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DE10312504A1 - Estimation method for the amount of contact erosion in electrical power switches, whereby the total current flowing during a switching process is measured and compared with a reference value - Google Patents

Estimation method for the amount of contact erosion in electrical power switches, whereby the total current flowing during a switching process is measured and compared with a reference value Download PDF

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DE10312504A1
DE10312504A1 DE2003112504 DE10312504A DE10312504A1 DE 10312504 A1 DE10312504 A1 DE 10312504A1 DE 2003112504 DE2003112504 DE 2003112504 DE 10312504 A DE10312504 A DE 10312504A DE 10312504 A1 DE10312504 A1 DE 10312504A1
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Germany
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time
samples
switching
sign
integral
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DE2003112504
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German (de)
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Inventor
Eduard Prof. Schneerson
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Siemens Corp
Original Assignee
Siemens Corp
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Priority to HK04109911A priority patent/HK1066916A1/en
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    • 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

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

Abstract

Method for estimating contact erosion caused by electrical arcing in which the total current is sampled during a switching process and integrated to give a value that is representative of the erosion of the switching contacts. The integrated current value can be compared with a value stored in memory. An independent claim is made for an arrangement for estimating the amount of contact erosion that has occurred in an electrical power switch.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abschätzen des Lichtbogenabbrandes von Schaltkontakten, die zur Unterbrechung eines elektrischen Stromes eingerichtet sind, bei dem durch Abtasten einer Messgröße, die zu dem Strom in einem vorbekannten Abhängigkeitsverhältnis steht, digitale Abtastwerte in einem Abtasttakt gebildet werden und die digitalen Abtastwerte mit wenigstens einem in einem Schutzfunktionsblock gespeicherten Bewertungsparameter verglichen und auf das Vorliegen einer Auslösebedingung überprüft werden, so dass bei Erfüllen der Auslösebedingung in einem Auslösezeitpunkt tAus ein Auslösesignal zum Trennen der Schaltkontakte erzeugt wird.The invention relates to a method for estimating the arcing of arcing of switching contacts which are set up to interrupt an electrical current, in which digital samples are formed in a sampling cycle by sampling a measured variable which is in a known dependency relationship with the current, and the digital samples with at least one evaluation parameter stored in a protective function block is compared and checked for the existence of a tripping condition, so that a tripping signal for disconnecting the switching contacts is generated at a tripping time t Aus when the tripping condition is met.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anordnung zum Abschätzen des Lichtbogenabbrandes von Schaltkontakten, die zur Unterbrechung eines elektrischen Stromes eingerichtet sind, mit einem Wandler zur Erzeugung einer Messgröße, die zu dem Strom in einem vorbekannten Abhängigkeitsverhältnis steht, einer Abtasteinrichtung, welche zum Abtasten der Messgröße unter Gewinnung von Abtastwerten mit einer von einem Taktgeber erzeugten Abtastfrequenz vorgesehen ist und welche einen Analog-Digitalwandler zum Erzeugen digitaler Abtastwerte aufweist, und mit einem Bussystem zum Verbinden der Abtasteinrichtung mit einer Kontrolleinheit, wobei die Kontrolleinheit zum Vergleichen der Abtastwerte mit den Bewertungsparametern und zum Erzeugen eines Auslösesignals bei Vorliegen einer Auslösebedingung eingerichtet ist.The invention further relates to an order to estimate of arcing of switch contacts, leading to the interruption of an electric current are set up with a converter Generation of a measurement variable that to which current is in a known dependency relationship, one Scanning device, which for scanning the measured variable under Obtaining samples with one generated by a clock Sampling frequency is provided and which is an analog-digital converter for generating digital samples, and with a bus system for connecting the scanner to a control unit, wherein the control unit for comparing the samples with the evaluation parameters and for generating a trigger signal if there is a trigger condition is set up.

