EP2328159B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Abnutzung eines Kontaktelements - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Abnutzung eines Kontaktelements Download PDF

Info

Publication number
EP2328159B1
EP2328159B1 EP09177112A EP09177112A EP2328159B1 EP 2328159 B1 EP2328159 B1 EP 2328159B1 EP 09177112 A EP09177112 A EP 09177112A EP 09177112 A EP09177112 A EP 09177112A EP 2328159 B1 EP2328159 B1 EP 2328159B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wear
values
value
time
arc
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
EP09177112A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2328159A1 (de
Inventor
Daniel Schrag
Kai Hencken
Eldin Smajic
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 Research Ltd Switzerland
ABB Research Ltd Sweden
Original Assignee
ABB Research Ltd Switzerland
ABB Research Ltd Sweden
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
Priority to AT09177112T priority Critical patent/ATE540415T1/de
Application filed by ABB Research Ltd Switzerland, ABB Research Ltd Sweden filed Critical ABB Research Ltd Switzerland
Priority to ES09177112T priority patent/ES2380182T3/es
Priority to EP09177112A priority patent/EP2328159B1/de
Priority to CN201080062329.0A priority patent/CN102714101B/zh
Priority to BR112012012543-5A priority patent/BR112012012543B1/pt
Priority to RU2012126118/07A priority patent/RU2551645C2/ru
Priority to PCT/EP2010/066346 priority patent/WO2011064064A1/de
Publication of EP2328159A1 publication Critical patent/EP2328159A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2328159B1 publication Critical patent/EP2328159B1/de
Priority to US13/480,927 priority patent/US9406451B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/0015—Means for testing or for inspecting contacts, e.g. wear indicator
    • H01H2001/0031—Means for testing or for inspecting contacts, e.g. wear indicator by analysing radiation emitted by arc or trace material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60—Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66—Vacuum switches
    • H01H33/664—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings
    • H01H33/6643—Contacts; Arc-extinguishing means, e.g. arcing rings having disc-shaped contacts subdivided in petal-like segments, e.g. by helical grooves

Definitions

  • the invention is in the field of electrical switches, in particular the switchgear for high or medium voltage. Aspects of the invention relate to a method for determining wear of a contact element of such a switch. Further aspects of the invention relate to an electronic unit for an electrical switch.
  • Circuit breakers are subject to constant wear and should therefore be inspected and maintained regularly.
  • the arc occurring during a switching operation leads to material wear of the contact pieces and thus contributes considerably to wear.
  • contacts can not be easily verified without costly disassembly and shutdown of performance.
  • a periodic circuit breaker maintenance is made, possibly with early maintenance, when high-level protection trips have occurred. This usually waits for the switch too often. Maintenance causes avoidable costs and an additional risk of causing damage during maintenance.
  • the maintenance intervals are too great, there is a risk that wear or contact wear will not be detected early.
  • EP 1475813 A1 describes methods for determining contact wear in electrical switchgear for high or medium voltage, one during a Switching action is detected by the contact current flowing through the switch with the aid of a current transformer and is evaluated with respect to contact wear.
  • a current measurement signal of the current transformer is first measured as a function of time; if deviations occur between the expected contact current and the current measurement signal, the presence of a measurement error is detected, and upon detection of the measurement error, the current measurement signal becomes at least one characteristic current value determined and used to determine the state quantity.
  • DE 10204849 A1 describes a method for determining contact wear.
  • a method for determining a wear of a contact element of an electrical switch eg a vacuum switch, in particular a switchgear for high or medium voltage.
  • the method comprises detecting electrical values representative of an electrical quantity relevant to an arc occurring during a switching action on the switch as a function of time, the electrical values being detected, for example, as a continuous function or as a data series (vector) with discretely sampled values may include but also virtual values, eg (partially) simulated, interpolated, or fitted values, in which case virtual values are detected.
  • the electrical values are current values representing a contact current flowing through the switch during a switching operation as a function of time.
  • the method further comprises calculating a wear value representing the wear of the contact element from a plurality of wear contribution values, wherein the wear contribution values are calculated from a plurality of value subsets of the detected electrical values using a plurality of wear contribution calculation rules such that each of the wear contribution values a respective one of the wear contribution calculation rules is calculated from a respective one of the value subsets, and wherein at least two of the wear contribution calculation rules differ from each other.
  • a subset of values is understood to include all detected electrical values.
  • an electronic unit in particular a control and / or monitoring system, is provided for an electrical switch (for example a vacuum switch), in particular for a switchgear for high or medium voltage.
  • the electronic unit includes a value input module for obtaining electrical values (e.g., current values) representing an electrical quantity relevant to an arc occurring during a switching action on the switch as a function of time.
  • the value input module can thus be e.g. for obtaining detected electrical values from a value meter, but possibly also from (electrical) simulating or interpolating, etc. of detected electrical values.
  • the electronic unit further comprises a wear determination module having a computing unit and a data memory with program code executable by the computing unit.
  • the program code includes a plurality of wear contribution calculation rules that are provided for calculating respective wear contribution values from respective value subsets of the detected electric values, at least two of the wear contribution calculation rules differ from each other, and a wear value calculation routine for calculating the wear of the contact element representing the wear value from the wear contribution values.
  • the program code includes rules for carrying out any of the methods mentioned herein.
  • the invention also relates to an apparatus for carrying out the disclosed methods and also comprises apparatus parts for carrying out individual ones Process steps. These method steps may be performed by hardware components, by a computer programmed by appropriate software, by a combination of both, or in some other way.
  • the invention is further directed to methods according to which the devices described in each case operate. It includes method steps for performing each function of the devices.
  • the wear contributions can also be calculated from other electrical values.
  • electrical values are understood to be any values of variables which are relevant for an arc occurring during a switching operation on the switch.
  • the electrical values may be current values, voltage values, and / or combinations thereof (e.g., arc power levels formed by a product of current and voltage).
  • the calculation instructions mentioned here, based on the current can also be applied analogously on the basis of such further electrical values by replacing the current values I in the same calculation rules with the other electrical values.
  • Electrical switches such as e.g. used as a circuit breaker in a switchgear for high or medium voltage, usually have two or more contacts. When the switch is closed, these contacts are in electrically conductive direct contact with each other. When opening the switch, the contact pieces are moved away from each other and separated, so that no more current can flow from one contact piece to the other contact piece. If a current flows during the switching operation, the current flow is not immediately completely interrupted during the separation of the two contact pieces from each other, but an arc is formed between the two contact pieces, which carries the current for a certain time. Such an arc also occurs with circuit breakers, i.
  • switch types designed to switch under load, and more particularly for high voltage circuit breakers (i.e., voltages greater than 50 kV, for example 50-800 kV) or medium voltage (i.e., voltages of 5 kV to 50 kV).
  • high voltage circuit breakers i.e., voltages greater than 50 kV, for example 50-800 kV
  • medium voltage i.e., voltages of 5 kV to 50 kV.
  • FIG. 4 Such a switching operation under load with arc is in Fig. 4 illustrated by the example of a vacuum circuit breaker.
  • the vacuum circuit breaker 1 has a first contact piece 10 and a second contact piece 20.
  • the contact pieces 10, 20 each have a shaft 12, 22 and a contact plate 14, 24 arranged at the distal end of the shaft.
  • the contact plate 14, 24 of each of the contact pieces 10, 20 each has a contact surface which contacts a corresponding contact surface of the other contact piece directly when the switch is closed.
  • Define the two contact pieces 10, 20 a switching axis along which they can be moved apart to open the switch relative to each other. In Fig. 4 this axis is the vertical.
  • Fig. 4 the switch 1 is shown during opening, and the contact pieces 10, 20 are already separated from each other along the switching axis.
  • the interruption of the stream is in Fig. 4 not yet completed, and an arc 33 is formed between the contact pieces 10 and 20.
  • a current still flows from the first contact piece 10 to the second contact piece.
  • the current flows through the shaft 12 (current path 31a), via the contact plate 14 (current path 31b), then via the arc 33, and via the contact plate 24 (current path 31c) and over the shaft 22.
  • the arc material of the contacts is removed (this material usually forms the plasma of the arc), resulting in wear of the contacts.
  • the contact pieces 10, 20 designed as a TMF type means that the contact pieces are designed so that the switching current during a switching operation a predominantly transverse magnetic field (perpendicular to the general current flow direction or to a main direction of the arc, ie parallel to a surface defined by the contact surfaces 14 and 24 ). This is achieved here by slots in the contact plates 14 and 24.
  • the slots provide such a current flow direction of the current 31b, 31c in the plates that the current is a transverse magnetic field (in Fig. 4 in the horizontal plane).
  • the in Fig. 4 The switch shown is of the spiral type (ie with helically shaped slots).
  • Other forms of contact pieces are possible.
  • One possible alternative form for TMF-type switches is, for example, cup-shaped contacts.
  • the in Fig. 4 shown switch is a vacuum circuit breaker (ie with a negative pressure in the switch room, in which an arc is expected, in particular with a high vacuum).
  • a vacuum circuit breaker ie with a negative pressure in the switch room, in which an arc is expected, in particular with a high vacuum.
  • aspects of the invention may relate to eg a shielding gas circuit breaker in which the switch compartment is filled with a shielding gas such as SF 6 .
  • a difficulty with switches and in particular with circuit breakers is the wear of the contact pieces (eg contact pieces 10, 20 in Fig. 4 ) through the arc (33 in Fig. 4 ).
  • the problems caused by the wear or the associated wear of the switch are already described above. For the reasons mentioned above, it is desirable to determine the wear as accurately as possible.
  • the wear is indicated by a thickness d (in mm) by which material is removed from the contact surface of the contact piece due to the arc during a switching operation.
  • I (t) represents the contact current flowing through the switch during a switching operation as a function of time t, ie, the current flowing through the arc 33 at time t Fig. 4
  • k and ⁇ are constants that can be determined, for example, by a model or empirically.
  • the time integral in (1) refers to the total switching time during which an arc is present.
  • Eq. (1) Also express a sum for discrete current values that approximates such an integral appropriately.
  • the calculation rule (1) provides inaccurate results, especially for medium or high switching currents. If the parameters k and ⁇ are calibrated for low switching currents, the wear for high switching currents and long arc lengths (phase length 0.75 ⁇ and more) tends to be overestimated by rule (1), and the wear for medium or high switching currents and short arc lengths ( Phase length 0.25 ⁇ and less) tends to be underestimated. Therefore, the question arises of a more realistic or more precise rule to determine the wear d also for a wide range of switching currents and arc lengths. For this purpose, one might be led to replace the integrand in (1) with a more complex expression (with more parameters to be adjusted empirically). However, the accuracy achievable with such an approach is also limited and can not justify the increase in the number of parameters to be adjusted.
  • the current values I (t) representing the contact current flowing through the switch during a switching operation are detected as a function of time t.
  • the current values I (t) can be detected as a continuous function or as a data series (vector) with discretely sampled values.
  • the sampled current values may include not only measured values but also virtual values, e.g. include simulated, interpolated or fit values based on the measurements and / or a suitable model.
  • the current may be assumed to be sinusoidal, and the amplitude and phase and, if necessary, frequency of the signal may be adjusted based on measured values to give a good match of the sinusoidal current with the measured values.
  • the wear contribution values d i are in turn calculated using a plurality of wear contribution calculation rules f i from a plurality of current value subsets of the detected current values I (t) such that each of the wear contribution values according to a respective one of the wear contribution calculation rules f i is from a respective one of the wear contribution values f i
  • Current value subsets is calculated (a sub-set of current values may also include all detected current values, ie may be a real or a spurious subset). At least two of the wear contribution calculation rules differ from each other (as functionals or mappings).
  • One aspect of the invention is based on the recognition that different arc phases occur during a switching operation. These arc phases follow each other in time. These different arc phases lead to different wear of the contact pieces, ie the wear depends, depending on the arc phase, in different ways from the current: While about a diffuse arc leads to a more uniform and low wear of different parts of the contact leads a stationary laced electric arc results in an intensive wear of a limited part of the contact piece, and thus is more relevant for wear overall.
