the powers p f , p s , p h and p d are usually in the interval between 1 and 2.
  • ⁇ f , ⁇ s , ⁇ h and ⁇ d in turn mean the densities of the material of the contact tulip f, the contact pin s, the auxiliary nozzle h and the main nozzle d.
  • tulip contacts burn both internally in a cylindrical manner and on the side facing the arc zone at an angle ⁇ f .
  • the end of the service life is reached when the inside diameter of the tulip becomes larger than the outside diameter of the pin, or when the contact overlap, which is also influenced by the angle a f in addition to the pin burn-off, becomes smaller than a predetermined limit value when switched on.
  • this limit is 0.
  • the limit must be selected so that there is still enough time to commutate the current.
  • a f, k can be calculated from this.
  • the auxiliary nozzle burns cylindrically inside and that for the Burning effective length remains constant.
  • switches that are operated at low voltages have the Switch on usually a comparatively short arc duration.
  • the caused by it Burning phenomena are minor and can be neglected.
  • the parameters I eff , I DC , f, t e and ⁇ can be determined from the measurement of time and current of individual points (eg current peaks or current zero crossings), which significantly reduces the amount of data.
  • the burn-up characteristics are determined separately and in advance of the end of life. Precise measurements of the masses of the interrupter elements must be carried out before and after switching operations. Such measurements are typically taken during laboratory tests, but can also be carried out on site. Due to weighing uncertainties, the data from several switching operations can often be summarized. If the current densities between the individual switching processes do not differ significantly, S f , S s , S h and S d as the sum of all individual loads, ⁇ m f , ⁇ m s , ⁇ m h and ⁇ m d as the total mass burn-up of all switching processes and J f , J s , J h and J d are interpreted as the mean of the individual current densities.

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  • Circuit Breakers (AREA)

Abstract

Mit dem Verfahren wird der durch Lichtbogenabbrand hervorgerufene Zustand des Leistungsschalters in äusserst genauer und zuverlässiger Weise ermittelt. Bei jedem Schaltvorgang mit Lichtbogenbildung werden einem Monitoringsystem zunächst mindestens folgende Daten zugeführt: Geometrieparameter (Af, Lf, Rf, αf; Ls, Rs; Rh, Lh; Rd, Lh) eines der Abbrandwirkung des Lichtbogens ausgesetzten Teils eines Elements (f, s, h, d) einer Schaltkammer des Schalters, deren Werte die Restlebensdauer des Schalters bestimmen und aus denen das Volumen des lichtbogenausgesetzten Teils errechnet wird, die Dichte des Schaltkammerelements, ein Zeitpunkt (t1, t2, t4), ab dem das Schaltkammerelement (f, s, h, d) der Wirkung des Lichtbogens ausgesetzt ist, eine den Abbrand des Schaltkammerelements (f, s, h, d) in Funktion der Lichtbogenstromdichte (Jf, Js, Jh, Jd) repräsentierende Abbrandcharakteristik, und ein während des Schaltvorgangs (k) ermitteltes i(t)-Diagramm. Das Monitoringsystem ermittelt dann aus den eingegebenen Daten das Volumen des lichtbogenausgesetzten Teils des Schaltkammerelements (f, s, h, d) und hieraus den die Restlebensdauer des Schalters bestimmenden Wert mindestens eines der Geometrieparameter nach dem Schaltvorgang. <IMAGE>

Description

TECHNISCHES GEBIET
Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Verfahren zur Ermittlung des durch Lichtbogenabbrand hervorgerufenen Zustands eines Leistungsschalters nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Bei diesem Verfahren wird aus der zeitlichen Abhängigkeit eines bei einem Schaltvorgang fliessenden Lichtbogenstroms der aktuelle Zustand des Schalters in einem Monitoringsystem errechnet. Mit einem solchen Verfahren können Service und Unterhalt von Leistungsschaltern erheblich verbessert und die hierbei nicht zu vermeidenden Kosten beträchtlich reduziert werden. Zugleich kann die Zuverlässigkeit der im Netz stehenden Leistungsschalter erhöht werden. Der Abbrand ist ein Mass für die Abnutzung des Schalters bzw. dessen noch verbleibende Lebensdauer.
Die heutzutage gängigste Art der Bestimmung des Lebensdauerendes eines Schalters ist die Aufaddierung des pro Ausschaltvorgang geschalteten Stromes und der Vergleich des so gewonnenen Wertes mit einer vom Hersteller gelieferten Lebensdauerkurve.
STAND DER TECHNIK
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist in DE 199 23 362 A1 beschrieben. Bei diesem Verfahren wird bei jeder Kurzschlussausschaltung das Produkt aus der Lichtbogenbrenndauer und dem Effektivwert des Kurzschlussstromes während der Lichtbogenbrenndauer gebildet. Die Summe aller durch diese Berechnungsformel gebildeten Produkte wird als Kriterium für die nächste Revision des Leistungsschalters herangezogen. Hierbei werden jedoch lediglich Kurzschlussausschaltungen erfasst. Die Belastung bei Kurzschlusseinschaltungen sowie beim Ein- und Ausschalten kleiner Ströme (bis maximal Nennströme) werden nicht in die Berechnungsformel einbezogen. Ausserdem berücksichtigt dieses Verfahren lediglich den Abbrandzustand der Schalterkontakte als Kriterium für die Lebensdauer des Leistungsschalters.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen definiert ist, löst die Aufgabe, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, welches den Zustand eines Leistungsschalters mit hoher Genauigkeit erfasst, und so eine sehr präzise Aussage über dessen Restlebensdauer ermöglicht.