Ein solches Verfahren und eine solche Anordnung sind beispielsweise aus der DE 196 05 022 A1 bereits bekannt. Bei dem dort gezeigten Verfahren wird mittels eines Stromwandlers und mittels eines Spannungswandlers jeweils eine dem Strom eines Primärleiters proportionale Messgröße erzeugt. Dabei ist der Primärleiter Teil eines Energieübertragungsnetzes. Weiterhin ist ein Taktgeber zur Erzeugung eines Abtasttaktes vorgesehen, mit dem die dem Strom proportionale Messgröße unter Gewinnung von Abtastwerten abgetastet wird. Die Abtastwerte werden mittels eines Analog-Digitalwandlers digitalisiert und die digitalisierten Abtastwerte einer Kontrolleinheit zugeleitet. In der Kontrolleinheit sind verschiedene Parameter und Auswerteanweisungen abgelegt, anhand derer die digitalen Abtastwerte auf das Vorliegen bestimmter Auslösekriterien hin überprüft werden. Liegt ein solches Auswertekriterium vor, beispielsweise nach wiederholtem oder länger andauerndem Überschreiten der vorgegebenen Parameter, wird von der Kontrolleinheit ein Auslösesignal erzeugt, mit dem ein Hilfsschalter geschlossen wird. Durch das Schließen des Hilfsschalters wird ein Trennen der Schaltkontakte eines Leistungsschalters und damit die Unterbrechung der Primärstromleitung bewirkt.Such a method and such an arrangement are known, for example, from US Pat DE 196 05 022 A1 already known. In the method shown there, a measured variable proportional to the current of a primary conductor is generated by means of a current converter and by means of a voltage converter. The primary conductor is part of an energy transmission network. Furthermore, a clock generator is provided for generating a sampling clock with which the measured variable proportional to the current is sampled to obtain sampled values. The sampled values are digitized by means of an analog-digital converter and the digitized sampled values are fed to a control unit. Various parameters and evaluation instructions are stored in the control unit, on the basis of which the digital samples are checked for the presence of certain triggering criteria. If such an evaluation criterion is present, for example after the specified parameters have been exceeded repeatedly or for a longer period of time, the control unit generates a trigger signal with which an auxiliary switch is closed. By closing the auxiliary switch, the switching contacts of a circuit breaker are disconnected and the primary power line is thus interrupted.

Aus dem Katalog der Siemens AG, Berlin und München, mit dem Titel "Die Vakuumleistungsschalter 3AH", der auch im Internet unter der Adresse http://www.ev.siemens.de veröffentlicht ist, ist ein Vakuumleistungsschalter bekannt, der einander stirnseitig gegenüberliegende Schaltkontakte aufweist, die durch Einleiten einer Antriebsbewegung miteinander in Kontakt gelangen oder voneinander getrennt werden können. Solche Leistungsschalter sind zum Schalten hoher Leistungen ausgelegt, so dass beispielsweise in einem Kurzschlussfall die Primärleitung eines Energieverteilernetzes unterbrochen wer den kann. Aufgrund der hohen Kurzschlussströme wird beim Trennen zwischen den Schaltkontakten ein Lichtbogen gezogen, der aufgrund der hohen Temperaturen einen Abbrand des Kontaktmaterials bewirkt. Dieser lichtbogeninduzierte Materialabbrand beeinträchtigt das Schaltvermögen des Leistungsschalters.From the catalog of Siemens AG, Berlin and Munich, titled "The 3AH "vacuum circuit breaker, which is also available online at http://www.ev.siemens.de released is, a vacuum circuit breaker is known that face each other opposing Has switching contacts by initiating a drive movement come into contact with one another or be separated from one another can. Such circuit breakers are designed for switching high powers, so that, for example, the primary line in the event of a short circuit of a power distribution network who can. by virtue of of the high short-circuit currents If an arc is drawn between the switching contacts, which causes the contact material to burn due to the high temperatures. This arc-induced material erosion affects that switching capacity of the circuit breaker.

Um Fehlfunktionen des Leistungsschalters zu vermeiden, werden die Leistungsschalter daher beispielsweise nach einer bestimmten Zeitdauer ausgetauscht. Ein solcher zeitdauerabhängiger Austausch des Leistungsschalters kann jedoch dann unnötig sein, wenn mit dem auszutauschenden Schalter nur wenig Schaltprozesse durchgeführt wurden und auch ansonsten keine schwerwiegenden Mängel wie beispielsweise ein schleichender Gasaustritt oder dergleichen feststellbar sind. Andererseits ist es jedoch auch möglich, dass in der vorgegebenen Zeitdauer unerwartet viele Leistungsunterbrechungen mit dem Schalter durchgeführt wurden, so dass der Schalter bereits nach einer kurzen Lebensdauer an seinen Schaltkontakten erhebliche Mängel aufweist.To malfunction of the circuit breaker avoid, the circuit breakers are therefore, for example exchanged for a certain period of time. Such a time-dependent exchange of the circuit breaker, however, may be unnecessary if to be replaced with the one to be replaced Switches only a few switching processes were carried out and otherwise no serious shortcomings like for example, a creeping gas leak or the like can be detected are. On the other hand, it is also possible that in the given Unexpectedly long period of power interruptions with the switch carried out were, so the switch after a short lifespan has significant defects in its switch contacts.