  • the method according to the invention advantageously makes it possible to calculate the contribution of different arc phases for the wear of the contact element as a respective own wear contribution value.
  • Each of the wear contribution values may be calculated by means of a wear contribution calculation rule specific to each arc phase. For this purpose, it is advantageous to select the current value subsets and / or the wear contribution calculation rules such that a certain detected current value, depending on in which arc phase it occurs, leads to a respective different wear contribution.
  • the respective current value subsets As current value subsets, those current values that belong to a respective arc phase can be determined.
  • the time intervals for the respective arc phases can be determined (eg, for the i-th arc phase, the time interval [t i ; t ' i] from t i to t' i ), and the current value subsets than those at the respective time interval [ t i ; t ' i ] corresponding current values current value subsets I ([t i ; t' i ]) are selected.
  • the limit times t i , t ' i are suitably determined for the respective arc phase (see below), and the current value subsets are defined taking these times into account.
  • the temporal delimitation between the individual arc phases can be somewhat blurred, with transitional periods in between. Nevertheless, one can at least approximately determine a limit time for the boundary (beginning or end) of a phase, ie t i for the beginning or t ' i for the end of the ith arc phase.
  • a limit time may be either a start time for the start of the arc (or the first arc phase), or a transition time for the transition from one phase to a respective next phase, or an end time for the end of the arc (or the last arc phase). Accordingly, the transitional time does not refer to the beginning or the end of the arc as such, since no different arc phases merge here.
  • a start timing t 0 (or, more specifically, t open ) for the beginning of the diffused arc
  • a transition timing t ' 0 t 1 for the transition from the diffuse arc to the diffused arc tied stationary arc
  • another transition time t ' 1 t 2 for the transition from the laced stationary arc to the traveling arc
  • the current value subsets may be used as first, second and third current value subset I ([t 0 ; t ' 0 ]), I ([t 1 ; t' 1 )]), I ([t 2 ; t ' 2] ).
  • Fig. 1a and 1b describe how the limit times that limit the arc phases, can be determined in detail.
  • Fig. 1a and 1b shows diagrams with the current I occurring during a switching operation ( Fig. 1a , vertical axis) or the arc voltage U ( Fig. 1b , vertical axis) as a function of time t (horizontal axis).
  • the times t 0 to t 3 are in Fig. 1a and 1b in slightly different positions.
  • the current generally has a roughly sinusoidal shape, with an envelope modulated to a fundamental frequency.
  • Fig. 1a and 1b only a part of a sinusoidal oscillation period is shown, with a zero crossing before the time t 0 .
  • the switch controller Due to this overcurrent, the switch controller outputs a switching signal, which causes the separation of the contact pieces of the switch. A short time thereafter, the switch controller outputs a switching signal, which causes the separation of the contact pieces of the switch. The contacts are then moved apart and separate at about time t 0 . This separation is recognizable by the fact that in Fig. 1b the voltage suddenly rises and an arc occurs. At about the same time, the arc starts as a diffuse arc. As the beginning of the diffuse arc (1st arc phase), which defines the time t 0 , the separation of the contact pieces or the in Fig. 1b recognizable increase in voltage can be used. In some embodiments, the low contact wear during the diffuse arc phase may be neglected.
  • the diffuse arc transitions into a laced stationary arc.
  • This transition can be detected, for example, by the current exceeding a predetermined current threshold I constr .
  • I constr The exact choice of the threshold value I constr depends on the geometry of the contact pieces and on further details, and can be calibrated by measurements, for example. Several observations have shown that I constr can generally be more than 10 kA, ie 15 kA. Alternatively, the transition into the laced stationary arc may be defined otherwise. Other possible alternatives for determination are described below.
  • the stationary arc passes into a moving arc under the influence of the transverse magnetic field generated by the flowing current.
  • the movement of the arc leads to an increased noise component of the measured voltage and the measured current. Therefore, the transition to the moving arc can be detected by the noise component of the voltage (ratio of the variance in a given frequency range to an averaged value of the voltage) exceeding a predetermined threshold.
  • the exact choice of the frequency range and the threshold value depends on the geometry of the contact pieces and on further details, eg the evaluation of the noise signal is particularly meaningful for the spiral TMF type.
  • the threshold etc. can be calibrated by measurements, for example.
  • the transition into the necked stationary arc may be defined in other ways, as described below.
  • This point in time can be recognized, for example, by the fact that the current drops significantly. More generally, the time t 3 may be defined by a decrease in current and / or voltage below a predetermined threshold.
  • the limit time may in particular be selected as the time of a corresponding event.
  • the limit time can also be calculated considering several of the mentioned events, for example by logical or weighted linking of several events or by averaging several corresponding times.
  • the limit timing is a transient time representing a transition from a stationary arc state to a traveling arc state.
  • elements from the above list can be selected and the determination rules for a respective arc phase can be suitably calibrated.
  • several investigative procedures can be applied and their results combined, e.g. by averaging or forming a weighted average.
  • the respective time intervals for the current value subsets may be determined, for example, in the following manner: No. Arc phase Criterion for determining the beginning of the phase 0 Diffuser arc Separation of the contact pieces (eg determined by evaluation of a switching command or by means of mechanical sensors) 1 Constricted stationary arc Contact current exceeds a threshold arc Iconstr, eg 10 kA 2 Laced up rotating arc Noise of the current or voltage exceeds a threshold value
  • the end of the laced rotating arc (phase 2) may be e.g. be determined by the fact that the current falls below a predetermined threshold again.
  • the current values may be divided into different current value subsets based on the determined limit times.
  • a first current value subset comprises the current values I ([t 0 ; t 1 ]) in the time interval [t 0 ; t 1 ] (reference number 1).
  • a second current value subset comprises the current values I ([t 1 ; t 2 ]) in the time interval [t 1 ; t 2 ] (reference 2).
  • a third current value subset comprises the current values I ([t 2 ; t 3 ]) in the time interval [t 2 ; t 3 ] (reference numeral 3).
  • a respective wear contribution value d 1 , d 2, and d 3 is calculated using a respective wear contribution calculation rule.
  • the wear contribution values d 1 , d 2 and d 3 are then combined to the wear value d (eg added).
  • At least one transition point in time is determined, which in particular represents a respective transition between different phases of an arc occurring during the switching operation.
  • the method may include defining an end t ' i of the first time interval; [t i ; t ' i ] and a start t j of the second time interval [t j ; t' j ] taking into account the determined transition time, eg such that the transition time is between the first time interval and the second time interval; in particular, such that the first time interval is earlier than or equal to the transition time, and the second time interval is later than or equal to the transition time.
  • the first time interval then lies before the second time interval, with the transition time in between.
  • the current value subsets are determined taking into account the at least one determined transition time.
  • the current value subsets I ([t i ; t ' i ]) are therefore determined as the current values associated with a respective time interval [t i ; t' i ]. At least one of the time intervals [t i ; t ' i ] is defined taking into account the at least one determined limit or transition time.
  • the individual wear contribution calculation instructions per current value subset or per arc phase
  • at least one, or even all, of the wear contribution calculation rules are evaluated as a respective integral of the form (1) (or as a sum approximating such an integral), the respective time integral being the sum of the respective Time interval or the respective current value subset is limited.
  • the respective parameter k and ⁇ in (1) can then each be selected separately per current value subset (or per arc phase), e.g. determined by a model or calibrated by measurements.
  • the parameter K is written in upper case letters to match the parameter k of Eq.
  • ⁇ i (t) off Fig. 3a the sum of Eq. (4) again into the more specific form of Eq. (2) transferred.
  • ⁇ i (t) is in Fig. 3b shown.
  • the stomata subsets can here comprise all detected current values, and their contribution is weighted only by means of a suitable function ⁇ i (t).
  • ⁇ i (t) ⁇ ((t -t i ) / (t ' i -t i )) with ⁇ as a function that is within the interval [0; 1] has greater values than outside this interval.
  • ⁇ i (t) ⁇ ((t -t i ) / (t ' i -t i )) with ⁇ as a function that is within the interval [0; 1] has greater values than outside this interval.
  • the above calculation rule can also be applied correspondingly for integrals over temporally continuously recorded current values.
  • the integral can be approximated numerically.
  • the wear contribution values for a plurality of the arc phases with similar wear characteristics may be calculated by means of a common wear contribution calculation rule. Nevertheless, not all arc phases should be calculated in the same way, i. at least two of the wear contribution calculation rules are different from each other.
  • the arc voltages U are detected in addition to the currents I and taken into account in the calculation of the wear value.
  • the voltages could be detected, for example, by means of additional voltage sensors.
  • any electrical value representative of a quantity relevant to the power flowing through the switch during a switching operation may be used in the calculation, e.g. the current I, the arc voltage U, a product thereof (as in the above equation).
  • the power P (t) I (t) * U (t) as a function of time instead of I (t) in any of the above equations, for example: (2), (2 '), (3), (3 ').
  • the switch controller includes a current value input module for obtaining current values (eg, obtaining sensed current values from, for example, a current meter, but also from means for simulating, interpolating, etc.) which detects a contact current flowing through the switch during a switching operation as Represent function of time.
  • the switch controller further comprises a wear determination module having a computing unit and a data memory with program code executable by the computing unit.
  • the program code comprises a plurality of wear contribution calculation rules f i provided for calculating respective wear contribution values from respective current value subsets I ([t i ; t ' i ])) of the detected current values, such that each of the wear contribution calculation rules includes a respective one of Wear contribution values are calculated from a respective one of the current value subsets. At least two of the wear contribution calculation rules f i are different from each other.
  • the program code further includes a wear value calculation routine for calculating a wear value d representing the wear of the contact element from the wear contribution values (eg, as a sum thereof).
  • the program code includes instructions for carrying out any method described herein.
  • the wear contribution calculation rules f i for calculating a corresponding plurality of wear contribution values from a corresponding plurality of current value subsets 1 ([t i ; t ' i ]) of the detected current values are provided so that each of the wear contribution calculation rules f i is a respective one the wear contribution values are calculated from a respective one of the current value subsets I ([t i ; t ' i ]).
  • the switchboard is designed for high or medium voltage, and is in particular a circuit breaker, such as a vacuum circuit breaker (but also a gas-insulated circuit breaker is possible).
  • the switchgear comprises the switch control described above.
  • the contact current is in particular an arc current.
  • the switchgear in particular has a contact piece of the TMF type as contact element, since it is here Particularly clear arc phases are.
  • a contact piece of the TMF type is characterized in that its design during the switching operation or in the case of an arc promotes a predominantly transverse magnetic field. The transverse magnetic field promotes the movement of the arc and thus leads to pronounced arc phases.
  • the contact piece may be in particular of the spiral TMF type (as in Fig. 4 shown).
  • the contact element can thus contain a flat contact surface with a round cross-section, for example with a spiral-shaped gap.
  • the contact piece may also be bowl-shaped (bowl-shaped, cup-shaped, type).
  • the switch may include two longitudinally mutually movable contacts.
  • the switchgear may include a plurality of contact elements (e.g., 3 contact elements for 3 phases). In this case, the wear for each of the contact elements may be separate as described herein.
  • a method for determining a wear of a contact element comprises calculating a wear value (d) representing the wear of the contact element from the detected current values (I (t)), wherein a first wear contribution value after a first wear contribution calculation rule (f i ) at least one current value (I (t i ); I ([t i ; t ' i ])) for the first time interval (t i ; [t i ; t' i ]) is calculated, and a second wear contribution value after a second one Abrasion contribution calculation rule (f j ) is calculated from the at least one current value (I (t j ); I ([t j ; t ' j ])) for the second time interval (t j ; [t j ; t' j ]) wherein the first wear contribution calculation rule (f i ) is different from the second wear contribution calculation rule (f j ).
  • the acquisition may include a measurement, in particular a sampling measurement in discrete sampling time intervals, but also a (partial) simulation.
  • the simulation may be based on a model, e.g. Assume that current values are on a sinusoidal curve, or include interpolation between readings. In this way, the current values may be available as a continuous function of time or as a vector of discrete detected values.
  • the wear contribution calculation rule is not identical to zero (as a functional).
  • a computational rule that was functionally identical to zero would yield no wear contribution (i.e., always zero) regardless of the electrical values of the value subset.
  • Such a calculation rule is not considered a wear-contribution calculation rule.

