EP1327254B1

EP1327254B1 - Verfahren und vorrichtung zur reduzierung des kontaktabbrandes eines schaltgerätes

Info

Publication number: EP1327254B1
Application number: EP01987939A
Authority: EP
Inventors: Norbert Elsner; Gerd Griepentrog; Reinhard Maier; Diethard Runggaldier; Bernhard Streich
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2000-10-16
Filing date: 2001-10-04
Publication date: 2007-05-09
Anticipated expiration: 2021-10-04
Also published as: DE10051161C1; JP2004512637A; CN1214421C; WO2002033716A1; EP1327254A1; JP3828866B2; CN1446367A; DE50112489D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reduzierung des Kontaktabbrandes eines Schaltgerätes, insbesondere eines Schütz. Sie bezieht sich weiter auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bei einem mit Wechselstrom angesteuerten und elektromagnetisch betätigten Schaltgerät, dessen nachfolgend als Hauptkontakte bezeichneten Hauptkontaktanordnungen ein Drehstromsystem schalten, besteht das Bestreben, durch geeignete Betriebsführung den Kontaktabbrand zu reduzieren und damit die Funktionsdauer des Schaltgerätes zu erhöhen. So kann durch Vermeidung des sogenannten Schaltsynchronisationseffektes ein gleichmäßiger Abbrand in den üblicherweise drei Hauptkontakten erreicht werden, wodurch die Funktionsdauer erhöht wird. Dazu ist bereits die Beschaltung der Schaltgeräte- bzw. Schützspule mit einer Kapazität vorgeschlagen worden. Darüber hinaus kann eine angestrebte Vergleichmäßigung des Kontaktabbrandes durch Vermeidung der sogenannten Autosynchronisation des Schaltgerätes erhöht werden. Dazu können beispielsweise Schaltbefehle nach bestimmten Methoden derart verzögert werden, dass eine gleichmäßige Verteilung der Schaltwinkel hervorgerufen wird.
Um sowohl den Autosynchronisationseffekt als auch den z.B. durch Fertigungstoleranzen hervorgerufen mechanischen Synchronisationseffekt auszugleichen, könnte durch geeignete Wahl des Schaltzeitpunktes die vom aktuellen Abbrand am stärksten betroffene Hauptkontaktanordnung bezüglich des Abbrandes entlastet werden. Dadurch würden die beiden anderen Hauptkontaktanordnungen stärker belastet, wodurch ebenfalls eine Nivellierung herbeigeführt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Reduzierung des Kontaktabbrandes eines Schaltgerätes, insbesondere eines Schützes, anzugeben, mit dem einerseits ein, insbesondere durch den Schaltsynchronismus hervorgerufener, divergierender Abbrand der Hauptkontakte und andererseits der summarische Abbrand aller drei Hauptkontaktanordnungen des Schaltgerätes reduziert wird. Des Weiteren soll eine zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung angegeben werden.
Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1. Dazu wird bei einem Schaltgerät nach Erhalt eines Einschaltbefehles dieser bis zum Erreichen eines bevorzugten Phasen- oder Kommandowinkels verzögert, der demjenigen Hauptkontakt mit dem aktuell stärksten Abbrand zugeordnet ist. Der Kommando- oder Einschaltkommandowinkel ist dabei ein bestimmter, auf die Phasenlage der Steuer- oder Spulenspannung zum elektromagnetischen Betätigen der Hauptkontakte bezogener Zeitpunkt. Der Einschaltkommandowinkel berücksichtigt dabei die von diesem abhängige Kontaktschließzeit zwischen dem Anlegen der Spulen- oder Steuerspannung des mit den Hauptkontakten gekoppelten Magnetsystems des Schaltgerätes und der Berührung der Kontaktelemente der jeweiligen Hauptkontakte.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass in jeder halben Netzperiode drei bevorzugte Zeitpunkte oder Kommandowinkel existieren, zu denen ein Schaltvorgang einen im statistischen Mittel geringeren summarischen Abbrand aller drei Hauptkontakte verursacht als ein beliebiger anderer Zeitpunkt oder ein beliebiger anderer gleich verteilter Kommandowinkel. Dabei kann jedem der bevorzugten Zeitpunkte oder Kommandowinkel genau ein Hauptkontakt zugeordnet werden, der einem zu diesem Zeitpunkt bzw. zu diesem Kommandowinkel eingeleiteten Schaltvorgang im statistischen Mittel einen gegenüber den anderen beiden Hauptkontakten geringeren Abbrand aufweist. Diese Zuordnung zwischen den bevorzugten Zeitpunkten oder Kommandowinkeln und den Hauptkontakten ist eineindeutig, so dass jedem Hauptkontakt oder jeder Hauptkontaktanordnung auch exakt ein bevorzugter Kommandowinkel zugeordnet ist. Jedem bevorzugten Kommandowinkel sind dabei zwei wesentliche Eigenschaften, nämlich einerseits ein minimaler Abbrand für einen bestimmten Hauptkontakt. Andererseits ist bei Wahl dieses bevorzugten und nur einem der Hauptkontakte zugeordneten Kommandowinkels für alle Hauptkontakte der Abbrand im statistischen Mittel kleiner als bei einem beliebigen anderen Kommandowinkel.