Um den Abbrand der Schaltkontakte abschätzen zu können, ist bekannt, an der Schaltstange, die den beweglichen Schaltkontakt trägt, eine Körnung vorzusehen, die infolge eines starken Materialabbrandes der Schaltkontakte verschoben ist, wenn die Schaltkontakte aneinander anliegen. Eine solche mechanische Anzeige ist jedoch grob und muss darüber hinaus von einem Bedienerpersonal fortwährend vor Ort kontrolliert werden.To burn the switch contacts estimate to be able is known on the switch rod, which is the movable switch contact wearing, a grit to be provided as a result of severe material erosion of the switch contacts is shifted when the switching contacts abut each other. Such However, mechanical display is coarse and, moreover, has to be continuously performed by an operator To be checked locally.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnung der eingangs genannten Art dahin zu verbessern, dass der Lichtbogenabbrand der Schaltkontakte abgeschätzt werden kann.The object of the invention is a The method and an arrangement of the type mentioned at the outset improve that the arcing of the switch contacts can be estimated can.

Die Erfindung löst diese Aufgabe bei dem genannten Verfahren dadurch, dass aus den Abtastwerten vorzeichengleiche Schaltstromwerte gebildet werden, dass in Abhängigkeit des Auslösezeitpunktes tAus ein Startzeitpunkt tStart festgelegt wird und dass die dem Startzeitpunkt tStart zeitlich nachfolgenden vorzeichengleichen Schaltstromwerte unter Bildung eines Schaltstromintegralwerts solange aufsummiert werden, bis eine vorgegebene Integrationsdauer verstrichen oder ein aus den Abtastwerten bestimmter Endzeitpunkt erreicht ist, wobei der Schaltstromintegralwert zur Summe bereits ermittelter Schaltstromintegralwerte unter Bildung einer Integralsumme addiert wird und die Integralsumme zur Abschätzung der Abnutzung der Schaltkontakte verwendet wird.The invention achieves this object in the above-mentioned method in that switching current values of the same sign are formed from the sampled values, that a starting time t Start is defined as a function of the triggering time t Aus and that the switching current values following the starting time t Start are summed up to form a switching current integral value until a predetermined integration period has elapsed or an end time determined from the samples has been reached, the switching current ink Graalwert is added to the sum of already determined switching current integral values to form an integral sum and the integral sum is used to estimate the wear of the switching contacts.

Ausgehend von der eingangs genannten Anordnung löst die Erfindung die Aufgabe durch einen Akkumulationsspeicher, der zum Aufsummieren von vorzeichengleichen, aus den Abtastwerten numerisch gewonnenen Schaltstromwerten unter Bildung von Schaltstromintegralwerten eingerichtet ist, und durch einen Integralsummenspeicher zum Aufsummieren der Schaltstromintegralwerte unter Bildung einer Integralsumme, wobei ein Warnsignal in Abhängigkeit der Integralsumme erzeugbar ist.Starting from the above Arrangement triggers the invention the task by an accumulation memory for summing up the same signs, numerically from the samples obtained switching current values with formation of switching current integral values is set up, and by an integral sum memory for summing up the switching current integral values to form an integral sum, being a warning signal depending the integral sum can be generated.