Landscapes

  • Arc-Extinguishing Devices That Are Switches (AREA)
  • Keying Circuit Devices (AREA)
  • Driving Mechanisms And Operating Circuits Of Arc-Extinguishing High-Tension Switches (AREA)

Description

  • Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrischen Schalter, insbesondere der Schaltanlagen für Hoch- oder Mittelspannung. Aspekte der Erfindung betreffen ein Verfahren zum Bestimmen einer Abnutzung eines Kontaktelements eines solchen Schalters. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen eine elektronische Einheit für einen elektrischen Schalter.
  • Leistungsschalter unterliegen ständigem Verschleiß und sollten daher regelmäßig kontrolliert und gewartet werden. Insbesondere führt der bei einer Schalthandlung (z.B. Schutzabschaltung) auftretende Lichtbogen zu einer Materialabnutzung der Kontaktstücke und trägt somit erheblich zum Verschleiß bei. Kontakte können im Allgemeinen nicht auf einfache Weise überprüft werden, ohne kostenintensives Zerlegen und Abschalten der Leistung. Üblicherweise wird daher eine periodische Leistungsschalterwartung vorgenommen, gegebenenfalls mit vorgezogener Wartung, wenn Schutzabschaltungen mit hohen Strömen aufgetreten sind. Damit wird in der Regel der Schalter zu häufig gewartet. Die Wartung verursacht vermeidbare Kosten, und ein zusätzliches Risiko, dass bei der Wartung Schäden verursacht werden. Andererseits besteht bei zu großen Wartungsintervallen jedoch ein Risiko, dass ein Verschleiß bzw. eine Kontaktabnutzung nicht frühzeitig erkannt wird. Hier besteht das Risiko einer Fehlfunktion, zumindest aber eines Leistungsverlusts des Schalters.
  • Daher wäre es wünschenswert, die Abnutzung der Kontaktstücke zuverlässiger zu bestimmen. Diese Abnutzung ist jedoch schwierig zu messen oder vorauszusagen, da sie durch eine Vielzahl von Faktoren beeinflusst wird. Es wird allgemein angenommen, dass die Kontaktabnutzung durch den kumulativen Energieumsatz (Verlustleistung) bei dem Auftreten von Lichtbogen bei geöffnetem Leistungsschalter hervorgerufen wird. Allein das Zählen der Anzahl der bei einem Leistungsschalter aufgetretenen Fehler kann daher keine genaue Abschätzung bezüglich der Kontaktabnutzung ergeben.
  • EP 1475813 A1 beschreibt Verfahren zur Bestimmung von Kontaktabnutzung in elektrischen Schaltanlagen für Hoch- oder Mittelspannung, wobei ein während einer Schalthandlung durch den Schalter fließender Kontaktstrom mit Hilfe eines Stromwandlers erfasst wird und hinsichtlich Kontaktabnutzung ausgewertet wird. Zur Bestimmung einer die Kontaktabnutzung charakterisierenden Zustandsgröße wird zunächst ein Strommesssignal des Stromwandlers als Funktion der Zeit gemessen, bei Auftreten von Abweichungen zwischen dem erwarteten Kontaktstrom und dem Strommesssignal wird das Vorhandensein eines Messfehlers detektiert, und bei Detektion des Messfehlers wird aus dem Strommesssignal mindestens ein charakteristischer Stromwert bestimmt und zur Bestimmung der Zustandsgröße verwendet. Auch DE 10204849 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der Kontaktabnutzung.
  • Die bekannten Verfahren zum Bestimmen einer Abnutzung sind jedoch hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit immer noch verbesserungsfähig. Auch ist es wünschenswert, Verfahren zu erhalten, die in einer Vielzahl unterschiedlicher Schaltsituationen so zuverlässige Ergebnisse liefern, dass sie für eine automatisierte (Fern-) Diagnose- und Wartung geeignet sind. Auf diese Weise können kostenintensive Wartungsarbeiten reduziert werden. Gleichzeitig kann eine zuverlässige kontinuierliche Zustandsüberwachung verwirklicht werden. Auch ist es erstrebenswert, Probleme und Abnutzungen zu erkennen und zu beseitigen, bevor sie kritisch werden.
  • Um zumindest einige der oben genannten Punkte zumindest zu verbessern, wird daher ein Verfahren gemäß Anspruch 1, eine Schaltersteuerung gemäß Anspruch 13 und eine Schaltanlage gemäß Anspruch 14 vorgeschlagen. Weitere Vorteile, Merkmale, Aspekte und Details der Erfindung sowie bevorzugte Ausführungen und besondere Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Abnutzung eines Kontaktelements eines elektrischen Schalters (z.B. eines VakuumSchalters), insbesondere einer Schaltanlage für Hoch- oder Mittelspannung, zur Verfügung gestellt. Das Verfahren umfasst das Erfassen von elektrischen Werten, die eine für einen während einer Schalthandlung an dem Schalter auftretenden Lichtbogen relevante elektrische Größe als Funktion der Zeit darstellen, wobei die elektrischen Werte z.B. als kontinuierliche Funktion oder als Datenreihe (Vektor) mit diskret abgetasteten Werten erfasst werden können, aber auch virtuelle Werte, z.B. (teil-)simulierte, interpolierte, oder gefittete Werte, umfassen können, in welchem Fall virtuelle Werte erfasst werden. Beispielsweise können die elektrische Werte Stromwerte sein, die einen während einer Schalthandlung durch den Schalter fließenden Kontaktstrom als Funktion der Zeit darstellen. Das Verfahren umfasst weiter das Berechnen eines die Abnutzung des Kontaktelements darstellenden Abnutzungswerts aus einer Mehrzahl von Abnutzungsbeitragswerten, wobei die Abnutzungsbeitragswerte unter Verwendung einer Mehrzahl von Abnutzungsbeitrags-Berechnungsvorschriften aus einer Mehrzahl von Werte-Teilmengen der erfassten elektrischen Werte berechnet werden, so dass jeder der Abnutzungsbeitragswerte nach einer jeweiligen der Abnutzungsbeitrags-Berechnungsvorschriften aus einer jeweiligen der Werte-Teilmengen berechnet wird, und wobei sich zumindest zwei der Abnutzungsbeitrags-Berechnungsvorschriften voneinander unterscheiden. Hierbei ist eine Werte-Teilmenge so zu verstehen, dass sie auch alle erfassten elektrischen Werte umfassen kann.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine elektronische Einheit, insbesondere ein Steuerungs- und/oder Überwachungssystem, für einen elektrischen Schalter (z.B. einen Vakuum-Schalter), insbesondere für eine Schaltanlage für Hoch- oder Mittelspannung, zur Verfügung gestellt. Die elektronische Einheit umfasst ein Wert-Eingangs-Modul zum Erhalten von elektrischen Werten (z.B. von Stromwerten) , die eine für einen während einer Schalthandlung an dem Schalter auftretenden Lichtbogen relevante elektrische Größe als Funktion der Zeit darstellen. Das Wert-Eingangs-Modul kann somit z.B. zum Erhalten von erfassten elektrischen Werten von einem Werte-Messgerät, aber möglicherweise auch von durch (Teil-)Simulieren oder Interpolieren usw. von erfassten elektrischen Werten ausgestattet sein. Die elektronische Einheit umfasst weiter ein Abnutzungs-Bestimmungs-Modul, das eine Recheneinheit und einen Datenspeicher mit durch die Recheneinheit ausführbarem Programmcode aufweist. Der Programmcode umfasst eine Mehrzahl von Abnutzungsbeitrags-Berechnungsvorschriften, die zum Berechnen jeweiliger Abnutzungsbeitragswerte aus jeweiligen Werte-Teilmengen der erfassten elektrischen Werte vorgesehen sind, wobei sich zumindest zwei der Abnutzungsbeitrags-Berechnungsvorschriften voneinander unterscheiden, und eine Abnutzungswert-Berechnungs-Routine zum Berechnen eines die Abnutzung des Kontaktelements darstellenden Abnutzungswerts aus den Abnutzungsbeitragswerten. Insbesondere umfasst der Programmcode Vorschriften zum Ausführen von irgendwelchen hierin genannten Verfahren.
  • Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zum Ausführen der offenbarten Verfahren und umfasst auch Vorrichtungsteile zum Ausführen jeweils einzelner Verfahrensschritte. Diese Verfahrensschritte können durch Hardwarekomponenten, durch einen mittels entsprechender Software programmierten Computer, durch eine Kombination von beiden, oder in irgendeiner anderen Weise ausgeführt werden. Die Erfindung ist des Weiteren auch auf Verfahren gerichtet, gemäß denen die jeweils beschriebenen Vorrichtungen arbeiten. Sie beinhaltet Verfahrensschritte zum Ausführen jeder Funktion der Vorrichtungen.
  • Im Weiteren soll die Erfindung anhand von in Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden, aus denen sich weitere Vorteilteile und Abwandlungen ergeben. Dazu zeigen:
    • Fig. 1a
    zeigt ein Diagramm mit dem während einer Schalthandlung auftretenden gemessenen Strom als Funktion der Zeit;
    Fig.
    1b zeigt ein Diagramm mit der während einer Schalthandlung auftretenden gemessenen Spannung (genauer: Lichtbogenspannung) als Funktion der Zeit;
    Fig. 2
    zeigt ein Diagramm mit dem während einer Schalthandlung auftretenden Strom als Funktion der Zeit, aus dem verschiedene Lichtbogen-Phasen der Schalthandlung abgeleitet werden;
    Fig. 3a und 3b
    zeigen jeweilige mögliche Hilfsfunktionen, die zur erfindungsgemäßen Berechnung eines Abnutzungswerts verwendet werden können; und
    Fig. 4
    zeigt Kontaktelemente eines elektrischen Schalters.
  • Bei den im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen sind einzelne Aspekte und Merkmale modular mit den Aspekten und Merkmalen anderer Ausführungsformen kombinierbar. Durch eine solche Kombination können wiederum weitere Ausführungsformen erhalten werden, die ebenfalls als zur vorliegenden Offenbarung zugehörig anzusehen sind. Im Folgenden wird ein Schalter für eine einzige Phase beschrieben. Im Allgemeinen sind drei Phasen mit jeweils zugehörigem Leistungsschalter vorhanden. Die jeweiligen Abnutzungen können dann in der Regel unabhängig voneinander bestimmt werden, gemäß irgendeinem der hierin beschriebenen Aspekte.
  • Im Folgenden werden hauptsächlich solche Ausführungsformen beschrieben, in denen Stromwerte erfasst werden, und die Abnutzungsbeiträge aus den Stromwerten berechnet werden. Allgemeiner können die Abnutzungsbeiträge auch aus anderen elektrischen Werten berechnet werden. Als elektrische Werte werden hierbei irgendwelche Werte von Größen verstanden, die für einen während einer Schalthandlung an dem Schalter auftretenden Lichtbogen relevant sind. Insbesondere können die elektrische Werte Stromwerte, Spannungswerte und / oder Kombinationen daraus sein (z.B. Lichtbogenleistungswerte, die durch ein Produkt aus Strom und Spannung gebildet werden). Die hierin genannten Rechenvorschriften ausgehend von dem Strom sind analog auch ausgehend von solchen weiteren elektrischen Werten anwendbar, indem die Stromwerte I in denselben Rechenvorschriften durch die anderen elektrischen Werte ersetzt werden.
  • Elektrische Schalter wie sie z.B. als Leistungsschalter in einer Schaltanlage für Hoch- oder Mittelspannung verwendet werden, haben üblicherweise zwei oder mehrere Kontaktstücke. Bei geschlossenem Schalter sind diese Kontaktstücke in elektrisch leitfähigem direktem Kontakt zueinander. Beim Öffnen des Schalters werden die Kontaktstücke voneinander wegbewegt und getrennt, so dass kein Strom mehr von dem einen Kontaktstück zu dem anderen Kontaktstück fließen kann. Wenn während des Schaltvorgangs ein Strom fließt, so wird während der Trennung der beiden Kontaktstücke voneinander der Stromfluss nicht sofort vollständig unterbrochen, sondern ein Lichtbogen entsteht zwischen den beiden Kontaktstücken, der für eine gewisse Zeit den Strom weiter trägt. Ein solcher Lichtbogen tritt auch bei Leistungsschaltern auf, d.h. besonderen Schaltertypen, die dafür ausgelegt sind, unter Last zu schalten, und ganz besonders bei Leistungsschaltern für Hochspannung (d.h. Spannungen von mehr als 50 kV, z.B. 50-800 kV) oder für Mittelspannung (d.h. Spannungen von 5 kV bis 50 kV).
  • Ein solcher Schaltvorgang unter Last mit Lichtbogen ist in Fig. 4 am Beispiel eines Vakuum-Leistungsschalters dargestellt. Der Vakuum-Leistungsschalter 1 hat ein erstes Kontaktstück 10 und ein zweites Kontaktstück 20. Die Kontaktstücke 10, 20 weisen jeweils einen Schaft 12, 22 und einen am distalen Ende des Schafts angeordneten Kontakt-Teller 14, 24 auf. Der Kontakt-Teller 14, 24 jedes der Kontaktstücke 10, 20 hat jeweils eine Kontaktoberfläche, die bei geschlossenem Schalter eine entsprechende Kontaktoberfläche des jeweils anderen Kontaktstücks direkt kontaktiert. Die beiden Kontaktstücke 10, 20 definieren eine Schaltachse, entlang derer sie zum Öffnen des Schalters relativ zueinander auseinanderbewegbar sind. In Fig. 4 ist diese Achse die Vertikale.