Beim erfindungsgemässen Verfahren werden bei jedem Schaltvorgang mit Lichtbogenbildung k , wobei k = 1, 2, ..., einem Monitoringsystem zunächst mindestens folgende Daten zugeführt: Geometrieparameter eines der Abbrandwirkung des Lichtbogens ausgesetzten Teils eines Elements einer Schaltkammer des Schalters, deren Werte die Restlebensdauer des Schalters bestimmen und aus denen das Volumen des lichtbogenausgesetzten Teils errechnet wird, die Dichte des Schaltkammerelements, ein Zeitpunkt, ab dem das Schaltkammerelement der Wirkung des Lichtbogens ausgesetzt ist, eine den Abbrand des Schaltkammerelements in Funktion der Lichtbogenstromdichte repräsentierende Abbrandcharakteristik und ein während des Schaltvorgangs ermitteltes Strom-Zeit-Diagramm (i(t)-Diagramm). Das Monitoringsystem ermittelt sodann aus dem i(t)-Diagramm und dem Zeitpunkt die Grösse und die Dauer des das Schaltkammerelement belastenden Lichtbogenstroms, bestimmt hieraus und aus der Abbrandcharakteristik den beim Schaltvorgang verursachten Massenabbrand des Schaltkammerelementes, stellt durch Summation dieses und des in allen vorhergehenden Schaltvorgängen bestimmten Massenabbrands den kumulierten Massenabbrand des Schaltkammerelements fest und bestimmt mit Hilfe der Dichte des Schaltkammerelementes das Volumen des lichtbogenausgesetzten Teils und daraus den aktuellen Wert mindestens eines der Geometrieparameter nach dem Schaltvorgang.
Da so sämtliche Ein- und Ausschaltvorgänge des Leistungsschalters erfasst werden, in denen eine Strombelastung mit sehr kleinen, weit unter Nennstrom gelegenen, Strömen bis zu sehr grossen Kurzschlussströmen auftritt, werden mit dem erfindungsgemässen Verfahren der Abbrand des Geometrieparameters und damit die Restlebensdauer des Leistungsschalters exakt bestimmt. Betreiber von elektrischen Anlagen können so ihre Leistungsschalter besser ausnutzen und sind besser vor unbeabsichtigten Ausfällen geschützt. Zudem braucht nun vor einer Berechnung der Schalterlebensdauer nun nicht mehr darüber entschieden zu werden, ob die Berechnung überhaupt durchgeführt werden soll oder nicht, da sämtliche Schaltvorgänge berücksichtigt werden.
Für eine gute Genauigkeit des Verfahrens reicht es im allgemeinen aus, wenn lediglich der Zeitpunkt erfasst wird, ab dem das Schaltkammerelement der Wirkung des Lichtbogens ausgesetzt ist. Dies gilt vor allem für ein als Kontakt einer Kontaktanordnung des Schalters ausgebildetes Schaltkammerelement, da dieses Element ab dem vorgenannten Zeitpunkt der vollen Wirkung des Lichtbogens ausgesetzt ist. Ein als Isolierdüse ausgebildetes Schaltkammerelement ist hingegen ab diesem Zeitpunkt zunächst einer geringen Wirkung des Lichtbogens ausgesetzt, da der Lichtbogen lediglich durch einen Teil der Isolierdüse geführt ist. Erst ab einem späteren Zeitpunkt, wenn der Lichtbogen vollständig durch die Isolierdüse geführt ist, ist die Isolierdüse der vollen Wirkung des Lichtbogens ausgesetzt. Um mit einem solchen Schaltkammerelement eine hohe Genauigkeit des Verfahrens zu erreichen, ist es daher erforderlich, auch den späteren Zeitpunkt zu erfassen.
Das erfindungsgemässe Verfahren zeichnet sich durch hohe Genauigkeit und grosse Redundanz aus, wenn mehreren der Abbrandwirkung des Lichtbogens ausgesetzten Schaltkammerelementen jeweils ein Geometrieparameter zugeordnet ist. Solche Geometrieparameter sind mit Vorteil der Innenradius einer Kontakttulpe, die Höhe eines bei Abbrand der Kontakttulpe an deren Innenfläche gebildeten Kegelstumpfs, der Länge eines mit der Kontakttulpe zusammenwirkenden Kontaktstiftes, der Innenradius einer Hilfsdüse oder der Innenradius einer Hauptdüse. Ist der Abbrand schon weit vorangeschritten, so wird eine Alarmmeldung abgegeben, sobald der aktuelle Wert des Geometrieparameters oder der Wert eines von mehreren der Geometrieparameter abgeleiteten Zustandsparameters der Kontaktanordnung einen Grenzwert überschreitet.
Die für eine exakte Restlebensdauervorhersage wichtige und jedem der Schaltkammerelemente eigene Abbrandcharakteristik wird mit Vorteil durch ein Polynom angenähert. Die entsprechenden Polynomkoeffizienten können empirisch aus dem Massenabbrand und der Belastung des Schaltkammerelementes ermittelt werden.
Weitere Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens sind dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel entnehmbar.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt:
Fig. 1
in prinzipieller Darstellung sieben zeitlich aufeinanderfolgende unterschiedliche Schaltzustände a) bis g) eines im Neuzustand befindlichen Leistungsschalters im Bereich einer axialsymmetrisch ausgebildeten Löschzone seiner Schaltkammer,
Fig. 2
ein i(t)-Diagramm und ein Weg-Zeit-Diagramm (z(t)-Diagramm) des zum ersten Mal einen Ausschaltvorgang mit Strombelastung ausführenden Schalters gemäss Fig.1,
Fig. 3
die sieben Schaltzustände der Löschzone nach Fig.1 kurz vor einer Revision des Schalters,
Fig. 4
ein i(t)- und ein z(t)-Diagramm des Schalters gemäss Fig.3 während des Ausschaltens,
Fig. 5
in vergrösserter und in Achsrichtung leicht gedehnte Darstellung den Löschzonenbereich der Schaltkammer nach Fig.3, in der der Zustand des Löschzonenbereichs im Neuzustand gestrichelt dargestellt ist, und in der ferner Geometrieparameter von Elementen der Schaltkammer angegeben sind, und
Fig. 6
ein durch eine Näherungsfunktion beschriebenes i(t)-Diagramm.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die in Fig.1 stark vereinfacht dargestellte Schaltkammer eines Leistungsschalters ist im Bereich ihrer Löschzone axialsymmetrisch ausgebildet und weist eine stromführende Kontaktanordnung auf mit einem feststehenden Tulpenkontakt f und einem beweglich ausgeführten Kontaktstift s sowie aus einem Isolierstoff - wie etwa Polytetrafluoräthylen - bestehend eine Hilfsdüse h und eine Hauptdüse d. In der gezeigten Ausführungsform sind neben der Kontakttulpe f auch die Hilfsdüse h und die Hauptdüse d feststehend ausgeführt. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, dass die Kontakttulpe f und die beiden Düsen h und d beweglich ausgeführt sind und der Kontaktstift s feststehend oder gegebenenfalls auch beweglich ausgeführt ist. Ferner kann die Kontakttulpe ebenfalls Stiftform aufweisen. Darüber hinaus kann die Hilfsdüse h oder die Hauptdüse d oder können auch beide Düsen entfallen. Wichtig ist vor allem, dass sich bei einem Schaltvorgang zwischen den beiden Kontakten f und s ein Lichtbogen bildet, welcher zumindest an einem dieser beiden Schaltkammerelemente oder an einem der gegebenenfalls vorgesehenen weiteren Schaltkammerelemente h und d Abbrand und damit einen die Lebensdauer des Schalters bestimmenden Verschleiss bewirkt.