Erfindungsgemäß werden vorzeichengleiche Schaltstromwerte, die mit dem über die Schaltkontakte fließenden Strom in einem bekannten Zusammenhang stehen, aufsummiert. Mit anderen Worten wird ein bestimmtes Strom-Zeit-Integral berechnet, wobei der Integrationsbeginn mit dem Auslösezeitpunkt, also dem Zeitpunkt verknüpft ist, an dem das Signal zum Trennen der Schaltkontakte erzeugt wird. Um die Integration nicht vor dem eigentlichen Trennen der Kontakte und daher nicht vor dem möglichen Entstehen eines Lichtbogens zu beginnen, kann es notwendig sein, den Integrationsbeginn gegenüber dem Auslöse zeitpunkt zweckmäßig zu verzögern. Zum Beenden der Integration wird erfindungsgemäß entweder eine bestimmte Integrationsdauer vorgegeben, die durch vorherige Messungen oder aufgrund anderer Erfahrungswerte festgelegt wurde. Abweichend hierzu ist es jedoch auch möglich, dass Akkumulieren der Schaltstromwerte, also die Integration, anhand des zeitlichen Verlaufs der Abtastwerte festzulegen. So kann beispielsweise ein zweckmäßiger Algorithmus ein asymptotisches Abklingen der Abtastwerte erkennen und daraufhin den Endzeitpunkt festgelegt wird. Die auf diese Weise gebildeten Zeit-Strom-Integralwerte werden nunmehr ihrerseits über verschiedene Schaltvorgänge hinweg aufsummiert, so dass deren Summe einem Plasmastrom entspricht, der zwischen den kontaktfreien Schaltkontakten über die Lebensdauer des Leistungsschalters hinweg geflossen ist. Die Integralsumme ist daher zum Abschätzen des Lichtbogenabbrandes der Schaltkontakte geeignet.According to the invention, switching current values of the same sign, the one with the over the switch contacts are flowing Electricity in a known context, added up. With others Words, a specific current-time integral is calculated, where the start of integration with the trigger time, i.e. the time connected is at which the signal for disconnecting the switch contacts is generated. Around the integration not before the actual disconnection of the contacts and therefore not before the possible emergence To start an arc, it may be necessary to start the integration compared to the Trigger time expedient to delay. To the According to the invention, the integration is ended either by a specific integration period given by previous measurements or based on others Experience has been established. However, it is different also possible, that accumulating the switching current values, i.e. the integration, based on of the temporal course of the samples. For example an expedient algorithm detect an asymptotic decay of the samples and then the end time is determined. The time-current integral values thus formed become now in turn over different switching operations added up so that their sum corresponds to a plasma flow, the between the non-contact switch contacts over the life of the circuit breaker has flowed away. The integral sum is therefore to be estimated Arc burnout of the switch contacts suitable.

Darüber hinaus ist die Gewinnung der Integralsumme erfindungsgemäß einfach, da das Verfahren in bereits bekannte Verfahren zur Kontrolle eines Energieverteilungsnetzes oder zum Schutz primärseitiger Bauteile integriert ist. Ein zusätzliches Abtasten und Digitalisieren von Messgrößen, die aus der Primärstromerfassung gewonnen werden, entfällt erfindungsgemäß. Dies gilt entsprechend für die erfindungsgemäße Anordnung.In addition, the extraction the integral sum according to the invention is simple, since the method in already known methods for controlling an energy distribution network or to protect primary side Components is integrated. An additional Sampling and digitization of measured variables from primary current acquisition won, does not apply according to the invention. This applies accordingly to the arrangement according to the invention.

Darüber hinaus ist es erfindungsgemäß möglich, den Beginn der Summation Plasmaströmen entsprechender Werte ohne technischen Aufwand und daher kostengünstig mit einem Auslösesignal für den Leistungsschalter zu verknüpfen.In addition, it is possible according to the invention, the Start of the summation corresponding plasma flows Values without technical effort and therefore inexpensive with a trigger signal for the Link circuit breakers.

Zweckmäßigerweise wird die Integralsumme bei der ersten Montage des Schalters, bei der seine Schaltkontakte neu und abbrandfrei sind, auf einen Nullwert eingestellt.The integral sum is expediently at the first assembly of the switch, when its switch contacts are new and are burn-free, set to a zero value.

Vorteilhafterweise wird die Integralsumme an ein zweckmäßiges Anzeigeelement geleitet. Sie kann durch das Anzeigeelement z.B. visualisiert werden. Hierbei ist beispielsweise die Verwendung farbiger Anzeigen in Form von Rot, Gelb, Grün vorstellbar, wobei die Farbe Rot einem kritischen Zustand der Schaltkontakte entsprechen würde.The integral sum is advantageous to an appropriate display element directed. It can be e.g. be visualized. Here, for example, is the use of colored displays in the form of red, yellow, green conceivable, the color red a critical state of the switch contacts would correspond.