  • In Fig. 4 ist der Schalter 1 während des Öffnens dargestellt, und die Kontaktstücke 10, 20 sind bereits entlang der Schaltachse voneinander getrennt. Die Unterbrechung des Stroms ist in Fig. 4 noch nicht vollständig abgeschlossen, und ein Lichtbogen 33 ist zwischen den Kontaktstücken 10 und 20 ausgebildet. Durch den Lichtbogen 33 vermittelt, fließt noch ein Strom vom ersten Kontaktstück 10 zum zweiten Kontaktstück. Der Strom fließt über den Schaft 12 (Stromweg 31 a), über den Kontakt-Teller 14 (Stromweg 31b), sodann über den Lichtbogen 33, und über den Kontakt-Teller 24 (Stromweg 31c) und über den Schaft 22. Unter dem Einfluss des Lichtbogens wird Material der Kontaktstücke abgetragen (dieses Material bildet üblicherweise das Plasma des Lichtbogens), was zu einer Abnutzung der Kontaktstücke führt.
  • Im dargestellten Beispiel sind die Kontaktstücke 10, 20 als TMF-Typ gestaltet. TMF-Typ bedeutet, dass die Kontaktstücke so gestaltet sind, dass der Schaltstrom bei einem Schaltvorgang ein überwiegend transversales magnetisches Feld (senkrecht zur allgemeinen Stromfluss-Richtung bzw. zu einer Hauptrichtung des Lichtbogens, d.h. parallel zu einer durch die Kontaktoberflächen 14 und 24 definierten Fläche) hervorruft. Dies wird hier durch Schlitze in den Kontakt-Tellern 14 und 24 erreicht. Die Schlitze geben eine solche Stromflussrichtung des Stroms 31b, 31c in den Tellern vor, dass der Strom ein transversales Magnetfeld (in Fig. 4 in der horizintalen Ebene) induziert. Der in Fig. 4 gezeigte Schalter ist vom Spiral-Typ (d.h. mit spiralförmig gestalteten Schlitzen). Auch andere Formen der Kontaktstücke sind möglich. Eine mögliche alternative Form für Schalter des TMF-Typs sind z.B. schalenförmige (cup-shaped) Kontaktstücke.
  • Der in Fig. 4 dargestellte Schalter ist ein Vakuum-Leistungsschalter (d.h. mit einem Unterdruck in dem Schaltraum, in dem ein Lichtbogen erwartet wird, insbesondere mit einem Hochvakuum). Auch wenn sich manche Vorteile der Erfindung besonders gut für Vakuum-Leistungsschalter etwa im Mittel- oder Hochspannungsbereich realisieren lassen, so sind sie nicht auf solche Schalter beschränkt. Ebenso können Aspekte der Erfindung sich auf z.B. einen Schutzgas-Leistungsschalter beziehen, in dem der Schaltraum mit einem Schutzgas wie z.B. SF6 gefüllt ist.
  • Eine Schwierigkeit bei Schaltern und insbesondere bei Leistungsschaltern ist die Abnutzung der Kontaktstücke (z.B. Kontaktstücke 10, 20 in Fig. 4) durch den Lichtbogen (33 in Fig. 4). Die durch die Abnutzung bzw. den damit einhergehenden Verschleiß des Schalters hervorgerufenen Probleme sind bereits weiter oben beschrieben. Aus den oben genannten Gründen ist es wünschenswert, den Verschleiß möglichst genau zu bestimmen.
  • Ein hier zu Illustrationszwecken erwähntes Verfahren sieht zu diesem Zweck ein Strom-Integral etwa der folgenden Form vor, um den Verschleiß zu bestimmen: d = k * ∫ I ⁢ t α dt
    Figure imgb0001
    Hier ist der Verschleiß durch eine Dicke d angegeben (in mm), um die während eines Schaltvorgangs Material von der Kontaktoberfläche des Kontaktstücks aufgrund des Lichtbogens abgetragen wird. Hierbei stellt I(t) den während einer Schalthandlung durch den Schalter fließenden Kontaktstrom als Funktion der Zeit t dar, d.h. den Strom, der zur Zeit t durch den Lichtbogen 33 fließt, siehe Fig. 4. k und α sind Konstanten, die z.B. durch ein Modell oder empirisch ermittelt werden können. Das Zeitintegral in (1) bezieht sich auf die gesamte Schaltzeit, während der ein Lichtbogen vorhanden ist. Hierin soll ein Integral wie in Gl. (1) auch eine Summe für diskrete Stromwerte ausdrücken, die ein solches Integral geeignet annähert.
  • Die Rechenvorschrift (1) liefert jedoch insbesondere für mittlere oder hohe Schaltströme ungenaue Ergebnisse. Wenn die Parameter k und α für niedrige Schaltströme kalibriert werden, so wird der Verschleiß für hohe Schaltströme und lange Lichtbogendauern (Phasenlänge 0.75 π und mehr) mit der Vorschrift (1) tendenziell überschätzt, und der Verschleiß für mittlere oder hohe Schaltströme und kurze Lichtbogendauern (Phasenlänge 0.25 π und weniger) wird tendenziell unterschätzt. Daher stellt sich die Frage nach einer realistischeren bzw. genaueren Vorschrift, um den Verschleiß d auch für einen breiten Bereich von Schaltströmen und Lichtbogendauern zu ermitteln. Zu diesem Zweck könnte man veranlasst sein, den Integranden in (1) durch einen komplexeren Ausdruck (mit mehr empirisch anzupassenden Parametern) zu ersetzen. Die mit einem solchen Ansatz erreichbare Genauigkeit ist aber ebenfalls begrenzt und kann die Erhöhung der Anzahl der anzupassenden Parameter nicht rechtfertigen.
  • Erfindungsgemäß werden diese Schwierigkeiten durch das folgende Verfahren zum Bestimmen der Abnutzung des Kontaktelements zumindest gelindert: Zunächst werden die Stromwerte I(t), die den während einer Schalthandlung durch den Schalter fließenden Kontaktstrom darstellen, als Funktion der Zeit t erfasst. Die Stromwerte I(t) können als kontinuierliche Funktion oder als eine Datenreihe (Vektor) mit diskret abgetasteten Werten erfasst werden. Die abgetasteten Stromwerte können nicht nur gemessene Werte, sondern auch virtuelle Werte, z.B. auf Basis der Messwerte und / oder eines geeigneten Modells simulierte, interpolierte oder gefittete Werte umfassen. Beispielsweise kann der Strom als sinusförmig angenommen werden, und die Amplitude und Phase und, falls nötig, Frequenz des Signals kann anhand gemessener Werte angepasst werden, so dass sich eine gute Übereinstimmung des sinusförmigen Stroms mit den gemessenen Werten ergibt.
  • Sodann wird der Abnutzungswert d aus einer Mehrzahl von N Abnutzungsbeitragswerten di berechnet, i=1..N (etwa als Summe dieser Abnutzungsbeitragswerte). Die Abnutzungsbeitragswerte di werden wiederum unter Verwendung einer Mehrzahl von Abnutzungsbeitrags-Berechnungsvorschriften fi aus einer Mehrzahl von Stromwerte-Teilmengen der erfassten Stromwerte I(t) berechnet, so dass jeder der Abnutzungsbeitragswerte nach einer jeweiligen der Abnutzungsbeitrags-Berechnungsvorschriften fi aus einer jeweiligen der Stromwerte-Teilmengen berechnet wird (eine Stromwerte-Teilmenge kann auch alle erfassten Stromwerte umfassen, kann also eine echte oder eine unechte Teilmenge sein). Dabei unterscheiden sich zumindest zwei der Abnutzungsbeitrags-Berechnungsvorschriften voneinander (als Funktionale bzw. Abbildungen).
  • Ein Aspekt der Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass während eines Schaltvorgangs verschiedene Lichtbogen-Phasen auftreten. Diese Lichtbogen-Phasen folgen in etwa zeitlich aufeinander. Diese verschiedenen Lichtbogen-Phasen führen zu jeweils unterschiedlicher Abnutzung der Kontaktstücke, d.h. die Abnutzung hängt, je nach Lichtbogen-Phase, auf unterschiedliche Weise vom Strom ab: Während etwa ein diffuser Lichtbogen zu einer eher gleichmäßigen und geringen Abnutzung verschiedener Teile des Kontaktstücks führt, führt ein stationärer zusammengeschnürter Lichtbogen zu einer intensiven Abnutzung eines begrenzten Teils des Kontaktstücks, und ist damit für die Abnutzung insgesamt relevanter.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es vorteilhafterweise, den Beitrag verschiedener Lichtbogen-Phasen zur Abnutzung des Kontaktelements als jeweils eigenen Abnutzungsbeitragswert zu berechnen. Jeder der Abnutzungsbeitragswerte kann mittels einer für die jeweilige Lichtbogenphase spezifischen Abnutzungsbeitrags-Berechnungsvorschrift berechnet werden. Hierzu ist es vorteilhaft, die Stromwerte-Teilmengen und / oder die Abnutzungsbeitrags-Berechnungsvorschriften so zu wählen, dass ein bestimmter erfasster Stromwert je nachdem, in welcher Lichtbogen-Phase er auftritt, zu einem jeweils unterschiedlichen Abnutzungsbeitrag führt.
  • Hierzu sind zunächst die jeweiligen Stromwerte-Teilmengen zu bestimmen. Als Stromwerte-Teilmengen können diejenigen Stromwerte bestimmt werden, die zu einer jeweiligen Lichtbogen-Phase gehören. Hierfür können die Zeitintervalle für die jeweiligen Lichtbogen-Phasen ermittelt (z.B. für die i-te Lichtbogenphase das Zeitintervall [ti;t'i] von ti bis t'i), und die Stromwerte-Teilmengen als die zu dem jeweiligen Zeitintervall [ti;t'i] zugehörigen Stromwerte Stromwerte-Teilmengen I([ti;t'i]) gewählt werden. Zu diesem Zweck werden die Grenz-Zeitpunkte ti, t'i für die jeweilige Lichtbogenphase geeignet ermittelt (siehe weiter unten), und die Stromwerte-Teilmengen werden unter Berücksichtigung dieser Zeitpunkte definiert.
  • Die zeitliche Abgrenzung zwischen den einzelnen Lichtbogen-Phasen kann etwas unscharf sein, mit Übergangszeiträumen dazwischen. Dennoch kann man zumindest näherungsweise einen Grenz-Zeitpunkt für die Grenze (Beginn oder Ende) einer Phase bestimmen, also ti für den Beginn oder t'i für das Ende der i-ten Lichtbogenphase. Allgemein kann ein solcher Grenz-Zeitpunkt entweder ein Beginn-Zeitpunkt für den Beginn des Lichtbogens (bzw. der ersten Lichtbogen-Phase), oder ein Übergangs-Zeitpunkt für den Übergang von einer Phase zu einer jeweils nächsten Phase, oder ein End-Zeitpunkt für das Ende des Lichtbogens (bzw. der letzten Lichtbogen-Phase) sein. Der Übergangs-Zeitpunkt bezieht sich demnach nicht auf den Beginn oder das Ende des Lichtbogens als solchem, da hier keine verschiedenen Lichtbogen-Phasen ineinander übergehen.
  • Bei TMF-Schaltern kann die Art und Bewegung des Lichtbogens durch Beobachtungen an besonders geformten Kontaktstücken erfasst werden. Dabei konnten in einem beispielhaften TMF-Schalter die folgenden verschiedenen Lichtbogen-Phasen voneinander unterschieden werden:
    • Phase mit diffusem Lichtbogen: Der Lichtbogen ist räumlich über eine weite Fläche auf dem Kontaktstück verteilt;
    • Phase mit zusammengeschnürtem stationärem Lichtbogen: Der Lichtbogen ist auf einen schmalen Bereich verengt, von dem aus er sich senkrecht zur Kontaktoberfläche erstreckt, und ist stationär, d.h. bewegt sich kaum entlang der Kontaktoberfläche;
    • Phase mit zusammengeschnürtem bewegtem Lichtbogen: Der Lichtbogen ist weiterhin auf einen schmalen Bereich verengt, aber bewegt sich mit hoher Geschwindigkeit (d.h. mit deutlich höherer Geschwindigkeit als in der Phase zuvor) entlang Kontaktoberfläche.
    Nach Abschluss der letzten Phase erlischt der Lichtbogen (evtl. mit einer weiteren Phase mit einem diffusen Lichtbogen vor dem vollständigen Erlöschen). Je nach Gestaltung des Schalters und der Kontaktstücke können sich die Phasen von den obengenannten Phasen unterscheiden, und es kann weitere Phasen oder weniger Phasen oder Phasen anderer Art als die oben beschriebenen Phasen geben.
  • In dem obigen Beispiel kann somit als Grenz-Zeitpunkt ein Beginn-Zeitpunkt t0 (oder, genauer, topen) für den Beginn des diffusen Lichtbogens, ein Übergangs-Zeitpunkt t'0 = t1 für den Übergang von dem diffusen Lichtbogen zu dem zusammengeschnürten stationären Lichtbogen, ein weiterer Übergangs-Zeitpunkt t'1 = t2 für den Übergang von dem zusammengeschnürten stationären Lichtbogen zu dem wandernden Lichtbogen, und ein End-Zeitpunkt t'2 = t3 für das Ende des wandernden Lichtbogens bestimmt werden. Wenn diese Übergangs-Zeiträume geeignet ermittelt werden, so können die Stromwerte-Teilmengen als erste, zweite und dritte Stromwerte-Teilmenge I([t0;t'0]), I([t1;t'1)]), I([t2;t'2]) bestimmt werden.
  • Nun soll mit Bezug auf Fig. 1a und 1b beschrieben werden, wie die Grenz-Zeitpunkte, die die Lichtbogen-Phasen begrenzen, im Einzelnen ermittelt werden können.