Aus der Fig.1 sind sieben verschiedene Stiftpositionen a) bis g) während einer Ausschaltung des im Neuzustand befindlichen Schalters ersichtlich. Die Lage der Spitze des Kontaktstifts f in der Position a) (Einschaltstellung des Schalters) wird als Bezugspunkt z0 der Hubkoordinate definiert. Die Position g) definiert die Lage z6 der Spitze des Kontaktstifts s zum Zeitpunkt der Stromlöschung. In den dazwischen liegenden Positionen b), c), d), e) und f) ist die Spitze des Kontaktstifts s durch Lagekoordinaten z1, z2, z3, z4 und z5 definiert.
In der Figur 2 sind das zugeordnete z(t)-Diagramm mit der Weg- bzw. Hubkoordinate z des Schaltstifts s und der Zeitkoordinate t sowie das zugeordnete i(t)-Diagramm mit dem beim Ausschaltvorgang fliessenden Lichtbogenstrom i als einer und der Zeit t als anderer Koordinate dargestellt. Im dargestellten Beispiel ist die Position g) (Lagekoordinate z6) zufälligerweise identisch mit der Ausschaltposition des Schalters (Kontaktstift s kann längs der Wegkoordinate z nicht mehr nach unten verschoben werden). Es gibt aber auch Fälle, bei denen der Stift s zum Zeitpunkt der Stromlöschung seine Endposition noch nicht erreicht hat, beispielsweise, wenn die Stromlöschung im gezeichneten Beispiel bereits eine Halbwelle früher erfolgen würde. In diesen Fällen verschiebt sich die Position z6 nach oben.
Die Figur 3 zeigt analoge Positionen a) bis g) des Kontaktstifts s desselben Schalters kurz vor einer notwendigen Revision, wenn also nach Schaltvorgängen unter Strom die Schaltlichtbögen Abbrand an den Schaltkammerelementen f, s, h, d hervorgerufen haben. In Fig.4 sind das dazugehörige z(t)-Diagramm der Spitze des Kontaktstifts s und ein mögliches i(t)-Diagramm dargestellt. Um den Vergleich mit dem Schalter im Neuzustand (Figuren 1 und 2) zu vereinfachen, wurde die gleiche Stromkurve gewählt. Man beachte, dass auch in ausgebranntem Zustand die Position der Stiftspitze in der eingeschalteten Position als Nullpunkt der Hubkoordinate definiert wird. Die Koordinaten z1, z2, z3, z4 und z5 haben sich aufgrund des Abbrandes verschoben.
Die verschiedenen Positionen a) bis g) sind in der nachfolgenden Tabelle 1 näher beschrieben.
Position Koordinate Zeitpunkt
a) z0 t0 Vollständig eingeschaltete Position, Auslöse-Zeitpunkt der Stiftbewegung (= Spulensignal)
b) z1 t1 Stift verlässt Abbrandtulpe, Beginn Lichtbogen, Beginn Kontaktabbrand
c) z2 t2 Stift erreicht Anfang des Hilfsdüsenengnisses, Beginn Hilfsdüsenabbrand
d) z3 t3 Stift erreicht Ende des Hilfsdüsenengnisses, ab hier ist der Hilfsdüsenabbrand nur noch vom Strom abhängig.
e) z4 t4 Stift erreicht Anfang des Hauptdüsenengnisses, Beginn Hauptdüsenabbrand
f) z5 t5 Stift erreicht Ende des Hauptdüsenengnisses, ab hier ist der Hauptdüsenabbrand nur noch vom Strom abhängig.
g) z6 t6 Schalter löscht Lichtbogen bei Stromnull, Ende Kontaktabbrand und Düsenabbrand
Fig. 5 zeigt eine vergrösserte und in Achsrichtung leicht gedehnte Darstellung der in den Figuren 1 und 3 dargestellten Löschzonen. Darin eingezeichnet sind Geometrieparameter von Schaltkammerelementen, welche für die Bestimmung der Lebensdauer des Schalters relevant sind. Gestrichelt gezeichnete Partien repräsentieren den Neuzustand gemäss den Figuren 1 und 2 und ausgezogen dargestellte Partien repräsentieren den Zustand gemäss den Figuren 3 und 4 nachdem der Schalter k Schaltvorgänge unter Strom ausgeführt hat. Die Geometrieparameter bzw. deren Wert nach dem k-ten Schaltvorgang sind die folgenden:
  • Rf bzw. Rf,k = Innenradius der Kontakttulpe f
  • Af bzw. Af,k = Höhe eines beim Abbrand der Kontakttulpe gebildeten Kegelstumpfs,
  • Lf = axiale Länge der den Kontaktstift s umfassenden Engstelle der Kontakttulpe f,
  • αf = Neigung des Kegelstumpfes gegen die Schaltkammerachse,
  • Rh bzw. Rh,k = Innenradius einer den Kontaktstift s umfassenden Engstelle der Hilfsdüse h,
  • Lh = axiale Länge der Engstelle der Hilfsdüse h,
  • Rd bzw. Rd,k = Innenradius einer den Kontaktstift s umfassende Engstelle der Hauptdüse d,
  • Ld = axiale Länge der Engstelle der Hauptdüse d,
  • Ls bzw. Ls,k = von der Spitze ausgehende Verkürzung des Kontaktstifts s in Achsrichtung,
  • Rs = Aussenradius des Kontaktstifts s.