Abweichend hierzu ist es aber auch möglich, die Integralsumme vor Ort mit einem Schwellenparameter zu vergleichen und beim Überschreiten des Schwellenparameters über eine Drahtleitung oder aber auch über eine GSM-basierte Übertragung oder über Funk oder dergleichen, Signale an eine zentrale Leitstation zu senden, wo anschließend Maßnahmen zur Behebung des Mangels eingeleitet werden können.But it is also different possible that To compare the integral sum on site with a threshold parameter and when crossing of the threshold parameter above a wire line or via a GSM-based transmission or about Radio or the like, to send signals to a central control station, where afterwards Measures to Rectification of the defect can be initiated.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist grundsätzlich auch bei Gleichstrom führenden Leitern durchführbar. Die Dauer des Aufsummierens entspricht dann zweckmäßigerweise der vorgegebenen Integrationsdauer.In principle, the method according to the invention is also leading in direct current Ladders feasible. The duration of the summation then suitably corresponds the specified integration period.

Vorteilhafterweise wird bei Abtastwerten, die im Normalbetrieb einen periodischen Vorzeichenwechsel mit einer Periodendauer T aufweisen, einen Zeitpunkt des letzten Vorzeichenwechsels ermittelt und der Endzeitpunkt aus der Periodendauer T und dem Zeitpunkt des letzten Vorzeichenwechsels bestimmt. Die Bestimmung des Endzeitpunktes gemäß dieser Weiterentwicklung der Erfindung ist insbesondere zum Schalten von Wechselströmen geeignet, die einen periodischen Vorzeichenwechsel aufweisen und somit entsprechende Abtastwerte erzeugen.In the case of samples, which in normal operation a periodic change of sign with a Have period T, a time of the last change of sign determined and the end time from the period T and the time of the last change of sign. The determination of the end time according to this Further development of the invention is particularly for switching AC currents suitable, which have a periodic change of sign and thus generate corresponding samples.

Gemäß einer diesbezüglich vorteilhaften Weiterentwicklung wird der Zeitpunkt des letzten Vorzeichenwechsels durch Vergleichen der Vorzeichen zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgende Abtastwerte über eine Zeitdauer T hinweg und durch numerische Interpolation von zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgenden Abtastwerten mit unterschiedlichem Vorzeichen durchgeführt.According to a further development that is advantageous in this regard the time of the last change of sign by comparison the sign has a temporally immediately consecutive sample over a Time period T and by numerical interpolation from time immediately consecutive samples with different Sign performed.

Vorteilhafterweise ist der Startzeitpunkt tStart um wenigstens eine vorgegebene Korrekturzeitdauer gegenüber dem Auslösezeitpunkt tAus verzögert. Bei dieser Verzögerung wird berücksichtigt, dass die Schaltkontakte im Zeitpunkt der Erzeugung des Auslösesignals noch nicht voneinander getrennt sind, sondern die mit einer gewissen Trägheit auf das Auslösesignal reagieren. So ist beispielsweise die Trägheit des Auslöse- oder des Schutzgeräts zu berücksichtigen. Bei dem Einstellen der Verzögerung der Integration spielt ferner die Trägheit des Antriebs, also des Schalters, eine Rolle. Voreilhafterweise ist jede Verzögerungsdauer in einem vorgegeben Korrekturspeicher als Parameter abgelegt und kann über eine zweckmäßige Schnittstelle leicht an sich ändernde Bedingungen angepasst werden.The start time t Start is advantageously delayed by at least a predetermined correction time compared to the trigger time t Off . This delay takes into account the fact that the switching contacts are not yet separated from one another at the time the trigger signal is generated, but rather that they respond to the trigger signal with a certain inertia. For example, the inertia of the tripping or protective device must be taken into account. The inertia of the drive, i.e. the switch, also plays a role in setting the delay of the integration. Advantageously, each delay period is stored in a predetermined correction memory as a parameter and can be easily adapted to changing conditions via an appropriate interface.

Bei einer erfindungsgemäßen Weiterentwicklung des Verfahrens wird durch das Auslösesignal ein Hilfsschalter betätigt, wobei der Startzeitpunkt tStart aus dem um eine Hilfsschalterkorrekturzeit ΔtHilfs verzögerten Betätigungszeitpunkt bestimmt wird. Hier ist tStart nur indirekt vom Auslösezeitpunkt tAus abhängig. Unter dem Passus "vom Auslösezeitpunkt tAus abhängig", ist daher im Sinne der Erfindung auch eine solche indirekte Abhängigkeit oder rein ursächliche Abhängigkeit zu verstehen.In a further development of the method according to the invention, an auxiliary switch is actuated by the trigger signal, the start time t Start being determined from the actuation time delayed by an auxiliary switch correction time Δt auxiliary . Here t start is only indirectly dependent on the triggering time t off . The phrase "depending on the triggering point t Aus " is therefore also to be understood in the sense of the invention as such an indirect dependency or purely causal dependence.