  • Fig. 1a und 1b zeigt Diagramme mit dem während einer Schalthandlung auftretenden Strom I (Fig. 1a, vertikale Achse) bzw. der Lichtbogenspannung U (Fig. 1b, vertikale Achse) als Funktion der Zeit t (horizontale Ache). In den schematischen Zeichnungen der Fig. 1a und 1b ist die Zeitachse nicht maßstabsgerecht, deswegen liegen die Zeiten t0 bis t3 in Fig. 1a und 1b an etwas unterschiedlichen Positionen. Der Strom hat einen generell einen in etwa sinusförmigen Verlauf, mit einer auf eine Grundfrequenz aufmodulierten Hüllkurve. In Fig. 1a und 1b ist nur ein Teil einer sinusförmigen Schwingungsperiode dargestellt, mit einem Nulldurchgang vor der Zeit t0.
  • Der in Fig. 1b dargestellte Strom stellt einen Überstrom dar. Aufgrund dieses Überstroms gibt die Schaltersteuerung ein Schaltsignal aus, das die Trennung der Kontaktstücke des Schalters veranlasst. Kurze Zeit darauf gibt die Schaltersteuerung ein Schaltsignal aus, das die Trennung der Kontaktstücke des Schalters veranlasst. Die Kontaktstücke werden sodann auseinanderbewegt und trennen sich ungefähr zum Zeitpunkt t0. Diese Trennung ist dadurch erkennbar, dass in Fig. 1b die Spannung plötzlich ansteigt, und ein Lichtbogen auftritt. Ungefähr gleichzeitig beginnt der Lichtbogen als ein diffuser Lichtbogen. Als Beginn für den diffusen Lichtbogen (1. Lichtbogen-Phase), der den Zeitpunkt t0 definiert, kann die Trennung der Kontaktstücke oder der in Fig. 1b erkennbare Anstieg der Spannung herangezogen werden. In manchen Ausführungsformen kann die geringe Kontaktabnutzung während der diffusen Lichtbogenphase vernachlässigt werden.
  • Zur Zeit t1 = t'0 geht der diffuse Lichtbogen in einen zusammengeschnürten stationären Lichtbogen über. Dieser Übergang kann z.B. dadurch erfasst werden, dass der Strom einen vorgegebenen Strom-Schwellwert Iconstr überschreitet. Die genaue Wahl des Schwellwertes Iconstr hängt von der Geometrie der Kontaktstücke und von weiteren Details ab, und kann z.B. durch Messungen kalibriert werden. Durch verschiedene Beobachtungen wurde festgestellt, dass Iconstr generell mehr als 10 kA, also z.B. 15 kA betragen kann. Alternativ kann der Übergang in den zusammengeschnürten stationären Lichtbogen auch auf andere Weise definiert werden. Weitere mögliche Alternativen zur Bestimmung sind weiter unten beschrieben.
  • Zur Zeit t2=t'1 geht der stationäre Lichtbogen in einen bewegten Lichtbogen über, unter dem Einfluss des von dem fließenden Strom generierten transversalen Magnetfelds. Die Bewegung des Lichtbogens führt zu einem erhöhten Rauschanteil der gemessenen Spannung und des gemessenen Stroms. Daher kann der Übergang zu dem bewegten Lichtbogen dadurch erfasst werden, dass der Rauschanteil der Spannung (Verhältnis der Varianz in einem vorgegebenen Frequenzbereich zu einem gemittelten Wert der Spannung) einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Die genaue Wahl des Frequenzbereichs und des Schwellwertes hängt von der Geometrie der Kontaktstücke und von weiteren Details ab, z.B. ist die Auswertung des Rauschsignals besonders aussagekräftig beim Spiral-TMF-Typ. Der Schwellwert usw. kann z.B. durch Messungen kalibriert werden. Alternativ kann der Übergang in den zusammengeschnürten stationären Lichtbogen auch auf andere Weise definiert werden, wie weiter unten beschrieben.
  • Zur Zeit t3=t'2 erlischt der Lichtbogen, und somit endet auch die Lichtbogen-Phase. Dieser Zeitpunkt ist z.B. dadurch erkennbar, dass der Strom deutlich absinkt. Allgemeiner kann der Zeitpunkt t3 durch ein Sinken des Stroms und / oder der Spannung unter einen vorgegebenen Grenzwert definiert werden.
  • Zur Ermittlung der oben genannten Grenz-Zeitpunkte, die die einzelnen Lichtbogen-Phasen begrenzen, können auch weitere Ereignisse herangezogen werden, die mit dem Beginn oder dem Ende einer Lichtbogen-Phase auf irgendeine Weise korreliert sind. Ein solches Ereignis kann beispielsweise sein:
    1. a. Beginn eines Lichtbogens (etwa durch Messung der Helligkeit im Lichtbogenbereich, des Kontaktstroms, der Kontaktspannung, oder einer ähnlichen Größe ermittelbar);
    2. b. Übergang von einem stationären Lichtbogen-Zustand zu einem wandernden Lichtbogen-Zustand (etwa durch Messung der Varianz bzw. des Rauschanteils der oben genannten Größen ermittelbar);
    3. c. Übergang von einem diffusen Lichtbogen zu einem zusammengeschnürten Lichtbogen (etwa durch Messung der räumlichen Helligkeitsverteilung im Lichtbogenbereich ermittelbar);
    4. d. Ende eines Lichtbogens (etwa durch Messung der Helligkeit im Lichtbogenbereich, des Kontaktstroms, der Kontaktspannung, oder einer ähnlichen Größe ermittelbar);
    5. e. Trennen eines Kontaktelements von einem weiteren Kontaktelement des Schalters (etwa durch mechanische Messung oder durch Auswertung eines von einer Kontaktsteuerung gesendeten Schaltsignals ermittelbar; es kann sich um das zu untersuchende Kontaktelement oder aber auch um ein weiteres Kontaktelement handeln);
    6. f. Entfernen des Kontaktelements von einem weiteren Kontaktelement des Schalters um einen Abstand, der einen vorgegebenen Abstands-Schwellwert überschreitet (etwa durch mechanische Messung ermittelbar);
    7. g. Erteilen oder Auswerten eines Schaltbefehls (etwa von einer Schaltersteuerung);
    8. h. Über- oder Unterschreiten einen vorbestimmten Schwellwert durch einen erfassten Wert, wobei der erfasste Wert insbesondere aus einer Liste umfassend die folgenden Mess-Werte ausgewählt ist:
      • Stromwert und / oder Spannungswert und / oder Wert eines elektrischen oder magnetischen Felds (etwa durch Messwandler ermittelbar);
      • Frequenzkomponente eines Stromwerts und / oder eines Spannungswerts;
      • Helligkeitswert eines Lichtbogens;
      • Lagewert, der eine Lage der Kontaktfläche und/oder einen Abstand zweier Kontaktflächen voneinander beschreibt;
      • bisheriger Abnutzungswert des Kontaktstücks, etwa bei einem vorherigen Schaltvorgang;
      • bisheriger Abnutzungsgesamtwert des Kontaktstücks, d.h. die Summe der Abnutzungswerte aller vorherigen Schaltvorgänge;
      • Abgelaufene Zeitspanne seit Eintritt irgendeines weiteren Ereignisses, insbesondere eines der in dieser Aufzählung genannten Ereignisse; und / oder
      • Gegebenenfalls abgelaufene Zeitspanne ab einem früheren Grenz-Zeitpunkt.
  • Der Grenz-Zeitpunkt kann insbesondere als der Zeitpunkt eines entsprechenden Ereignisses gewählt sein. Der Grenz-Zeitpunkt kann auch unter Berücksichtigung mehrerer der genannten Ereignisse errechnet werden, etwa durch logische oder gewichtete Verknüpfung mehrerer Ereignisse oder durch Mittelwertbildung mehrerer entsprechender Zeiten. Der Grenz-Zeitpunkt ist insbesondere ein Übergangs-Zeitpunkt, der einen Übergang von einem stationären Lichtbogen-Zustand zu einem wandernden Lichtbogen-Zustand darstellt.
  • Der zumindest eine Grenz-Zeitpunkt kann auch unter Berücksichtigung zumindest eines der folgenden Mess-Werte ermittelt werden:
    • Stromwert;
    • Spannungswert;
    • Wert eines elektrischen oder magnetischen Felds
    • Rauschanteil bzw. Frequenzkomponente eines Stromwerts;
    • Rauschanteil bzw. Frequenzkomponente eines Spannungswerts;
    • Rauschanteil bzw. Frequenzkomponente eines elektrischen oder magnetischen Felds;
    • Helligkeitswert eines Lichtbogens;
    • Lagewert, der eine Lage der Kontaktfläche und/oder einen Abstand zweier Kontaktflächen voneinander beschreibt (wobei insbesondere eins der Kontaktelemente das zu untersuchende Kontaktelement ist; es kann sich aber auch um ein weiteres Kontaktelement handeln);
    • bisheriger Abnutzungswert;
    • bisheriger Abnutzungsgesamtwert;
    • Abgelaufene Zeitspanne seit Eintritt irgendeines Ereignisses, insbesondere eines der oben genannten Ereignisse.
    • Gegebenenfalls abgelaufene Zeitspanne ab einem früheren Grenz-Zeitpunkt.
  • Je nach Verfügbarkeit von Messwerten und Ereignissen können Elemente aus der obigen Liste ausgewählt werden und die Ermittlungsvorschriften für eine jeweilige Lichtbogenphase geeignet kalibriert werden. Auch können mehrere Ermittlungsvorschriften angewendet werden und ihre Ergebnisse kombiniert werden, z.B. durch Mitteln oder Bilden eines gewichteten Mittelwerts.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform können die jeweiligen Zeitintervalle für die Stromwerte-Teilmengen beispielsweise auf folgende Weise ermittelt werden:
    Nr. Lichtbogen-Phase Kriterium zum Ermitteln des Beginns der Phase
    0 Diffuser Lichtbogen Separation der Kontaktstücke (z.B. mittels Auswertung eines Schaltbefehls oder mittels mechanischer Sensoren ermittelt)
    1 Zusammengeschnürter stationärer Lichtbogen Kontaktstrom überschreitet einen Schwellwert Lichtbogen Iconstr, z.B. 10 kA
    2 Zusammengeschnürter rotierender Lichtbogen Rauschanteil des Stroms oder der Spannung überschreitet einen Schwellwert
  • Das Ende des zusammengeschnürten rotierenden Lichtbogens (Phase 2) kann z.B. dadurch ermittelt werden, dass der Strom einen vorgegebenen Schwellwert wieder unterschreitet.
  • Die Nummern in der linken Spalte beziehen sich auf die in Fig. 1a und 2 dargestellten Zeitabschnitte. In Fig. 1a und 2 sind die mögliche zugehörige Strom- und Spannungswerte schematisch gezeigt, auf deren Basis die in der Tabelle beschriebene Einteilung zumindest erfolgen könnte.
  • Wie in Fig. 2 gezeigt ist, können die Stromwerte auf der Basis der ermittelten Grenz-Zeitpunkte in verschiedene Stromwerte-Teilmengen unterteilt werden. Eine erste Stromwerte-Teilmenge umfasst die Stromwerte I([t0;t1]) im Zeitintervall [t0;t1] (Bezugszeichen 1). Eine zweite Stromwerte-Teilmenge umfasst die Stromwerte I([t1;t2]) im Zeitintervall [t1;t2] (Bezugszeichen 2). Eine dritte Stromwerte-Teilmenge umfasst die Stromwerte I([t2;t3]) im Zeitintervall [t2;t3] (Bezugszeichen 3). Für jede der Stromwerte-Teilmengen wird ein jeweiliger Abnutzungsbeitragswert d1, d2 und d3 unter Verwendung einer jeweiligen Abnutzungsbeitrags-Berechnungsvorschrift berechnet. Die Abnutzungsbeitragswerte d1, d2 und d3 werden anschließend zum Abnutzungswert d zusammengeführt (z.B. addiert).
  • Allgemein wird zum Berechnen des Abnutzungswerts also mindestens ein Übergangs-Zeitpunkt ermittelt, der insbesondere einen jeweiligen Übergang zwischen verschiedenen Phasen eines während der Schalthandlung auftretenden Lichtbogens darstellt. Die Zeitintervalle sind insbesondere so definiert, dass der Übergangs-Zeitpunkt einen Übergang zwischen einem ersten der Zeitintervalle [ti;t'i] und einem zweiten der Zeitintervalle [tj;t'j] definiert, so dass t'i = tj durch den Übergangs-Zeitpunkt gebildet wird. Insbesondere kann das Verfahren das Definieren eines Endes t'i des ersten Zeitintervalls; [ti;t'i] und eines Beginns tj des zweiten Zeitintervalls [tj;t'j] unter Berücksichtigung des ermittelten Übergangs-Zeitpunkts umfassen, z.B. so dass der Übergangs-Zeitpunkts zwischen dem ersten Zeitintervall und dem zweiten Zeitintervall liegt; insbesondere so dass der erste Zeitintervall früher als der oder gleich dem Übergangs-Zeitpunkt ist, und der zweite Zeitintervall später als der oder gleich dem Übergangs-Zeitpunkt ist. Mit anderen Worten liegt der erste Zeitintervall dann vor dem zweiten Zeitintervall, mit dem Übergangs-Zeitpunkt dazwischen. Sodann werden die Stromwerte-Teilmengen unter Berücksichtigung des zumindest einen ermittelten Übergangs-Zeitpunkts bestimmt.
  • Die Stromwerte-Teilmengen I([ti;t'i]) sind demnach als die zu einem jeweiligen Zeitintervall [ti;t'i] zugehörigen Stromwerte bestimmt. Zumindest eines der Zeitintervalle [ti;t'i] wird unter Berücksichtigung des zumindest einen ermittelten Grenz- bzw. Übergangs-Zeitpunkts definiert.
  • Im Folgenden werden mögliche Ausführungsformen für die einzelnen Abnutzungsbeitrags-Berechnungsvorschriften (pro Stromwerte-Teilmenge bzw. pro Lichtbogen-Phase) beschrieben. In einer Ausführungsform wird zumindest eine, oder auch alle, der Abnutzungsbeitrags-Berechnungsvorschriften als ein jeweiliges Integral der Form (1) ausgewertet (bzw. als Summe, die ein solches Integral annähert), wobei das jeweilige ZeitIntegral bzw. die Summe nur auf das jeweilige Zeitintervall bzw. die jeweilige Stromwerte-Teilmenge beschränkt ist. Der jeweilige Parameter k und α in (1) kann dann jeweils separat pro Stromwerte-Teilmenge (bzw. pro Lichtbogen-Phase) gewählt werden, z.B. anhand eines Modells vorgegeben oder anhand von Messungen kalibriert werden.