    • Für jeden, z. B. den k-ten, Schaltvorgang unter Strom werden folgende Daten für das in einem Monitoringsystem durchgeführte erfindungsgemässe Verfahren benötigt:
  • ein beim Schaltvorgang ermitteltes i(t)-Diagramm,
  • ein z(t)-Diagramm der Bewegung des Kontaktstifts (bleibt in der Regel während der ganzen Lebensdauer des Schalters gleich, kann jedoch bei Bedarf und entsprechend vorhandener Messmittel neu eingelesen werden),
  • der Auslöse-Zeitpunkt t0 der Stiftbewegung (= Spulensignal),
  • die Werte (z.B. Rs bzw. Ls,k-1) eines oder mehrerer relevanter Geometrieparameter gemäss Fig.5, welche beim vorhergehenden Schaltvorgang ermittelt wurden (einige dieser Werte, z. B. Ls,k-1 ändern sich während eines Schaltvorganges, einige, z. B. Rs, können während der ganzen Lebensdauer des Schalters als gleichbleibend angenommen werden),
  • die Dichten des Materials eines oder mehrerer der abbrandausgesetzten Schaltkammerelemente, wie etwa Kontaktstift s oder Hauptdüse d,
  • der den Abbrand aller vorhergehenden (k-1) Schaltvorgänge kumulierende Massenabbrand eines oder mehrerer der Schaltkammerelemente, und
  • die Abbrandcharakteristik des Schalters, die vorzugsweise durch ein Polynom nachgebildet wird.
    • Die folgenden Daten werden vom Monitoringsystem nach jedem Schaltvorgang geliefert und können mit Alarmgrössen verglichen werden. Für einen später erfolgenden Schaltvorgang dienen diese Ausgangsdaten als Eingangsdaten:
  • relevante Geometriegrössen gemäss Fig. 5 nach dem Schaltvorgang,
  • Alarmmeldungen beim Erreichen kritischer Werte für Kontaktüberlappung Δz (= z1 - z0), Innendurchmesser 2Rf von Engstelle Kontakttulpe f, Innendurchmesser 2Rh von Engstelle Hilfsdüse h und Innendurchmesser 2Rd von Engstelle Hauptdüse d, kumulierter Massenabbrand eines oder mehrerer der Schaltkammerelemente.
    • Aus der Belastung Sr (r = f, s, h, d) der einzelnen Schaltkammerelemente mit dem Lichtbogenstrom beim Schaltvorgang und dem Abbrandfaktor Cr kann der Massenverlust Δmr (r = f, s, h, d) der einzelnen Schaltkammerelemente beim Schaltvorgang berechnet werden. Es gelten folgende Definitionen, wobei die Indizes f, s, h, d, sich der Reihe nach auf die damit bezeichneten Schaltkammerelemente beziehen:
    Figure 00080001
    Figure 00080002
    Die Potenzen pf, ps, ph und pd liegen normalerweise im Intervall zwischen 1 und 2.
    AUSFÜHRUNG DES ERFINDUNGSGEMÄSSEN VERFAHRENS Erster Schritt: Berechnung der Zeiten Basierend auf den Daten:
    Strom-Zeit Diagramm
    ik(t)
    Weg-Zeit Diagramm
    z(t) resp. Umkehrfunktion t(z)
    Zeitpunkte
    t0,k und t6,k
    Koordinaten
    z1,k-1, z2,k-1, z3,k-1, z4,k-1, z5,k-1
    wobei die Indizes k bzw. k-1 den k-ten bzw. den k-1-ten Schaltvorgang und k = 0 den Neuzustand des Schalters bedeuten, erhält man: Zeitpunkte
    t1,k = t0,k + [t(z1,k-1) - t0,k-1] t2,k = t0,k + [t(Z2,k-1) - t0,k-1] t3,k = t0,k + [t(Z3,k-1) - t0,k-1] t4,k = t0,k + [t(Z4,k-1) - t0,k-1] t5,k = t0,k + [t(z5,k-1) - t0,k-1]
    Koordinate
    z6,k = z(t6,k - t0,k)
    Zweiter Schritt: Berechnung der Stromdichten
    Figure 00090001
    Figure 00090002
    Dritter Schritt: Bestimmung der Abbrandfaktoren aus der Abbrandcharakteristik
    Cf,k = Cf (Jf,k )  Cs,k = Cs (Js,k )  Ch,k = Ch (Jh,k )  Cd,k = Cd (Jd,k )
    Vierter Schritt: Berechnung der Belastungen
    Figure 00090003
    Figure 00090004
    Figure 00100001
    Figure 00100002
    Fünfter Schritt: Berechnung des Massenabbrandes
    Δmf,k = Cf,k ·Sf,k Δms,k = Cs,k ·Ss,k Δmh,k = Ch,k ·Sh,k π·R 2 h,k -1 Δmd,k = Cd,k ·Sd,k π·R 2 d,k -1
    Figure 00100003
    Figure 00100004
    Sechster Schritt: Berechnung des Volumenabbrandes
    Figure 00100005
    Figure 00100006
    wobei ρ f , ρ s , ρh und ρd der Reihe nach die Dichten des Materials der Kontakttulpe f, des Kontaktstiftes s, der Hilfsdüse h sowie der Hauptdüse d bedeuten.