Zweckmäßigerweise werden die vorzeichengleichen Schaltstromwerte durch Bildung des Betrags der Abtastwerte gewonnen. Die Betragsbildung erfolgt durch bekannte numerische Verfahren. Abweichend hierzu ist es jedoch auch möglich, durch Quadrieren der Abtastwerte vorzeichengleiche Schaltstromwerte zu erzeugen.The signs are expediently of the same sign Switching current values obtained by forming the amount of the samples. The amount is calculated using known numerical methods. Deviating from this, however, it is also possible to square the Generate sample values of the same-sign switching current values.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezug auf die Figuren der Zeichnung, wobei sich entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind undFurther expedient configurations and advantages the invention are the subject of the following description of Embodiments of the Invention with reference to the figures of the drawing, wherein corresponding components are provided with the same reference numerals and

1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens und 1 a first embodiment of the arrangement according to the invention for performing an embodiment of the method according to the invention and

2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung zur Durchführung eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigen. 2 show a further embodiment of the arrangement according to the invention for performing a further embodiment of the method according to the invention.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung 1 zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Anordnung 1 ist zum Schutz von figürlich nicht dargestellten Bauteilen vorgesehen, die primärseitig in ein Energieverteilungsnetz eingebunden sind. In der Praxis sind zur Energieverteilung Hochspannungsdrehstromnetze weit verbreitet, die drei Phasen aufweisen, von denen in 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit durch den Primärleiter 2 nur eine Phase dargestellt ist. In dem Primär leiter 2 ist ein Leistungsschalter 3 vorgesehen, der zum Unterbrechen des Primärleiters 2 eingerichtet ist. Hierzu weist der Leistungsschalter 3 zwei Schaltkontakte auf, die durch Einleiten einer Antriebsbewegung voneinander getrennt werden können. Die Antriebsbewegung wird einer von einer nicht gezeigten Antriebseinheit erzeugt. Aufgrund der, insbesondere in einem Kurzschlussfall, auftretenden hohen Ströme in dem Primärleiter 2 wird beim Trennen der Schaltkontakte ein Lichtbogen gezogen, der einen Abbrand des Materials der Schaltkontakte verursacht. 1 shows an embodiment of the arrangement according to the invention 1 to carry out an embodiment of the method according to the invention. The order 1 is intended to protect components, not shown in the figures, which are integrated on the primary side in an energy distribution network. In practice, high-voltage three-phase networks with three phases, of which in 1 for reasons of clarity by the primary conductor 2 only one phase is shown. In the primary conductor 2 is a circuit breaker 3 provided to interrupt the primary conductor 2 is set up. To this end, the circuit breaker points 3 two switching contacts that can be separated from each other by initiating a drive movement. The drive movement is generated by a drive unit, not shown. Because of the high currents occurring in the primary conductor, particularly in the event of a short circuit 2 an arc is drawn when the switch contacts are disconnected, which causes the material of the switch contacts to burn.

Die Anordnung 1 ist zur Abschätzung dieses Abbrandes und zur Auslösung des Leistungsschalters 3 beispielsweise im Kurzschlussfall vorgesehen. Hierzu weist sie einen Stromwandler 4 auf, der eine Messgröße erzeugt, die proportional zum Strom des Primärleiters 2 ist. In einer Abtasteinrichtung 5 wird die vom Stromwandler 4 erzeugte Messgröße durch einen mittels eines nicht dargestellten Taktgebers erzeugten Abtasttaktes abgetastet und die erhaltenen Größen mit Hilfe eines ebenfalls nicht dargestellten Analog-Digitalwandlers in digitale Abtastwerte überführt. Die auf diese Weise erzeugte zeitliche Folge von Abtastwerten wird einem Messwertspeicher 6 zugeführt und in diesem über eine gewisse Zeitdauer hinweg abgespeichert, wobei die abgespeicherten Abtastwerte in einem Schutzfunktionsblock 7 mit dort abgelegten Bewertungsparametern verglichen werden.The order 1 is for estimating this erosion and for triggering the circuit breaker 3 provided for example in the event of a short circuit. For this purpose, it has a current transformer 4 on, which generates a measurement variable that is proportional to the current of the primary conductor 2 is. In a scanner 5 is that of the current transformer 4 The measured variable generated is sampled by a sampling clock generated by means of a clock generator, not shown, and the variables obtained are converted into digital sampled values with the aid of an analog-digital converter, also not shown. The temporal sequence of samples generated in this way becomes a measured value memory 6 supplied and stored in this over a certain period of time, the stored samples in a protective function block 7 be compared with the evaluation parameters stored there.