Die Verzögerung kann beispielsweise durch ein diskret realisiertes Verzögerungsglied oder durch einen Mikrokontroller bewerkstelligt werden. Da insgesamt drei bevorzugte Kommandowinkel oder Zeitpunkte für jede halbe Netzperiode existieren, beträgt die Verzögerung höchstens 180°, was bei einer Netzfrequenz von 50 Hz einer Verzögerungszeit von 10 ms entspricht. Auf diese Weise ist einerseits die Vermeidung jeglicher Schaltsynchronisation sichergestellt. Andererseits wird eine Reduzierung des kumulierten Kontaktabbrandes in allen drei Hauptkontakten oder Hauptkontaktanordnungen erreicht.
Der aktuelle Abbrand der drei Hauptkontakte wird vorzugsweise durch eine Zeitintervallmessung während des Ausschaltvorgangs bestimmt. Hierbei wird die Zeitspanne zwischen einer Trennung des zur elektromagnetischen Betätigung der Hauptkontakte vorgesehenen Magnetsystems und der Trennung der Hauptkontakte erfasst. Die Trennung des Magnetsystems kann hierbei durch einen charakteristischen Spannungsimpuls an der zugeordneten Magnetspule detektiert werden. Die Trennung der Hauptkontakte resultiert ebenfalls in einem Spannungsimpuls, dessen Höhe mindestens der Anoden-Kathoden-Spannung eines entstehenden Lichtbogens entspricht. Eine derartige Zeitintervallmessung ist beispielsweise beschrieben in der DE 196 03 310 A1 und der DE 196 03 319 A1. Die Zeitintervallmessung nutzt die Erkenntnis, dass sich der Abbrand der Hauptkontakte primär in einer Verringerung der Dicke der Kontaktauflage und damit in einem verkürzten Weg äußert.
Dokument US-A-5440180 offenbart ein Verfahren zur Reduzierung des Kontaktabbrandes eines Schaltgerätes, bei dem ein zum elektromagnetischen Betätigen dessen Hauptkontakte anstehender Einschaltbefehl zur Einleitung eines Schaltvorgangs verzögert wird.
Bezüglich der Vorrichtung wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruches 5. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der auf diesen rückbezogenen Unteransprüche.
So umfasst die Vorrichtung eine Anzahl von Auswertegliedern zur Bestimmung des Abbrandes jedes Hauptkontaktes des Schaltgerätes. Dazu führt jedes Auswerteglied anhand der Spannung über dem jeweiligen Hauptkontakt und der Spannung der Magnetspule des Magnetsystems eine Zeitintervallmessung durch. Die drei bevorzugten Kommandowinkel, die den drei Phasen des Drehstromnetzes zugeordnete Phasenwinkel der Spulen- oder Steuerspannung für das Magnetsystem des Schaltgerätes sind, sind zweckmäßigerweise als Tabelle in einem Speicherbaustein hinterlegt.