    Siebter Schritt: Berechnung der aktuellen Geometrie-Parameter a) Tulpenkontakt
    Tulpenkontakte brennen in der Regel sowohl im Innern zylindrisch als auch auf der Lichtbogenzone zugewandten Seite in einem Winkel αf ab. Das Lebensdauerende ist dann erreicht, wenn der Innendurchmesser der Tulpe grösser als der Aussendurchmesser des Stiftes wird, oder wenn die Kontaktüberlappung, welche neben dem Stiftabbrand noch vom Winkel af beeinflusst wird, im eingeschalteten Zustand kleiner als ein fest vorgegebener Grenzwert wird. (Bei einem Schalter ohne paralleles Nennstromsystem liegt dieser Grenzwert bei 0. Bei einem Schalter mit parallelem Nennstromsystem muss der Grenzwert so gewählt werden, dass noch genügend Zeit zur Kommutierung des Stroms verbleibt.)
    Um eine sichere Aussage treffen zu können, empfiehlt es sich, sowohl den gesamten Massenabbrand auf einen rein zylindrischen Innenausbrand als auch denselben gesamten Massenabbrand auf einen rein kegelförmigen Abbrand abzuwälzen. Man erhält so die folgenden neuen Geometrieparameter:
    Konstante Geometrieparameter:
    Lf , k = Lf ,0 = Lf αf , k = αf ,0 = αf
    1. Zylindrischer Ausbrand
    Es gilt: ΔVf,k =π·Lf·R2 f,k-π·Lf·R2 f, 0
    Daraus folgt:
    Figure 00110001
    2. Kegelförmiger Ausbrand
    Es gilt: ΔVf,k = π·tanα f·(Rf,0·A 2 f,k + A 3 f,k ·tanα f 3 )
    Daraus lässt sich Af,k berechnen.
    b) Kontaktstift
    Kontaktstifte brennen in der Regel von ihrer Spitze weg parallel nach hinten ab.
    Konstanter Geometrieparameter:
    Rs,k = Rs,k -1 = Rs
    Es gilt: ΔVs,k = π·Ls,k ·R 2 s und somit: Ls,k = ΔVs,k π·R2 s
    c) Hilfsdüse
    In erster Näherung brennt die Hilfsdüse im Innern zylindrisch ab und die für den Abbrand wirksame Länge bleibt konstant.
    Konstanter Geometrieparameter:
    Lh,k = Lh, 0 = Lh
    Somit gilt: ΔVh,k = π·Lh·R 2 h,k -π·Lh·R2 h ,0
    Daraus folgt:
    Figure 00120001
    d) Isolierdüse
    Für die Isolierdüse gilt dasselbe, wie für die Hilfsdüse.
    Konstanter Geometrieparameter:
    Ld,k = Ld ,0 = Ld
    Somit gilt: ΔVd,k = π·Ld·R2 d,k-π·Ld·R2 d, 0
    Daraus folgt:
    Figure 00120002
    e) Neue z-Parameter
    z 1, k = z 1,0 - Af,k - L s, k z 2, k = z2,0 - Ls,k z 3, k = z 3,0 - Ls,k z 4, k = z4,0 - Ls,k z 5, k = z 5,0 - Ls,k
    Achter Schritt: Alarmmeldungen
    Die Werte für die Kontaktüberlappung (= Δzk), den Radius der Kontakttulpe (= Rf), den Radius der Hilfsdüse (= Rh) und den Radius der Hauptdüse (= Rd) bestimmen die verbleibende Lebensdauer des Schalters. Diese können kontinuierlich mit vorgegebenen Grenzwerten (ΔZmin, Rf,max, Rh,max, Rd,max) verglichen werden.
    • Beispielsweise ist eine prozentuale Angabe der erreichten Lebensdauer denkbar (Beispiel: wenn Δz0 = 50 mm, Δzmin = 30 mm, dann erscheint bei einem Δzk = 42 mm die Meldung: "60 % der Lebensdauer erreicht").
    • Es ist auch möglich, wenn der erste der vier Parameter zum Beispiel 90 % der Lebensdauer erreicht, spezielle optische oder akustische Warnungen auszugeben und wenn der erste der vier Parameter 100 % der Lebensdauer erreicht, den Schalter zu blockieren.
    • Ist eine Zeiterfassung mit einbezogen, kann - auf Basis der bisherigen durchschnittlichen Belastung - zum Beispiel auch die noch verbleibende Lebensdauer (in Tagen, Wochen, Monaten oder Jahren) ausgegeben werden.
    Das erfindungsgemässe Verfahren kann auch bei Schaltern angewendet werden, bei denen die Abbrandtulpen so dimensioniert sind, dass sich deren Finger bei hohen Strömen plastisch verformen, d.h. auf Block zusammenziehen. Dadurch verlängert sich die Lebensdauer. In den Formeln muss in diesen Fällen, d.h. sobald ein entsprechender Grenzstrom einmal überschritten wurde,
    Rf ,0
    durch (Rf ,0- a·b 2π ) mit
  • a = Anzahl Finger
  • b = Schlitzbreite im Neuzustand
    • ersetzt werden.
    Oftmals wird immer das gleiche Lebensdauerende-Kriterium (beispielsweise Kontaktüberlappung) über die nächste Revision entscheiden. Für solche Schalter resp. in solchen Anwendungsfällen kann das erfindungsgemässe Verfahren soweit vereinfacht werden, dass nur gerade die dafür notwendigen Geometrieparameter berechnet werden.
    Insbesondere Schalter, welche bei niedrigen Spannungen betrieben werden, haben beim Einschalten meist eine vergleichsweise kurze Lichtbogendauer. Die dadurch verursachten Abbranderscheinungen sind gering und können vernachlässigt werden.
    Die genauesten Resultate erhält man mit dem erfindungsgemässen Verfahren, wenn während des gesamten Schaltvorganges (Ein- oder Ausschalten) das genaue Strom-Zeit-Diagramm eingelesen wird. Die Abtastrate sollte dabei möglichst klein (< 1 ms) gewählt werden. Dies ergibt für jeden Schaltvorgang allerdings eine relativ grosse Datenmenge.