  • Eine Abnutzungsbeitrags-Berechnungsvorschrift fi für die i-te Stromwerte-Teilmenge (hier als die zum Zeitintervall [ti;t'i] zugehörige Stromwerte-Teilmenge dargestellt) kann dann formuliert werden als f i I = k i * ∫ t i tʹ i I ⁢ t α i dt als Integral bzw . als
    Figure imgb0002
     f i I = K i * ∑ t ∈ t i ; tʹ i I ⁢ t α i als Summe
    Figure imgb0003
    wobei ki bzw. Ki, αi den Parametern k und α in (1) entsprechen. In Gl. (2') ist der Parameter K in Großbuchstaben geschrieben, um die gegenüber dem Parameter k von Gl. (1) und (2) unterschiedliche physikalische Einheit anzudeuten: [k] = cm A-αi s-1); [K] = cm A-αi. Ansonsten sind die Parameter k und K äquivalent. In einer Ausführungsform kann die Form (2) oder (2') für zwei Stromwerte-Teilmengen (z.B. erste (i=1) und zweite (i=2) Stromwerte-Teilmenge) gewählt werden, mit α1 ≠ α2 oder K 1 ≠ K 2. Insbesondere ist in Ausführungsformen 0,5 < α1,α2 ≤ 3.
  • Es sind jedoch auch andere Berechnungsvorschriften als (2), (2') möglich. Im Allgemeinen beinhaltet die Berechnungsvorschrift das Bilden eines Beitrags der Form f i I = ∫ t i tʹ i ϕ i I t dt
    Figure imgb0004
     f i I = ∑ t ∈ t i ; tʹ i ϕ i I t
    Figure imgb0005
    zu zumindest zweien der Abnutzungsbeiträge (mit i=1 für einen ersten Abnutzungsbeitrag und i=2 für einen zweiten Abnutzungsbeitrag, so dass ϕ1, ≠ ϕ2 , wobei das Ungleichheitszeichen hier bedeutet: "nicht gleich als Funktionen"). Hier bezeichnet jeweils I(t) einen Stromwert, der in der zu dem i-ten Abnutzungsbeitrag zugehörigen Stromwerte-Teilmenge umfasst ist. Die Gleichungen (2) und (2') sind Spezialfälle von (3) bzw. (3'), z.B. mit ϕi(I(t))=Ki *I(t)αi .
  • Der Abnutzungswert kann dann als Summe der einzelnen Abnutzungsbeiträge di=fi[I] berechnet werden, i=0..(N-1), etwa in der Form d = ∑ i d i = ∑ i f i I
    Figure imgb0006
    , mit fi als einer der hierin beschriebenen Abnutzungsbeitrags-Berechnungsvorschriften.
  • In (2') für die Abnutzungsbeitrags-Berechnungsvorschrift fi wird nur innerhalb der Grenzen ti bis t'i summiert. Statt einer harten Grenze für diese Summen kann auch über einen größeren Zeitraum summiert werden, wobei die Beiträge mit einer zeitabhängigen Funktion γi(t) gewichtet werden, die innerhalb eines Zeitintervalls [ti, t'i] größer ist als außerhalb dieses Zeitintervalls. Eine entsprechend verallgemeinerte Gleichung (2') hat dann die folgende Gestalt: f i I = K i * ∑ t γ i t * I ⁢ t α i
    Figure imgb0007
  • Beispiele für Funktionen γi(t) sind in Fig. 3 dargestellt. Fig. 3a zeigt Funktionen γi(t) als Stufenfunktionen, die innerhalb eines Zeitintervalls zwischen ti und t'i = ti+1 den Wert 1, und außerhalb dieses Zeitintervalls den Wert 0 haben. Mit diesen Funktionen γi(t) aus Fig. 3a wird die Summe von Gl. (4) wieder in die speziellere Form der Gl. (2) überführt.
  • Eine alternative Funktion γi(t) ist in Fig, 3b dargestellt. Hier ist γi(t) innerhalb des Zeitintervalls zwischen ti und t'i = ti+1 größer als außerhalb dieses Zeitintervalls, aber γi(t) fällt kontinuierlich ab und hat auch außerhalb des Zeitintervalls einen endlichen Wert. Die Stomwerte-Teilmengen verschiedener Abnutzungsbeiträge, über die in Gl. (3) unter Verwendung von der in Fig. 3b skizzierten Funktionen γi(t) summiert wird, überlappen sich dann. Insbesondere können die Stomwerte-Teilmengen hier sämtliche erfassten Stromwerte umfassen, und ihr Beitrag wird lediglich mittels einer geeigneten Funktion γi(t) gewichtet.
  • Die Funktion γi(t) kann wie folgt ausgedrückt werden: γ i(t) = γ̃((t - ti) / (t'i -ti)) mit γ̃ als einer Funktion, die innerhalb des Intervalls [0;1] größere Werte hat als außerhalb dieses Intervalls. Die in Fig. 3a und Fig. 3b skizzierten Funktionen sind im Wesentlichen äquivalent und führen zu sehr ähnlichen Ergebnissen.
  • In einer Verallgemeinerung von Gl. (4) kann die Abnutzung ausgedrückt werden als Summe d = ∑ i f i I mit f i I = ∑ t γ i t * ϕ i I t
    Figure imgb0008
    , wobei im Beispiel von Gl. (3) ϕ i (I(t)) = Ki * I(t)αi ist. Die Funktion ϕ i (I(t)) kann so interpretiert werden, dass sie für jeden Wert von I(t) einen Anteil am Abbrand-Beitrag liefert.
  • Die obige Berechnungsvorschrift kann entsprechend auch für Integrale über zeitlich kontinuierlich erfasste Stromwerte angewendet werden. In diesem Fall kann gemäß der obigen Verallgemeinerung die Abnutzung ausgedrückt werden als Integral d = ∑ i k i ∫ γ i t * ϕ i I t ⁢ dt
    Figure imgb0009
    . Das Integral kann numerisch approximiert werden.
  • Im Folgenden sollen noch weitere mögliche Abwandlungen beschrieben werden. Gemäß einer Abwandlung können die Abnutzungsbeitragswerte für mehrere der Lichtbogen-Phasen mit ähnlicher Abnutzungs-Charakteristik mittels einer gemeinsamen Abnutzungsbeitrags-Berechnungsvorschrift berechnet werden. Dennoch sollten nicht alle Lichtbogen-Phasen auf die gleiche Weise berechnet werden, d.h. zumindest zwei der Abnutzungsbeitrags-Berechnungsvorschriften unterscheiden sich voneinander.
  • Gemäß einer weiteren Abwandlung werden neben den Strömen I auch die Lichtbogen-Spannungen U erfasst und bei der Berechnung des Abnutzungswerts berücksichtigt. Gemäß einer Ausführungsform könnten die Spannungen z.B. mittels zusätzlicher Spannungssensoren erfasst werden. Eine entsprechende Abnutzungsfunktion könnte dann beispielsweise die folgende Form haben: f i I V = K i * ∑ t ∈ t i t i + 1 I ⁢ t α i * U ⁢ t β i
    Figure imgb0010
  • Allgemein kann ein beliebiger elektrischer Wert, der eine für die während einer Schalthandlung durch den Schalter fließende Leistung relevante Größe darstellt, zur Berechnung herangezogen werden, also z.B. der Strom I, die Lichtbogenspannung U, ein Produkt daraus (wie in der obigen Gleichung).
  • In einer weiteren Ausführungsform kann auch direkt die Leistung P(t) = I(t) * U(t) als Funktion der Zeit anstatt von I(t) in irgendeine der obengenannten Gleichungen, z.B: (2), (2'), (3), (3'), eingesetzt werden.
  • Gemäß einer weiteren Abwandlung können auch einzelne Lichtbogen-Phasen, die nur einen unerheblichen Beitrag zur Abnutzung liefern, weggelassen werden. Beispielsweise kann im Beispiel der Fig. 1 und 2 die diffuse Lichtbogen-Phase (Nullte Phase zwischen t0 und t1) aus diesem Grund weggelassen werden, so dass die Berechnung erst mit der Phase i=1 beginnt.
  • Im Folgenden wird eine Schaltersteuerung und eine Schaltanlage beschrieben, die zur Ausführung des hierin beschriebenen Verfahrens geeignet ist. Die Schaltersteuerung umfasst ein Stromwert-Eingangs-Modul zum Erhalten von Stromwerten (z.B. Erhalten von erfassten Stromwerten von z.B. einem Strom-Messgerät, aber auch von einer Einrichtung zum Simulieren, Interpolieren usw.), die einen während einer Schalthandlung durch den Schalter fließenden Kontaktstrom als Funktion der Zeit darstellen. Die Schaltersteuerung umfasst weiter ein Abnutzungs-Bestimmungs-Modul, das eine Recheneinheit und einen Datenspeicher mit durch die Recheneinheit ausführbarem Programmcode aufweist. Der Programmcode umfasst eine Mehrzahl von Abnutzungsbeitrags-Berechnungsvorschriften fi, die zum Berechnen jeweiliger Abnutzungsbeitragswerte aus jeweiligen Stromwerte-Teilmengen I([ti;t'i])) der erfassten Stromwerte vorgesehen sind, so dass jede der Abnutzungsbeitrags-Berechnungsvorschriften einen jeweiligen der Abnutzungsbeitragswerte aus einer jeweiligen der Stromwerte-Teilmengen berechnet wird. Zumindest zwei der Abnutzungsbeitrags-Berechnungsvorschriften fi unterscheiden sich voneinander. Der Programmcode umfasst weiter eine Abnutzungswert-Berechnungs-Routine zum Berechnen eines die Abnutzung des Kontaktelements darstellenden Abnutzungswerts d aus den Abnutzungsbeitragswerten (z.B: als Summe derselben).
  • Der Programmcode umfasst insbesondere Instruktionen zum Ausführen irgendeines hierin beschriebenen Verfahrens. Insbesondere sind die Abnutzungsbeitrags-Berechnungsvorschriften fi zum Berechnen einer entsprechenden Mehrzahl von Abnutzungsbeitragswerten aus einer entsprechenden Mehrzahl von Stromwerte-Teilmengen 1([ti;t'i]) der erfassten Stromwerte vorgesehen, so dass jede der Abnutzungsbeitrags-Berechnungsvorschriften fi einen jeweiligen der Abnutzungsbeitragswerte aus einer jeweiligen der Stromwerte-Teilmengen I([ti;t'i]) berechnet wird.
  • Die Schaltanlage ist für Hoch- oder Mittelspannung ausgelegt, und ist insbesondere ein Leistungsschalter, z.B. ein Vakuum-Leistungsschalter (aber auch ein gasisolierter Leistungsschalter ist möglich). Die Schaltanlage umfasst die oben beschriebene Schaltersteuerung. Der Kontaktstrom ist insbesondere ein Lichtbogen-Strom. Die Schaltanlage hat insbesondere als Kontaktelement ein Kontaktstück vom TMF-Typ, da es hier besonders deutliche Lichtbogen-Phasen gibt. Ein Kontaktstück vom TMF-Typ ist dadurch gekennzeichnet, dass seine Gestaltung bei dem Schaltvorgang bzw. bei einem Lichtbogen ein überwiegend transversales magnetisches Feld begünstigt. Das transversale magnetische Feld begünstigt die Bewegung des Lichtbogens und führt damit zu ausgeprägten Lichtbogen-Phasen. Das Kontaktstück kann insbesondere vom Spiral-TMF-Typ sein (wie in Fig. 4 dargestellt). Das Kontaktelement kann somit eine ebene Kontaktfläche mit rundem Querschnitt enthalten, z.B. mit spiralförmiger Spalte. Alternativ kann das Kontaktstück auch schüsselförmig, gestaltet sein (vom schüsselförmigen, cup-shaped, Typ). Allgemein kann der Schalter zwei in Längsrichtung gegeneinander bewegliche Kontaktstücke enthalten.
  • Die Schaltanlage kann mehrere Kontaktelemente (z.B. 3 Kontaktelemente für 3 Phasen) enthalten. In diesem Fall kann die Abnutzung für jedes der Kontaktelemente wie hierin beschrieben separat erfolgen.
  • Die Schaltanlage kann weiter ein Diagnose-System umfassen, das mit der Schaltersteuerung verbunden ist, um die berechneten Abnutzungswerte zu empfangen. Das Diagnose-System kann etwa folgende Funktionen beinhalten (pro Phase separat):
    • Addieren des Abnutzungswerts zu einem Abnutzungsgesamtwert, der die Gesamt-Abnutzung des Kontaktstücks als Summe für mehrere Schaltvorgänge darstellt;
    • Auslösen eines Alarms, einer Warnung oder eines Blockierbefehls, wenn der Abnutzungswert bzw. Abnutzungsgesamtwert einen vorgegebenen Alarm-Schwellwert bzw. Warn-Schwellwert bzw. Blockier-Schwellwert überschreitet:
    • Berechnen einer prozentualen Abnutzung als Anteil der gegenwärtigen Abnutzung (Abnutzungswerts zu einem Abnutzungsgesamtwert) von einer zulässigen Maximalabnutzung;
    • Berechnen einer voraussichtlich verbleibenden Betriebsdauer des Schalters basierend auf dem Abnutzungswert bzw. Abnutzungsgesamtwert;
    • Weiterleiten des ermittelten Abnutzungswerts oder einer daraus abgeleiteten Größe (z.B. Abnutzungsgesamtwert) an einen Online-Diagnose-Server.
  • Im Folgenden sollen noch weitere allgemeine Aspekte der Erfindung genannt werden. Gemäß einem Aspekt umfasst ein Verfahren zum Bestimmen einer Abnutzung eines Kontaktelements das Berechnen eines die Abnutzung des Kontaktelements darstellenden Abnutzungswerts (d) aus den erfassten Stromwerten (I(t)), wobei ein erster Abnutzungsbeitragswert nach einer ersten Abnutzungsbeitrags-Berechnungsvorschrift (fi) aus dem zumindest einen Stromwert (I(ti); I([ti;t'i])) für den ersten Zeitintervall (ti; [ti;t'i]) berechnet wird, und ein zweiter Abnutzungsbeitragswert nach einer zweiten Abnutzungsbeitrags-Berechnungsvorschrift (fj) aus dem zumindest einen Stromwert (I(tj); I([tj;t'j])) für den zweiten Zeitintervall (tj; [tj;t'j]) berechnet wird, wobei sich die erste Abnutzungsbeitrags-Berechnungsvorschrift (fi) von der zweiten Abnutzungsbeitrags-Berechnungsvorschrift (fj) unterscheidet.