Ein Phasenkomparator erzeugt anhand eines Vergleichs des dem Hauptkontakt mit dem aktuell stärksten Abbrand zugeordneten Kommando- oder Phasenwinkels mit dem Phasenwinkel der aktuell erfaßten Steuerspannung des Magnetsystems einen Impuls zur Einleitung des Schaltvorgangs. Dabei entspricht die Impulsfolge des erzeugten Impulses zweckmäßigerweise einer halben Netzperiode. Eine dem Phasenkomparator nachgeschaltete Kippstufe, vorzugsweise ein Flipflop, übergibt mit dem vom Phasenkomparator erzeugten Impuls den Einschaltbefehl an einen Schalter zum Anlegen der Steuer- oder Spulenspannung an das Magnetsystem. Zur Ermittlung des Phasenwinkels der vorzugsweise kontinuierlich erfassten Steuerspannung ist der Phasenkomparator mit einem Phasenausgang des Schaltgerätes verbunden, an den eine der Phasen des Drehstromnetzes angeschlossen ist.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch Verzögerung und damit durch gezielte
Beeinflussung des Einschaltvorgangs eines mit Wechselstrom angesteuerten, elektromagnetisch betätigten Schaltgerätes, insbesondere eines Schützes, unter Nutzung dessen spezifischer Eigenschaften einerseits der Synchronisationseffekt vermieden und andererseits der Abbrand der Hauptkontakte insgesamt reduziert wird. Dabei wird eine Veränderung sowohl des durch die Hauptkontakte zu schaltenden Hauptstromkreises als auch des Schaltgerätes selbst vermieden.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

FIG 1: ein Prinzipschaltbild eines Schaltgerätes mit einer Anordnung zur Reduzierung des Kontaktabbrandes,
FIG 2: in einem Winkel/Zeit-Diagramm die vom Einschaltkommandowinkel abhängige Schließzeit,
FIG 3: in einem Winkel/Geschwindigkeits-Diagramm die vom Einschaltkommandowinkel abhängige Schließgeschwindigkeit,
FIG 4: in einem Winkel/Zeit-Diagramm die vom Einschaltkommandowinkel abhängige Abhebedauer von Hauptkontakten des Schaltgerätes,
FIG 5: in einem Winkel/Winkel-Diagramm die vom Einschaltkommandowinkel abhängigen Schließwinkel der Hauptkontakte, und
FIG 6: in einem weiteren Diagramm die vom Einschaltkommandowinkel abhängige relative Prellladung.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
FIG 1 zeigt ein Schütz als Schaltgerät 1 mit drei nachfolgend als Hauptkontakte K1 bis K3 bezeichneten Hauptkontaktanordnungen, deren unbeweglichen Kontaktelemente K1a,K2a bzw. K3a einerseits mit Phasenanschlüssen 2 eines Drehstromnetzes L1, L2, L3, N und andererseits mit einer Last 3 verbunden sind. Die beweglichen Kontaktelemente K1b,K2b und K3b der Hauptkontakte K1 bis K3 werden von einem gemeinsamen Magnetsystem mit einer Magnetspule 4 betätigt. Die Magnetspule 4, mit der die Hauptkontakte K1 bis K3 mechanisch gekoppelt sind, ist über eine Steuerleitung 5 einerseits mit dem Phasenanschluss 2 des Phasenleiters L3 und andererseits mit dem Anschluss 2 des Neutralleiters N verbunden. In der Steuerleitung 5 liegt ein Schalter 6 zum Ansteuern der Magnetspule 4 und somit zum Betätigen, d. h. zum Ein- und Ausschalten des Magnetsystems des Schaltgerätes 1.
Jedem Hauptkontakt K1 bis K3 ist ein Auswerteglied A_L3,A_L2,A_L1 zur Ermittlung des Kontaktabbrandes des jeweiligen Hauptkontaktes K1 bis K3 zugeordnet. Jedem dieser Auswerteglieder A_L3,A_L2,A_L1 wird einerseits über eine Messleitung 7 die Spannung U₁,U₂,U₃ über dem jeweiligen Hauptkontakt K1 bis K3 und andererseits über Messleitungen 8 die Steuer- oder Spulenspannung U_s an der Magnetspule 4 zugeführt. Anhand dieser Spannungen U₁, U₂, U₃ und U_S führen die Auswerteglieder A_L3,A_L2, A_L1 eine Zeitintervallmessung durch und bestimmen damit die aktuellen Abbrandwerte Δm₁,Δm₂,Δm₃ der Hauptkontakte K1 bis K3, d. h. die jeweilige Dicke der verbleibenden Kontaktauflagen der Hauptkontakte K1 bis K3.