    In sehr guter Näherung und für t ≥ t0 lässt sich das Strom-Zeit-Diagramm jedoch durch die folgende Funktion darstellen: i(t) = √2·Ieff ·sin(ω·t)+IDC ·e te -fτ mit
    Ieff
    AC-Komponente des Stromes
    IDC
    DC-Komponente des Stromes
    ω = 2·π·f
    Kreisfrequenz
    f
    Frequenz
    te
    Einschaltzeitpunkt
    τ
    Zeitkonstante der DC-Komponente des Stromes
    In Fig. 6 ist diese Funktion graphisch dargestellt:
    Aus der Messung von Zeit und Strom einzelner Punkte (z.B. Strompeaks oder Stromnulldurchgänge) lassen sich daraus die Parameter Ieff, IDC, f, te und τ bestimmen, womit sich die Datenmenge deutlich reduziert.
    ERMITTLUNG DER ABBRANDCHARAKTERISTIK
    Die Ermittlung der Abbrandcharakteristik erfolgt getrennt und im Vorfeld der Ermittlung des Lebensdauerendes. Es sind dazu exakte Messungen der Massen der Schaltkammerelemente vor und nach Schaltvorgängen vorzunehmen. Typischerweise erfolgen solche Messungen während Laborversuchen, sie können aber auch vor Ort durchgeführt werden. Oft sind infolge Wägeunsicherheiten die Daten von mehreren Schaltvorgängen zusammenzufassen. Unterscheiden sich die Stromdichten zwischen den einzelnen Schaltvorgängen nicht wesentlich, so können Sf, Ss, Sh und Sd als die Summe aller Einzelbelastungen, Δmf, Δms, Δmh und Δmd als den aufaddierten Massenabbrand aller Schaltvorgänge und Jf, Js, Jh und Jd als den Mittelwert der einzelnen Stromdichten interpretiert werden.
    Unterscheiden sich die Stromdichten der einzelnen Schaltvorgänge aber wesentlich, so ist die Abbrandcharakteristik des Schalters vorzugsweise durch ein Polynom nachzubilden. Sie kann mit folgender Formel angesetzt werden:
    Figure 00150001
       wobei den einzelnen Grössen folgende Bedeutung zukommt:
  • Cr(Jr) = Abbrandfaktor des Schaltkammerelements r, mit r = f, s, h, d
  • Jr = Stromdichte im Schaltkammerelement r,
  • cr,p mit p = 0, 1, 2, 3,.., n = Polynomkoeffizienten,
  • n = Grad des Polynoms.
    • Für einen einzelnen Schaltvorgang gilt: Δmr,k = Cr (Jr )·Sr,k
    Mit dem Polynomansatz für die Abbrandcharakteristik
    Figure 00150002
    ergibt sich daraus für den Massenverlust aller Schaltvorgänge zwischen zwei Wägevorgängen:
    Figure 00160001
    bzw.
    Figure 00160002
    Werden die Informationen über alle Wägungen w (w = 1, 2,...) zusammengefasst, so lässt sich für jedes Schaltkammerelement r folgende Matrixgleichung aufstellen:
    Figure 00160003
    Zur Ermittlung der Polynomkoeffizienten cr,p kann obige Gleichung der allgemeinen nichtlinearen Ausgleichsrechnung zugeführt werden. Die Konvergenz des dabei verwendeten Algorithmus ist nur für w = n+1 gewährleistet.

    Claims (22)

    1. Verfahren zur Ermittlung des durch Lichtbogenabbrand hervorgerufenen Zustands eines Leistungsschalters mit einer während eines Schaltvorgangs k, mit k = 1, 2, 3,..., der Wirkung eines Schaltlichtbogens ausgesetzten Schaltkammer, bei dem aus der zeitlichen Abhängigkeit (i(t) - Diagramm) eines beim Schaltvorgang k fliessenden Lichtbogenstroms (ik) der aktuelle Zustand des Schalters in einem Monitoringsystem errechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem Schaltvorgang k mit Lichtbogenbildung dem Monitoringsystem mindestens folgende Daten zugeführt werden:
      Geometrieparameter (Af, Lf, Rf, αf; Ls, Rs; Rh, Lh; Rd, Ld) eines der Abbrandwirkung des Lichtbogens ausgesetzten Teils eines Schaltkammerelements (f, s, h, d), deren Werte die Restlebensdauer des Schalters bestimmen und aus denen das Volumen des lichtbogenausgesetzten Teils errechnet wird,
      die Dichte des Schaltkammerelements (f, s, h, d),
      ein erster Zeitpunkt (t1, t2, t4), ab dem das Schaltkammerelement (f, s, h, d) der Wirkung des Lichtbogens ausgesetzt ist,
      eine den Abbrand des Schaltkammerelements (f, s, h, d) in Funktion der Lichtbogenstromdichte (Jf, Js, Jh, Jd) repräsentierende Abbrandcharakteristik, und
      ein während des Schaltvorgangs k ermitteltes i(t)-Diagramm,
      und dass das Monitoringsystem aus dem i(t)- Diagramm und dem ersten Zeitpunkt (t1, t2, t4) die Grösse und die Dauer des das Schaltkammerelement belastenden Lichtbogenstroms (ik) ermittelt, aus den ermittelten Werten sowie der Abbrandcharakteristik den beim Schaltvorgang k verursachten Massenabbrand des Schaltkammerelementes bestimmt, durch Summation dieses und des in allen vorhergehenden Schaltvorgängen 1, 2,...,k-1 bestimmten Massenabbrands den kumulierten Massenabbrand des Schaltkammerelements feststellt, und aus dem Volumen des lichtbogenausgesetzten Teils und der Dichte des Schaltkammerelements den Wert (Rf,k, Af,k, Ls,k, Rh,k, Rd,k) mindestens eines der Geometrieparameter (Rf, Af, Ls, Rh, Rd) nach dem Schaltvorgang k bestimmt.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zugeführten Daten zusätzlich einen zweiten Zeitpunkt (t3, t5) umfassen, ab dem das Schaltkammerelement (h, d) der vollen Wirkung des Lichtbogens ausgesetzt ist.