  • Allgemein braucht die Abnutzungsbeitrags-Berechnungsvorschrift nicht einheitlich innerhalb der jeweiligen Stromwerte zu sein. Das Erfassen kann eine Messung, insbesondere eine Abtast-Messung in diskreten Abtast-Zeitintervallen, aber auch eine (teilweise) Simulation umfassen. Die Simulation kann auf einem Modell basieren, z.B. Annahme, dass Stromwerte auf einer Sinus-Kurve liegen, oder eine Interpolation zwischen Messwerten beinhalten. Auf diese Weise können die Stromwerten als kontinuierliche Funktion der Zeit oder als Vektor diskreter erfasster Werte zur Verfügung stehen.
  • Die Abnutzungsbeitrags-Berechnungsvorschrift ist nicht identisch Null (als Funktional). Eine Berechnungsvorschrift, die als Funktional identisch Null wäre, würde unabhängig von den elektrischen Werten der Werte-Teilmenge überhaupt keinen Abnutzungsbeitrag (d.h. immer Null) ergeben. Eine solche Berechnungsvorschrift wird nicht als Abnutzungsbeitrags-Berechnungsvorschrift angesehen.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Bestimmen einer Abnutzung eines Kontaktelements eines elektrischen Schalters, insbesondere eines Vakuumschalters, und insbesondere eines Schalters einer Schaltanlage für Hoch- oder Mittelspannung, das Verfahren umfassend:
    - Erfassen von elektrischen Werten (I(t), U(t)), die eine für einen während einer Schalthandlung an dem Schalter auftretenden Lichtbogen relevante elektrische Größe als Funktion der Zeit darstellen; und
    - Berechnen eines die Abnutzung des Kontaktelements darstellenden Abnutzungswerts (d) aus einer Mehrzahl von Abnutzungsbeitragswerten, dadurch gekennzeichnet, dass die Abnutzungsbeitragswerte unter Verwendung einer Mehrzahl von Abnutzungsbeitrags-Berechnungsvorschriften (fi) aus einer Mehrzahl von Werte-Teilmengen (I(ti); I([ti;t'i])) der erfassten elektrischen Werte berechnet werden, so dass jeder der Abnutzungsbeitragswerte nach einer jeweiligen der Abnutzungsbeitrags-Berechnungsvorschriften (fi) aus einer jeweiligen der Werte-Teilmengen (I(ti); I([tj;t'i])) berechnet wird, und wobei sich zumindest zwei der Abnutzungsbeitrags-Berechnungsvorschriften (fi) voneinander unterscheiden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Berechnen umfasst: Ermitteln eines für einen Wechsel der Abnutzungsbeitrags-Berechnungsvorschrift charakteristischen Übergangs-Zeitpunkts (ti, t'i), wobei der zumindest eine Übergangszeitpunkt insbesondere einen jeweiligen Übergang zwischen verschiedenen Phasen eines während der Schalthandlung auftretenden Lichtbogens darstellt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Berechnen umfasst: Definieren zumindest einer der Werte-Teilmengen (I(ti); I([ti;t'i])) unter Berücksichtigung des zumindest einen ermittelten Übergangs-Zeitpunkts (ti, t'i).
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Berechnen umfasst: Ermitteln zumindest eines Grenz-Zeitpunkts (ti, t'i), wobei der zumindest eine Grenz-Zeitpunkt insbesondere der zumindest eine Übergangs-Zeitpunkt ist, und wobei der zumindest eine Grenz-Zeitpunkt unter Berücksichtigung zumindest eines jeweiligen Ereignisses, das ausgewählt ist aus der Liste umfassend die folgenden Ereignisse, ermittelt wird:
    a. Beginn eines Lichtbogens;
    b. Übergang von einem stationären Lichtbogen-Zustand zu einem wandernden Lichtbogen-Zustand;
    c. Übergang von einem diffusen Lichtbogen zu einem zusammengeschnürten Lichtbogen;
    d. Ende eines Lichtbogens;
    e. Trennen eines Kontaktelements von einem weiteren Kontaktelement des Schalters;
    f. Entfernen des Kontaktelements von einem weiteren Kontaktelement des Schalters um einen Abstand, der einen vorgegebenen Abstands-Schwellwert überschreitet;
    g. Erteilen oder Auswerten eines Schaltbefehls;
    h. Über- oder Unterschreiten einen vorbestimmten Schwellwert durch einen erfassten Wert, wobei der erfasste Wert insbesondere aus einer Liste umfassend die folgenden Werte ausgewählt ist:
    - Stromwert;
    - Spannungswert;
    - Wert eines elektrischen oder magnetischen Felds
    - Rauschanteil bzw. Frequenzkomponente eines Stromwerts;
    - Rauschanteil bzw. Frequenzkomponente eines Spannungswerts;
    - Rauschanteil bzw. Frequenzkomponente eines elektrischen oder magnetischen Felds;
    - Helligkeitswert eines Lichtbogens;
    - Lagewert, der eine Lage der Kontaktfläche und/oder einen Abstand zweier Kontaktflächen voneinander beschreibt;
    - bisheriger Abnutzungswert bzw. bisheriger Abnutzungsgesamtwert;
    - Abgelaufene Zeitspanne seit Eintritt irgendeines weiteren Ereignisses, insbesondere eines der in dieser Aufzählung genannten Ereignisse.
    - Gegebenenfalls abgelaufene Zeitspanne ab einem früheren Grenz-Zeitpunkt.
  5. Verfahren nach irgendeinem der vorherigen Ansprüche, wobei das Berechnen umfasst:
    Ermitteln zumindest eines Grenz-Zeitpunkts (ti, t'i), wobei der zumindest eine Grenz-Zeitpunkt insbesondere der zumindest eine Übergangs-Zeitpunkt ist, und wobei der zumindest eine Grenz-Zeitpunkt unter Berücksichtigung zumindest eines jeweiligen Werts, der ausgewählt ist aus der Liste umfassend die folgenden Werte, ermittelt wird:
    - Stromwert;
    - Spannungswert;
    - Wert eines elektrischen oder magnetischen Felds
    - Rauschanteil bzw. Frequenzkomponente eines Stromwerts;
    - Rauschanteil bzw. Frequenzkomponente eines Spannungswerts;
    - Rauschanteil bzw. Frequenzkomponente eines elektrischen oder magnetischen Felds;
    - Helligkeitswert eines Lichtbogens;
    - Lagewert, der eine Lage der Kontaktfläche und/oder einen Abstand zweier Kontaktflächen voneinander beschreibt;
    - bisheriger Abnutzungswert;
    - bisheriger Abnutzungsgesamtwert;
    - Abgelaufene Zeitspanne seit Eintritt irgendeines Ereignisses, insbesondere eines der in Anspruch 5 genannten Ereignisse.
    - Gegebenenfalls abgelaufene Zeitspanne ab einem früheren Grenz-Zeitpunkt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Werte-Teilmengen (I([ti;t'i])) die zu einem jeweiligen Zeitintervall ([ti;t'i]) zugehörigen elektrischen Werte umfassen, das Verfahren für jedes der Zeitintervalle weiter umfassend: Festlegen des Beginns (ti), des Endes (t'i), oder des Beginns und des Endes des jeweiligen Zeitintervalls ([ti;t'i]) durch zumindest einen jeweiligen Grenz-Zeitpunkt (ti, t'i), wobei der zumindest eine Grenz-Zeitpunkt insbesondere der zumindest eine Übergangs-Zeitpunkt ist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei der zumindest eine Übergangs-Zeitpunkt einen ersten Übergangs-Zeitpunkt (ti) und einen zweiten Übergangs-Zeitpunkt (t2) umfasst, und wobei die Mehrzahl von Werte-Teilmengen zumindest eine erste, zweite und dritte Werte-Teilmenge (I([t0;t1])); I([t1;t2]), I([t2;t3])) umfasst.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Werte-Teilmengen (I(ti); I([ti;t'i])) als die zu einem jeweiligen Zeitintervall ([ti;t'i]) zugehörigen elektrischen Werte bestimmt sind, und wobei das Berechnen des Abnutzungswerts das Bilden einer Summe bzw. eines Integrals der Abnutzungsbeitragswerte umfasst.
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Berechnen umfasst:
    Bilden eines Beitrags der Form Ki * I(t)αi zu zumindest einem, insbesondere zu zumindest zweien der Abnutzungsbeiträge, wobei i einen jeweiligen des zumindest einen Abnutzungsbeitrags als i-ten Abnutzungsbeitrag indiziert, und wobei Ki jeweils einen i-ten Vorfaktor bezeichnet, I(t) jeweils einen in der zu dem i-ten Abnutzungsbeitrag zugehörigen Werte-Teilmenge umfassten elektrischen Wert bezeichnet, und αi jeweils einen beliebigen Exponenten bezeichnet.
  10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Abnutzungswert (d) einen Ausdruck der Form d = ∑ i f i I mit f i I = ∑ t γ i t * ϕ i I t
    Figure imgb0011
    enthält, insbesondere in dieser Form berechnet wird bzw. darstellbar ist, wobei fi(I) eine i-te der Abnutzungsbeitrags-Berechnungsvorschriften,
    Figure imgb0012
    eine Summe über Zeitwerte t mit erfassten elektrischen Werten I(t),
    γ i (t) ein jeweiliger [i-ter] t-abhängiger Gewichtsfaktor, der für t [jeden t-Wert] innerhalb der jeweiligen [i-ten] Werte-Teilmenge betragsmäßig größere Werte liefert als für t [irgendeinen t-Wert] außerhalb der jeweiligen Werte-Teilmenge, und
    ϕ i (I(t)) eine jeweilige [i-te] Funktion von I bezeichnet, wobei insbesondere ϕ i (I(t))= Ki *I(t)αi .
  11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiter umfassend Addieren des berechneten Abnutzungswerts zu einem die gesamte Abnutzung gegebenenfalls für mehrere Schaltvorgänge darstellenden Abnutzungsgesamtwert.
  12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
    die elektrischen Werte zumindest einen der Werte aus der folgenden Gruppe umfassen:
    - Stromwerte (I(t)), die den während der Schalthandlung durch den Schalter fließenden Kontaktstrom als Funktion der Zeit darstellen;
    - Spannungswerte (U(t)), die die während der Schalthandlung an dem Schalter vorhandene Lichtbogen-Spannung als Funktion der Zeit darstellen; und
    - Lichtbogenleistungswerte (P(t)), die die an dem Schalter vorhandene Lichtbogen-Leistung als Funktion der Zeit darstellen.
  13. Elektronische Einheit, insbesondere Steuerungs- und/oder Überwachungssystem, für einen elektrischen Schalter, insbesondere für eine Schaltanlage für Hoch- oder Mittelspannung, die Schaltersteuerung umfassend:
    - ein Werte-Eingangs-Modul zum Erhalten von elektrischen Werten, die eine für die während einer Schalthandlung durch den Schalter fließende Leistung als Funktion der Zeit relevante Größe darstellen; und
    - ein Abnutzungs-Bestimmungs-Modul, das eine Recheneinheit und einen Datenspeicher mit durch die Recheneinheit ausführbarem Programmcode aufweist, wobei der Programmcode umfasst:
    eine Mehrzahl von Abnutzungsbeitrags-Berechnungsvorschriften (fi), die zum Berechnen jeweiliger Abnutzungsbeitragswerte aus jeweiligen Werte-Teilmengen (I(ti); I([ti;t'i])) der erfassten elektrischen Werte vorgesehen sind, wobei sich zumindest zwei der Abnutzungsbeitrags-Berechnungsvorschriften (fi) voneinander unterscheiden, und
    eine Abnutzungswert-Berechnungs-Routine zum Berechnen eines die Abnutzung des Kontaktelements darstellenden Abnutzungswerts (d) aus den Abnutzungsbeitragswerten gemäss dem Verfahren nach Anspruch 1.
  14. Schaltanlage für Hoch- oder Mittelspannung, insbesondere Vakuum-Leistungsschalter, umfassend eine Schaltersteuerung gemäß Anspruch 13 und/oder ausgestattet zum Ausführen eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1-12.
  15. Schaltanlage für Hoch- oder Mittelspannung gemäß Anspruch 14, wobei das Kontaktelement ein Kontaktstück vom TMF-Typ ist.
EP09177112A 2009-11-25 2009-11-25 Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Abnutzung eines Kontaktelements Active EP2328159B1 (de)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES09177112T ES2380182T3 (es) 2009-11-25 2009-11-25 Procedimiento y dispositivo para la determinación de un desgaste de un elemento de contacto
EP09177112A EP2328159B1 (de) 2009-11-25 2009-11-25 Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Abnutzung eines Kontaktelements
AT09177112T ATE540415T1 (de) 2009-11-25 2009-11-25 Verfahren und vorrichtung zum bestimmen einer abnutzung eines kontaktelements
BR112012012543-5A BR112012012543B1 (pt) 2009-11-25 2010-10-28 método para determinar um desgaste em um elemento de contato de um interruptor elétrico, unidade eletrônica e instalação de comutação para tensão alta ou média
CN201080062329.0A CN102714101B (zh) 2009-11-25 2010-10-28 用于确定接触元件的耗损的方法和装置
RU2012126118/07A RU2551645C2 (ru) 2009-11-25 2010-10-28 Способ и устройство для определения износа контактных элементов
PCT/EP2010/066346 WO2011064064A1 (de) 2009-11-25 2010-10-28 Verfahren und vorrichtung zum bestimmen einer abnutzung eines kontaktelements
US13/480,927 US9406451B2 (en) 2009-11-25 2012-05-25 Method and apparatus for determining the wear on a contact element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP09177112A EP2328159B1 (de) 2009-11-25 2009-11-25 Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Abnutzung eines Kontaktelements