Aus den dadurch ermittelten aktuellen Abbrandwerten Δm₁,Δm₂, Δm₃ wird in einem Funktionsbaustein 9 nach einem vorgegebenen funktionalen Zusammenhang, z. B. nach einer sogenannten maxindex-Funktion, der Hauptkontakt K1,K2 oder K3 mit dem größten Abbrand bestimmt. Mittels eines Speicherbausteins 10, in dem tabellarisch drei bevorzugte Einschaltkommandowinkel Ψ_K1, Ψ_K2,Ψ_K3 hinterlegt sind, wird der für den folgenden Schaltvorgang maßgebliche Kommandowinkel Ψ_KV entnommen und an einen Phasenkomparator 11 weitergeleitet.
Der Phasenkomparator 11 vergleicht kontinuierlich den Phasenwinkel Ψ der Spulen- oder Steuerspannung U_s mit dem bevorzugten Kommandowinkel Ψ_KV und gibt bei Übereinstimmung einen kurzen Impuls S aus, der beispielsweise etwa 100 µs lang ist.
Dazu ist der Phasenkomparator 11 über eine Steuerleitung 12 mit dem Anschluß 2 des Nullleiters N und einem der Phasenanschlüsse 2, im Ausführungsbeispiel der Phase L3, des Drehstromnetzes verbunden. Im Phasenkomparator 11 bleibt dabei die Polarität der Spulenspannung U_s unberücksichtigt, so dass die Impulse S im Abstand von einer halben Netzperiode T/2 ausgegeben werden. Der Impuls S wird an einen Eingang E₁ eines Flipflops 13 geführt, an dessen weiteren Eingang E₂ ein externer Schaltbefehl, d.h. der externe Einschaltbefehl ES, ansteht. Das ausgangsseitig mit dem Schalter 6 verbundene Flipflop 13 übernimmt mit dem am Eingang E₁ anstehenden Impuls S den am Eingang E₂ anstehenden Schaltbefehl ES und leitet somit über den verzögerungsfreien Schalter 6 den Einschaltvorgang ein.
Die Ableitung der bevorzugten Kommandowinkel Ψ_KV aus dem Schaltverhalten des elektromagnetisch betätigten Schaltgerätes oder Schützes 1 wird nachfolgend anhand der FIG 2 bis 6 näher beschrieben. Beispielhaft wird hierzu der durch Messungen verifizierte Einschaltvorgang eines 37kW-Schützes herangezogen.
FIG 2 zeigt die vom Einschaltkommandowinkel Ψ_K abhängige Schließzeit t_s. Diese gibt die Zeit vom Anlegen der Steuer- oder Spulenspannung U_s bis zur Berührung der Kontaktelemente K1a bis K3b der Hauptkontakte K1 bis K3 an. Der Einschaltkommandowinkel Ψ_K ist hierbei der auf die Phasenlage der sinusförmigen Steuer- bzw. Schutzspulenspannung U_s bezogene Phasenwinkel. Aus dem Verlauf ist ersichtlich, dass die vom Einschaltkommandowinkel Ψ_K abhängige Schließzeit t_s nicht konstant, sondern einer Schwankung von mehr als 10 ms unterworfen ist. Dies entspricht bei einer Netzfrequenz von 50 Hz einem Winkel Ψ_K von mehr als 180°.
Für Ψ_K ≈ n · 180°, mit n ∈ N, ist die Schaltzeit t_s minimal. Grund hierfür ist, dass dort bei Einschaltung der fast ausschließlich induktiven Schütz- oder Magnetspule 4 ein maximales transientes Gleichstromglied hervorgerufen wird, was insgesamt eine höhere Anzugskraft zur Folge hat. Bei konstantem Einschaltkommandowinkel Ψ_K ist die Schließzeit t_s nahezu keinen statistischen Schwankungen unterworfen. Somit kann in Kenntnis des Kommandowinkels Ψ_K die Schließzeit t_s und damit auch der Schließzeitpunkt der Hauptkontakte K1,K2,K3 sehr genau bestimmt werden. Wesentlich dabei ist, dass zwar die Schließzeit t_s aller drei Hauptkontakte K1,K2,K3 konstant ist, der auf die jeweilige Netzspannung bezogene Schließwinkel jedoch in den drei Hauptkontakten K1,K2,K3 bei einem Schaltvorgang aufgrund der Phasenverschiebung im Drehstromsystem jeweils um 120° versetzt ist.