    3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehreren der Abbrandwirkung des Lichtbogens ausgesetzten Schaltkammerelementen (f, s, h, d) jeweils Geometrieparameter (Af, Lf, Rf, αf; Ls, Rs; Rh, Lh; Rd, Ld) zugewiesen werden.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Geometrieparameter (Rf, Af, Ls, Rh, Rd,) zugewiesen wird dem Innenradius (Rf) einer Kontakttulpe (f), der Höhe (Af) eines bei Abbrand der Kontakttulpe (f) an deren Innenfläche gebildeten Kegelstumpfes, der Längenänderung (Ls) eines mit der Kontakttulpe (f) zusammenwirkenden Kontaktstiftes (s), dem Innenradius (Rh) einer Hilfsdüse (h) oder dem Innenradius (Rd) einer Hauptdüse (d).
    5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Alarmmeldung abgegeben wird, sobald der aktuelle Wert (Rf,k, Af,k, Ls,k, Rh,k, Rd,k) des mindestens einen Geometrieparameters (Rf, Af, Ls, Rh, Rd) oder der Wert (Δzk) eines von mehreren der Geometrieparameter (Af, Ls) abgeleiteten Zustandsparameters (Δz) einen Grenzwert überschreitet.
    6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Zustandsparameter (Δz) die Überlappung der Kontakttulpe (f) und des Kontaktstiftes (s) gewählt wird, und dass dieser Zustandsparameter aus folgender Gleichung bestimmt wird: Δzk = z 1 ,k - z 0 = [z 1,0 - Af,k - Ls,k ]-z0, wobei
      z1,k die Position des Kontaktstiftes (s) beim Verlassen der Kontakttulpe (f),
      Af,k die Höhe des Kegelstumpfes, und
      Ls,k die Längenänderung des Kontaktstiftes (s),
      jeweils nach dem k-ten Schaltvorgang,
      z1,0 die Position des Kontaktstiftes (s) beim Verlassen der Kontakttulpe (f) vor Inbetriebnahme des Schalters, und
      z0 die Position des Kontaktstiftes (s) bei geschlossenem Schalter bedeuten.
    7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbrandcharakteristik durch ein Polynom nachgebildet ist und durch folgende Formel bestimmt ist:
      Figure 00190001
      wobei den einzelnen Grössen folgende Bedeutung zukommt:
      Cr(Jr) = Abbrandcharakteristik eines Schaltkammerelements r, mit r = f, s, h, d,
      Jr = Stromdichte im Schaltkammerelement r,
      cr,p mit p = 0, 1, 2, 3,.., n = Polynomkoeffizienten,
      n = Grad des Polynoms.
    8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Polynomkoeffizienten cr,p aus Massenabbrand und Belastung des Schaltkammerelementes r mit dem Lichtbogenstrom ermittelt werden.
    9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Massenabbrand durch Wiegen des Schaltkammerelements r bestimmt wird, und dass die Polynomkoeffizienten gemäss der folgenden Matrixgleichung errechnet werden:
      Figure 00190002
      wobei
      w = die Anzahl der Wägungen (w = 1, 2,..),
      ΔMr,w = den kumulierten Massenabbrand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wägungen ausgeführten Schaltvorgängen,
      Jr,k = die beim k-ten Schaltvorgang am Schaltkammerelement r wirkende Stromdichte des Schaltlichtbogens, und
      Sr,k = die beim k-ten Schaltvorgang am Schaltkammerelement r auftretende Belastung, bedeuten.
    10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Verfahrensschritte ausgeführt werden:
      dem mindestens einen Geometrieparameter (Rf, Af, Ls, Rh, Rd) werden aus dem z(t)-Diagramm Lage- (z1,k, z2,k,...) und Zeitkoordinaten (t1,k, t2,k,...) zugewiesen, welche die Abbrandwirkung des Lichtbogens auf das dem Geometrieparameter zugeordnete Schaltkammerelement (f, s, h, d) örtlich und zeitlich bestimmen,
      aus dem aktuellen Auslösezeitpunkt (t0,k), dem aktuellen Zeitpunkt (t6,k), an dem der Schalter den Lichtbogen löscht, dem aktuellen z(t)-Diagramm und dem im vorhergehenden Schaltvorgang k-1 berechneten Lagekoordinaten (z1,k-1, z2k-1,...) werden nach dem Schaltvorgang k aktuelle Zeitkoordinaten (t1,k, t2,k,...) berechnet, aus den aktuellen Zeitkoordinaten und dem im vorhergehenden Schaltvorgang k-1 berechneten Wert (Rf,k-1, Af,k-1, Ls,k-1, Rh,k-1, Rd,k-1) des mindestens einen Geometrieparameters (Rf, Af, Ls, Rh, Rd) wird an dem der Abbrandwirkung des Lichtbogens ausgesetzten Schaltkammerelement (f, s, h, d) mit Hilfe des aktuellen i(t)-Diagramms der aktuelle Wert (Jf,k, Js,k, Jh,k, Jd,k) der Stromdichte (Jf, Js, Jh, Jd) des Lichtbogens berechnet,
      aus der Abbrandcharakteristik und dem aktuellen Wert der Stromdichte wird ein aktueller Abbrandfaktor (Cf,k, Cs,k, Ch,k, Cd,k) bestimmt,
      aus den aktuellen Zeitkoordinaten (t1,k, t2,k,...), den im vorhergehenden Schaltvorgang k-1 berechneten Lagekoordinaten (z1,k-1, z2,k-1,...) und dem aktuellen i(t)-Diagramm wird die durch den Lichtbogen hervorgerufene aktuelle Belastung (Sf,k, Ss,k, Sh,k, Sd,k) des Schaltkammerelementes (f, s, h, d) berechnet,
      aus dem aktuellen Abbrandfaktor (Cf,k, Cs,k, Ch,k, Cd,k) und der aktuellen Belastung (Sf,k, Ss,k, Sh,k, Sd,k) werden der Massenabbrand (Δmf,k, Δms,k, Δmh,k, Δmd,k) beim Schaltvorgang (k) und hieraus der kumulierte Massenabbrand (ΔMf,k, ΔMs,k, ΔMh,k, ΔMd,k) des Schaltkammerelementes (f, s, h, d) berechnet,
      aus der Dichte des Materials und dem kumulierten Massenabbrand des Schaltkammerelementes wird dessen kumulierter Volumenabbrand (ΔVf,k, ΔVs,k, ΔVh,k, ΔVd,k) berechnet, und
      aus dem kumulierten Volumenabbrand werden die aktuellen Werte des mindestens einen Geometrieparameters (Rf,k, Af,k, Ls,k, Rh,k, Rd,k) und der Lagekoordinaten (z1,k, z2,k,...) berechnet.