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP2328159A1 EP2328159A1 (de) 2011-06-01
EP2328159B1 true EP2328159B1 (de) 2012-01-04

Family

ID=42061006

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP09177112A Active EP2328159B1 (de) 2009-11-25 2009-11-25 Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Abnutzung eines Kontaktelements

Country Status (8)

Country Link
US (1) US9406451B2 (de)
EP (1) EP2328159B1 (de)
CN (1) CN102714101B (de)
AT (1) ATE540415T1 (de)
BR (1) BR112012012543B1 (de)
ES (1) ES2380182T3 (de)
RU (1) RU2551645C2 (de)
WO (1) WO2011064064A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10147572B2 (en) 2016-03-11 2018-12-04 Abb Schweiz Ag Embedded pole and method of assembling same

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011080826B4 (de) * 2011-08-11 2016-01-21 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Ermitteln der Lichtbogenleistung eines Schalters, Verfahren zum Auslösen eines Schalters anhand der Lichtbogenleistung und Verfahren zur Ermittlung der Belastung der Kontakte eines Schalters anhand der Lichtbogenenergie
FR3060758B1 (fr) * 2016-12-16 2021-01-08 Schneider Electric Ind Sas Procede et dispositif de diagnostic d'usure d'un appareil electrique de coupure, et appareil electrique comportant un tel dispositif
US10332698B2 (en) * 2016-12-21 2019-06-25 Eaton Intelligent Power Limited System and method for monitoring contact life of a circuit interrupter
EP3460822B1 (de) * 2017-09-26 2021-04-07 ABB Schweiz AG Verfahren zum betrieb eines mittelspannungsschutzschalters oder einer kurzunterbrechung sowie mittelspannungsschutzschalter oder kurzunterbrechung selbst
CN111933459A (zh) * 2020-07-20 2020-11-13 西安热工研究院有限公司 一种利用电弧功率检测断路器触头电气磨损状态的方法
DE102020209645A1 (de) * 2020-07-30 2022-02-03 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Zustandsbestimmung einer elektrischen Schaltanlage, Überwachungseinheit für eine elektrische Schaltanlage und elektrische Schaltanlage
CN114577452B (zh) * 2021-06-17 2024-02-23 正泰集团研发中心(上海)有限公司 开关触点的寿命预测方法、装置、电子设备和计算机介质
US11874314B2 (en) * 2022-02-09 2024-01-16 Caterpillar Inc. Electrical contact wear monitoring system
DE102022203697B3 (de) 2022-04-12 2023-07-27 Knick Elektronische Messgeräte GmbH & Co. KG Überwachungsvorrichtung für hochdynamische Ströme, insbesondere für die Überwachung von Bahnströmen

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1029250A1 (ru) * 1981-12-16 1983-07-15 Ленинградское Электромашиностроительное Объединение "Электросила" Им.С.М.Кирова Устройство дл автоматического измерени продолжительности горени электрической дуги на контактах коммутационного аппарата
DE19544926C1 (de) * 1995-12-01 1997-04-30 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen des Abbrandes der Kontaktstücke bei einem Schaltgerät
US6466023B2 (en) 1998-12-28 2002-10-15 General Electric Company Method of determining contact wear in a trip unit
EP1318533A1 (de) * 2001-12-07 2003-06-11 ABB Schweiz AG Verfahren zur Ermittlung des durch Lichtbogenabbrand hervorgerufenen Zustands eines Leistungsschalters
FR2834120B1 (fr) * 2001-12-21 2004-02-06 Schneider Electric Ind Sa Procede pour determiner l'usure des contacts d'un appareil interrupteur
EP1475813B1 (de) 2003-05-07 2010-01-27 ABB Technology AG Verfahren und Vorrichtung zur Ueberwachung von Schaltgeräten in elektrischen Schaltanlagen
DE10345183B4 (de) * 2003-09-29 2005-10-13 Siemens Ag Vorrichtung zum Erfassen von Kontaktabbrand in Schaltgeräten
DE112005001085B4 (de) * 2004-05-13 2014-01-23 Mitsubishi Denki K.K. Zustandserfassungsvorrichtung und Schaltsteuervorrichtung einer Leistungsschaltvorrichtung, welche die Zustandserfassungsvorrichtung verwendet

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10147572B2 (en) 2016-03-11 2018-12-04 Abb Schweiz Ag Embedded pole and method of assembling same

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011064064A1 (de) 2011-06-03
BR112012012543A2 (pt) 2020-08-11
RU2551645C2 (ru) 2015-05-27
US9406451B2 (en) 2016-08-02
RU2012126118A (ru) 2013-12-27
ES2380182T3 (es) 2012-05-09
US20120253695A1 (en) 2012-10-04
CN102714101B (zh) 2015-04-08
EP2328159A1 (de) 2011-06-01
CN102714101A (zh) 2012-10-03
ATE540415T1 (de) 2012-01-15
BR112012012543B1 (pt) 2021-01-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2328159B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Abnutzung eines Kontaktelements
EP3379273B1 (de) Verfahren, einrichtung und system zum ermitteln des fehlerortes eines fehlers auf einer leitung eines elektrischen energieversorgungsnetzes
EP3351949B1 (de) Verfahren und einrichtung zum ermitteln des fehlerortes eines erdschlusses bezüglich einer leitung eines dreiphasigen elektrischen energieversorgungsnetzes mit nicht geerdetem sternpunkt
DE102004056436B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung von Fehlerstrom-Lichtbögen in elektrischen Stromkreisen
EP1844484B1 (de) Verfahren sowie vorrichtung zur bestimmung eines schaltzeitpunktes eines elektrischen schaltgerätes
EP3193420B1 (de) Verfahren, einrichtung und system zum ermitteln des fehlerortes eines fehlers auf einer leitung eines elektrischen energieversorgungsnetzes
EP3046197B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung der Erdschlussrichtung in einem elektrischen Drehstromnetz
EP2593754B1 (de) Verfahren zur erfassung einer schaltstellung einer schalteinrichtung
DE102016107598B3 (de) Vorrichtung und verfahren zum überwachen eines hochvolt-schützes in einem fahrzeug
EP3719510B1 (de) Verfahren, fehlerortungseinrichtung und system zum ermitteln eines fehlerortes auf einer leitung eines elektrischen energieversorgungsnetzes
EP2909902A1 (de) Leiterdetektion bei einem kabelabisolierprozess
WO2020011858A1 (de) VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR KONTAKTLOSEN, NICHT-INVASIVEN MESSUNG VON ELEKTRISCHEN LEISTUNGSGRÖßEN
EP1454332B1 (de) Verfahren zur ermittlung eines zukünftigen spannungs und/oder stromverlaufs
EP1475813A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Ueberwachung von Schaltgeräten in elektrischen Schaltanlagen
WO2012072810A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur überwachung von schaltgeräten
DE102016209443B4 (de) Störlichtbogenerkennungseinheit
DE102012209019B3 (de) Fehlererkennungs- und Fehlermeldeeinrichtung für ein elektrisches Energieversorgungsnetz
DE4111831A1 (de) Verfahren zur ausloesung eines elektrischen schalters sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens
EP1348970A1 (de) Plausibilitätsprüfung von Stromwandlern in Unterstationen
EP2329580B1 (de) Verfahren und schutzgerät zum erzeugen eines fehlersignals, das einen windungsfehler in einem transformator anzeigt
DE102019202039B3 (de) Lichtbogenerkennung im Gleichstromnetz
EP0239965B1 (de) Verfahren und Vorrichtung für die Anregung eines mehrphasigen Distanzschutzes
DE112020007232T5 (de) Motor-diagnosevorrichtung
DE102020112035B3 (de) Verfahren zum Erkennen eines Lichtbogens in einem Bordnetz mittels Sichtbarkeitsgraphen, Steuereinrichtung sowie Bordnetz
DE102015218055B4 (de) Schaltanlage und Verfahren zum Erkennen und Begrenzen der Energie eines Störlichtbogens in einem Einschub eines Schaltschranks einer entsprechenden Schaltanlage

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL BA RS

17P Request for examination filed

Effective date: 20110616

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

RIC1 Information provided on ipc code assigned before grant

Ipc: H01H 33/66 20060101ALN20110707BHEP

Ipc: H01H 1/00 20060101AFI20110707BHEP

GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK SM TR

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: FG4D

Free format text: NOT ENGLISH

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: EP

REG Reference to a national code

Ref country code: AT

Ref legal event code: REF

Ref document number: 540415

Country of ref document: AT

Kind code of ref document: T

Effective date: 20120115

REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: FG4D

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R096

Ref document number: 502009002368

Country of ref document: DE

Effective date: 20120301

REG Reference to a national code

Ref country code: NL

Ref legal event code: VDEP

Effective date: 20120104

REG Reference to a national code

Ref country code: ES

Ref legal event code: FG2A

Ref document number: 2380182

Country of ref document: ES

Kind code of ref document: T3

Effective date: 20120509

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20120104

LTIE Lt: invalidation of european patent or patent extension

Effective date: 20120104

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: LT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20120104

Ref country code: IS

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20120504

Ref country code: NO

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20120404

Ref country code: HR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20120104

Ref country code: NL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20120104

Ref country code: BG

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20120404

REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: FD4D

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: PT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20120504

Ref country code: FI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20120104

Ref country code: LV

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20120104

Ref country code: PL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20120104

Ref country code: GR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20120405

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: CY

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20120104

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: CZ

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20120104

Ref country code: DK

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20120104

Ref country code: IE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20120104

Ref country code: EE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20120104

Ref country code: RO

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20120104

Ref country code: SE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20120104

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SK

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20120104

26N No opposition filed

Effective date: 20121005

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R097

Ref document number: 502009002368

Country of ref document: DE

Effective date: 20121005

BERE Be: lapsed

Owner name: ABB RESEARCH LTD.

Effective date: 20121130

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: BE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20121130

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: MT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20120104

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: TR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20120104

Ref country code: MC

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20121130

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: LU

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20121125

Ref country code: SM

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20120104

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: PL

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: HU

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20091125

Ref country code: LI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20131130

Ref country code: CH

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20131130

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: MK

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20120104

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: PLFP

Year of fee payment: 7

REG Reference to a national code

Ref country code: AT

Ref legal event code: MM01

Ref document number: 540415

Country of ref document: AT

Kind code of ref document: T

Effective date: 20141125

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: AT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20141125

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: PLFP

Year of fee payment: 8

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: PLFP

Year of fee payment: 9

REG Reference to a national code

Ref country code: ES

Ref legal event code: PC2A

Owner name: ABB SCHWEIZ AG

Effective date: 20191030

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R082

Ref document number: 502009002368

Country of ref document: DE

Representative=s name: ZIMMERMANN & PARTNER PATENTANWAELTE MBB, DE

Ref country code: DE

Ref legal event code: R081

Ref document number: 502009002368

Country of ref document: DE

Owner name: ABB SCHWEIZ AG, CH

Free format text: FORMER OWNER: ABB RESEARCH LTD., ZUERICH, CH

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: 732E

Free format text: REGISTERED BETWEEN 20200206 AND 20200212

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Payment date: 20231123

Year of fee payment: 15

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IT

Payment date: 20231124

Year of fee payment: 15

Ref country code: FR

Payment date: 20231120

Year of fee payment: 15

Ref country code: DE

Payment date: 20231121

Year of fee payment: 15

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: ES

Payment date: 20240126

Year of fee payment: 15