FIG 3 zeigt die vom Einschaltkommandowinkel Ψ_K abhängige Schließgeschwindigkeit v_s, d.h. die Geschwindigkeit, mit der die Hauptkontakte K1,K2,K3 aufeinander treffen. Ebenso wie die Schließzeit t_s ist auch die Schließgeschwindigkeit v_s abhängig vom Einschaltkommandowinkel Ψ_K. Im Gegensatz zur Schließzeit t_s ist jedoch der Verlauf der Schließgeschwindigkeit v_s erheblich von den konstruktiven Gegebenheiten des jeweiligen Schützes oder Schaltgerätes 1 abhängig, so dass allgemein gültige Aussagen praktisch nicht gemacht werden können. Darüber hinaus ist die Schließgeschwindigkeit v_s bei konstantem Einschaltkommandowinkel Ψ_K einer statistischen Streuung unterworfen, was aus dem entsprechend der gemessenen Standardabweichung ermittelten Fehlerband hervorgeht. Dennoch ist die Schließgeschwindigkeit v_s aller drei Hauptkontakte K1,K2,K3 näherungsweise gleich, was sich in dem einzigen Graphen widerspiegelt.
FIG 4 zeigt die vom Einschaltkommandowinkel Ψ_K abhängige Abhebedauer t_ab aller drei Hauptkontakte K1,K2,K3 während des sogenannten Einschaltprellens. Die Abhebedauer t_ab ist hierbei die kumulierte Zeit, während derer die Hauptkontakte K1, K2,K3 nach der ersten Berührung erneut voneinander getrennt sind. Hierbei wird ein für den Abbrand maßgeblicher Lichtbogen zwischen den Kontaktelementen 1a bis 3b der Hauptkontakte K1 bis K3 hervorgerufen.
Aus einem Vergleich der Graphen gemäß den FIG 3 und 4 ist ein deutlicher Zusammenhang zwischen der Schließzeit t_s und der Abhebedauer t_ab ersichtlich. Demnach ruft eine hohe Schließgeschwindigkeit v_s auch eine vergleichsweise lange Abhebedauer t_ab hervor. Daher sowie auch aus einfachen Überlegungen zum elastischen Stoß und zu Feder-Masse-Systemen kann bei Mittlung über viele Schaltungen bei gleicher Schließgeschwindigkeit v_s für alle drei Hauptkontakte K1 bis K3 auch von etwa gleicher Abhebedauer t_ab ausgegangen werden. Dies lässt sich durch die Beziehung $t_{a b} = C \cdot v_{s} (Ψ_{K})$
audrücken, wobei C eine schaltgerätespezifische Konstante ist.
Zusätzlich zur Schließgeschwindigkeit v_s und damit zur Abhebedauer t_ab ist für den Abbrand auch die Höhe des fließenden Stromes i während der Prellabhebungen der Hauptkontakte K1 bis K3 von Bedeutung. Dabei kann davon ausgegangen werden, dass der Abbrand proportional zum Integral des Lichtbogenstromes i über die Zeit ist. Dabei wird zusätzlich der Lichtbogenstrom i in der Regel mit einer kontaktspezifischen Konstante k potenziert gemäß der Beziehung: $Δ m = Cʹ \cdot \int i^{k} (t) ⅆ t$
Dabei sind Δm der Kontaktabbrand und C' und k insbesondere von den Eigenschaften des Hauptkontaktes K1 bis K3, z. B. dessen Geometrie und Material, abhängige Konstanten.