    11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuellen Zeitkoordinaten wie folgt berechnet werden: t1,k = t0,k + [t(z1,k-1) - t0,k-1] t2,k = t0,k + [t(z2,k-1)-t0,k-1] t3,k = t0,k + [t(z3,k-1)-t0,k-1] t4,k = t0,k + [t(z4,k-1)-t0,k-1] t5,k = t0,k + [t(z5,k-1)-t0,k-1], wobei den einzelnen Grössen folgende Bedeutung zukommt
      t1,k = Zeitpunkt, an dem der Kontaktstift (s) die Kontakttulpe (f) verlässt,
      t2,k = Zeitpunkt, an dem der Kontaktstift (s) die Engstelle der Hilfsdüse (h) erreicht,
      t3,k = Zeitpunkt, an dem der Kontaktstift (s) die Engstelle der Hilfsdüse (h) verlässt,
      t4,k = Zeitpunkt, an dem der Kontaktstift (s) die Engstelle der Hauptdüse (d) erreicht,
      t5,k = Zeitpunkt, an dem der Kontaktstift (s) die Engstelle der Hauptdüse (d) verlässt,
      t0,k = Auslösezeitpunkt,
      jeweils beim aktuellen Schaltvorgang k bedeuten.
    12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuellen Stromdichten wie folgt berechnet werden:
      Figure 00210001
      Figure 00210002
      wobei den einzelnen Grössen folgende Bedeutung zukommt
      Jf,k= Stromdichte an der Kontakttulpe (f),
      Js,k = Stromdichte am Kontaktstift (s),
      Jn,k = Stromdichte in der Engstelle der Hilfsdüse (h),
      Jd,k = Stromdichte in der Engstelle der Hauptdüse (d),
      t6,k = aktueller Lichtbogenlöschzeitpunkt,
      ik = Lichtbogenstrom aus dem aktuellen Strom-Zeit-Diagramm,
      bestimmt jeweils beim aktuellen Schaltvorgang k,
      Rf,k-1 = Innenradius der Kontakttulpe (f),
      Rs,k-1 = Radius des Kontaktstifts (s),
      Rh,k-1 = Innenradius der Hilfsdüse (h), und
      Rd,k-1 = Innenradius der Hauptdüse (d),
      bestimmt jeweils beim vorhergehenden Schaltvorgang k-1.
    13. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die aktuellen Belastungen wie folgt berechnet werden:
      Figure 00210003
      Figure 00220001
      Figure 00220002
      Figure 00220003
      wobei den einzelnen Grössen folgende Bedeutung zukommt
      Sf,k = Belastung an der Kontakttulpe (f),
      Ss,k = Belastung am Kontaktstift (s),
      Sh,k = Belastung in der Engstelle der Hilfsdüse (h),
      Sd,k = Belastung in der Engstelle der Hauptdüse (d),
      t6,k = aktueller Lichtbogenlöschzeitpunkt, und
      pf , ps , ph , pd = empirisch ermittelte Potenzen.
    14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Potenzen (pf, ps, ph, pd) im Intervall [1...2] liegen.
    15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle Massenabbrand wie folgt berechnet wird: Δmf,k = Cf,k·Sf,k Δms,k = Cs,k ·Ss,k Δmh,k = Ch,k ·Sh,k π·R 2 h,k-1 Δmd,k = Cd,k ·Sd,k π·R2 d,k -1 , wobei Δmf,k, Δms,k, Δmh,k und Δmd,k der Reihe nach den Massenbrand der Kontakttulpe (f), des Kontaktstiftes (s), der Hilfsdüse (h) und der Hauptdüse (d) während des akuellen Schaltvorgangs k bedeuten.
    16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle kumulierte Massenabbrand wie folgt berechnet wird:
      Figure 00220004
      Figure 00220005
      wobei ΔMf,k, ΔMs,k, ΔMh,k und ΔMd,k der Reihe nach den kumulierten Massenbrand der Kontakttulpe (f), des Kontaktstiftes (s), der Hilfsdüse (h) und der Hauptdüse (d) nach dem akuellen Schaltvorgang k bedeuten.
    17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle Volumenabbrand (ΔVf,k, ΔVs,k, ΔVh,k, ΔVd,k) wie folgt berechnet wird:
      Figure 00230001
      Figure 00230002
      wobei ΔVf,k und ρf, ΔVs,k und ρs, ΔVh,k und ρh sowie ΔVd,k und ρd der Reihe nach den Volumenabbrand und die Dichte der Kontakttulpe (f), des Kontaktstiftes (s), der Hilfsdüse (h) sowie der Hauptdüse (d) nach dem aktuellen Schaltvorgang k bedeuten.
    18. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausbildung des Schaltkammerelementes als Kontakttulpe (f) der Geometrieparameter (Rf) als rein zylindrischer Innenabbrand und unabhängig davon als rein kegelförmiger Innenabbrand berechnet wird.
    19. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausbildung des Schaltkammerelementes als Kontaktstift (s) der Geometrieparameter (Ls) als von der Stiftspitze ausgehende parallele Verkürzung des Kontaktstiftes berechnet wird.
    20. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausbildung des Schaltkammerelementes als Düse (h, d) der Geometrieparameter (Rh, Rd) als zylindrischer Abbrand bei konstanter Düsenlänge berechnet wird.
    21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das i(t)-Diagramm mit einer Abtastrate von höchstens 1 ms erfasst wird.
    22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das i(t)-Diagramm durch Messung einzelner Punkte und durch Modellrechnung nachgebildet wird.
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