Obwohl die erste Berührung der Kontaktelemente 1a bis 3b der Hauptkontakte K1 bis K3 im absoluten, zeitlichen Maßstab nahezu gleichzeitig stattfindet, ist der auf die jeweilige Netzspannung bezogene elektrische Schließwinkel der Hauptkontakte K1,K2,K3 nicht gleich, sondern aufgrund der um 120° versetzten Spannungen im Dreiphasen-System ebenfalls um 120° versetzt. Dieser Zusammenhang ist in FIG 5 verdeutlicht, in der die auf 360° normierten Schließwinkel in den drei Hauptkontaktanordnungen K1,K2,K3 in Abhängigkeit des Einschaltkommandowinkels Ψ_K gezeigt sind. Der in FIG 5 gezeigte Verlauf lässt sich unter Nutzung der Schließzeit t_s mit Hilfe der nachfolgenden Gleichungen formulieren, wobei die Ansteuerung der Schütz- oder Magnetspule 4 kohärent zum Außen- oder Phasenleiter L3 ist und an den Hauptkontakten K1,K2,K3 ein rechtsdrehendes Dreileitersystem geschaltet wird: $Ψ_{S L 1} = (Ψ_{K} + \frac{t s (Ψ_{K})}{T} \cdot 360 ° + 240 °) \mod 360 °$
$Ψ_{S L 2} = (Ψ_{K} + \frac{t s (Ψ_{K})}{T} \cdot 360 ° + 240 °) \mod 360 °$
$Ψ_{S L 3} = (Ψ_{K} + \frac{t s (Ψ_{K})}{T} \cdot 360 ° + 240 °) \mod 360 °$
Dabei ist T die Netzperiode mit in der Regel 20 ms Periodendauer. Ψ_s ist der auf die jeweilige Phase oder Phasenleitung L1,L2,L3 bezogene Schließwinkel. Mod 360° bezeichnet den Modulu-Operator, dessen Anwendung den Divisionsrest bei einer Division durch 360° ergibt. Beispielsweise würde sich bei einem Winkel von 540° = 1,5 · 360° und einer Division durch 360° der Faktor 1,5 ergeben. Aus dem numerischen Rest von 0,5 würde sich somit eine Divisionsrest von 180° ergeben.
Daraus folgt, dass zwar die Abhebedauer t_ab der Hauptkontakte K1 bis K3 etwa gleich ist, der fließende Strom bei diesen Abhebungen prinzipiell aber unterschiedlich ist. In Näherung kann für den fließenden Strom in den Hauptkontaktanordnungen K1,K2,K3 während der Prellabhebung angesetzt werden: $i L 1 = C " \cdot \sin (Ψ_{K} + \frac{t s (Ψ_{K})}{T} \cdot 360 ° + 120 °)$
$i L 2 = C " \cdot \sin (Ψ_{K} + \frac{t s (Ψ_{K})}{T} \cdot 360 ° + 120 °)$
$i L 3 = C " \cdot \sin (Ψ_{K} + \frac{t s (Ψ_{K})}{T} \cdot 360 °)$
Dabei ist C" eine von der zu schaltenden Last 3 und der Netzspannung abhängige Konstante.
Somit sind am Abbrand der Hauptkontakte K1,K2,K3 zwei Prozesse beteiligt, nämlich einerseits die für alle Hauptkontakte K1 bis K3 jeweils gleiche Abhebedauer t_ab und andererseits die für alle Hauptkontakte K1 bis K3 jeweils unterschiedliche Höhe des Lichtbogenstromes i. Dies wird auch anhand des in FIG 6 dargestellten experimentell bestimmten Verlaufs der vom Einschaltkommandowinkel Ψ_K abhängigen relativen Prellladung Q der drei Hauptkontakte K1,K2,K3 deutlich. Als relative Prellladung Q wird hierbei die auf den Effektivwert des Nennstroms bezogene tatsächliche Prellladung bezeichnet.
Bei der in FIG 6 dargestellten Abhängigkeit der relativen Prellladung Q vom Einschaltkommmandowinkel Ψ_K ist die Steuerspannung U_s wiederum kohärent zum Außen- oder Phasenleiter L3. Zusätzlich ist dort der Mittelwert der drei relativen Prellladungen Q eingezeichnet in Form einer mit Kreuzen markierten Linie. Diese mit Kreuzen markierte Linie weist im Bereich um etwa Ψ_K = 50° und Ψ_K = 85° jeweils Minima auf, die deutlich unter dem durchschnittlichen Wert der Prellladung Q liegen. Die Bereiche um diese Minima sind demnach potenzielle Bereiche für bevorzugte Einschaltkommandowinkel Ψ_K.
Daraus ergibt sich, dass die bevorzugten Einschaltkommandowinkel bei Ψ_K1 = 55° für den Phasenleiter L1, bei Ψ_K2 = 80° für den Phasenleiter L2 und bei Ψ_K3 = 65° für den Phasenleiter L3 liegen. Grund hierfür ist, dass zu diesen Einschaltkommandowinkeln Ψ_K die relative Prellladung Q eines zugeordneten Hauptkontaktes K1,K2,K3 jeweils ein lokales Minimum aufweist und auch der Mittelwert der Prellladungen Q aller drei Hauptkontakte K1,K2,K3 niedriger als der Durchschnitt ist. Wird die Steuerphase gewechselt, so dass die Steuer- oder Spulenspannung U_s phasensynchron z. B. zur Phasen- oder Außenleitung L1 ist, so sind auch die bevorzugten Einschaltkommandowinkel Ψ_K entsprechend zu rotieren.
Insgesamt wird somit der Einschaltvorgang eines mit Wechselstrom angesteuerten, elektromagnetisch betätigten Schützes 1 unter Ausnutzung seiner spezifischen Eigenschaften derart beeinflusst, dass einerseits der Schaltsynchronisationseffekt vermieden und andererseits der Abbrand der Hauptkontakte K1, K2,K3 insgesamt reduziert wird.

Claims

Verfahren zur Reduzierung des Kontaktabbrandes eines Schaltgerätes (1), bei dem ein zum elektromagnetischen Betätigen dessen Hauptkontakte (K1 bis K3) anstehender Einschaltbefehl (ES) zur Einleitung eines Schaltvorgangs bis zum Erreichen desjenigen auf den Phasenwinkel (Ψ) der Steuerspannung (U_S) eines mit den Hauptkontakten (K1 bis K3) gekoppelten Magnetsystems (4) bezogenen Kommandowinkels (Ψ_KV) verzögert wird, der dem Hauptkontakt (K1,K2,K3) mit dem aktuell stärksten Abbrand zugeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der aktuelle Abbrand jedes Hauptkontaktes (K1,K2,K3) durch eine Zeitintervallmessung während eines Ausschaltvorgangs bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem als Zeitintervall die Zeitspanne zwischen einer Trennung eines zur elektromagnetischen Betätigung der Hauptkontakte (K1,K2,K3) dienenden Magnetsystems (4) und der Trennung der Hauptkontakte (K1,K2,K3) erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem bei Übereinstimmung des dem Hauptkontakt (K1,K2,K3) mit dem aktuell stärksten Abbrand zugeordneten Kommandowinkels (Ψ_KV) mit dem Phasenwinkel (Ψ) der kontinuierlich erfaßten Steuerspannung (U_S) des Magnetsystems (4) ein Impuls (S) zur Einleitung des Schaltvorgangs erzeugt wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
- mit einer Anzahl von Auswertegliedern (A_Ln) zur Bestimmung des Abbrandes jedes Hauptkontaktes (K1,K2,K3) des Schaltgerätes,

- mit einem Speicherbaustein (10), in dem ein Anzahl von auf den Phasenwinkel (Ψ) einer Steuerspannung (U_S) für ein Magnetsystem (4) des Schaltgerätes (1) bezogenen Kommandowinkeln (Ψ_KV) hinterlegt ist, und

- mit einem Phasenkomparator (11), der anhand eines Vergleichs des dem Hauptkontakt (K1,K2,K3) mit dem aktuell stärksten Abbrand zugeordneten Kommandowinkels (Ψ_KV) mit dem Phasenwinkel (Ψ) der erfaßten Steuerspannung (U_S) des Magnetsystems (4) einen Impuls (S) zur Einleitung des Schaltvorgangs erzeugt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, mit einer dem Phasenkomparator (11) nachgeschalteten Kippstufe (13), die mit dem vom Phasenkomparator (11) erzeugten Impuls (S) den Einschaltbefehl (ES) an einen in einer Steuerleitung (5) des Magnetsystems (4) angeordneten Schalter (6) übergibt.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Phasenkomparator (11) zur Ermittlung des Phasenwinkels (Ψ) der kontinuierlich erfassten Steuerspannung (U_S) mit einem an eine der Phasen (L1,L2,L3) eines Drehstromnetzes angeschlossenen Phasenausgang (2) des Schaltgerätes (1) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei der jedes Auswerteglied (A_Ln) einerseits über eine Messleitung (7) zur Erfassung der Spannung (U_n) über dem jeweiligen Hauptkontakt (K1,K2,K3) und andererseits mit einer Messleitung (8) zur Erfassung der Steuerspannung (U_S) des Magnetsystems (4) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, mit einem mit den Auswertegliedern (A_Ln) verbundenen Funktionsbaustein (9) zur Ermittlung des Hauptkontaktes (K1,K2,K3) mit dem aktuell stärksten Abbrand.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Impulsfolge (T/2) des vom Phasenkomparator (11) erzeugten Impulses (S) einer halben Netzperiode entspricht.