Der Schutzfunktionsblock 7 erzeugt in Abhängigkeit vorgegebener Bedingungen ein Auslösesignal in einem Auslösezeitpunkt tAus Als Auslösebedingung kommt beispielsweise das Überschreiten eines Schwellenwertes durch die Abtastwerte über eine bestimmte Zeitdauer hinweg in Betracht. Die Anordnung 1, in diesem Fall der Schutzfunktionsblock 7, ist über eine Aus löseleitung 8 mit dem Leistungsschalter 3 verbunden. Nach Erzeugung des Auslösesignals wird dieses über die Auslöseleitung 8 an den Leistungsschalter 3 gesandt, dessen Antriebseinheit daraufhin die Antriebsbewegung auslöst und in die Schaltkontakte einleitet. Durch die Übertragung des Auslösesignals an den Leistungsschalter 3 einerseits sowie durch das Einleiten der Antriebsbewegung in die Schaltkontakte andererseits kommt es zwischen dem Auslösezeitpunkt tAus sowie der Trennung der Schaltkontakte, also der Entstehung des Lichtbogens, zu Verzögerungen.The protective function block 7 generates a trigger signal at a trigger point in time as a function of predefined conditions. For example, the trigger condition includes exceeding a threshold value by the sampled values over a certain period of time. The order 1 , in this case the protective function block 7 , is via a trigger line 8th with the circuit breaker 3 connected. After the trigger signal has been generated, it is sent via the trigger line 8th to the circuit breaker 3 sent, the drive unit then triggers the drive movement and initiates it in the switch contacts. By transferring the trip signal to the circuit breaker 3 on the one hand and by initiating the drive movement into the switching contacts on the other hand there are delays between the tripping time t off and the separation of the switching contacts, that is to say the occurrence of the arc.

Zur Abschätzung der Plasmaströme, die beim Trennen der Schaltkontakte fließen, sind ein Akkumulationsspeicher 9 sowie ein Integralsummenspeicher 10 vorgesehen. Dabei ist der Akkumulationsspeicher 9 zur numerischen Bildung des Betrages der digitalen Abtastwerte unter Berechnung von Schaltstromwerten und zum Aufsummieren der Schaltstromwerte unter Gewinnung eines Schaltstromintegralwertes eingerichtet. Um lediglich solche Ströme bzw. Schaltstromwerte bei der Summierung zu berücksichtigen, die beim Trennen der Schaltkontakte, also beim Ziehen eines Lichtbogens, fließen bzw. berechnet werden, werden der Beginn und das Ende des Aufsummierens der Schaltstromwerte zweckmäßig bestimmt.An accumulation memory is used to estimate the plasma currents that flow when the switching contacts are separated 9 as well as an integral total memory 10 intended. Here is the accumulation memory 9 set up for the numerical formation of the amount of the digital samples while calculating switching current values and for summing up the switching current values to obtain a switching current integral value. In order to take into account in the summation only those currents or switching current values which flow or are calculated when the switching contacts are disconnected, that is to say when an arc is drawn, the start and end of the summation of the switching current values are expediently determined.

Der Auslösezeitpunkt tAus stellt den Bezugspunkt für die Ermittlung eines Startzeitpunktes der Summation des Akkumulationsspeichers 9 dar. Um die oben beschriebenen Verzögerungen zwischen dem Auslösezeitpunkt tAus und der tatsächlichen Bewegung der Schaltkontakte zu berücksichtigen, sind darüber hinaus ein Auslösekorrekturblock 11 und ein Schalterkorrekturblock 12. Dabei erzeugt der Auslösekorrekturblock 11 eine der Trägheit der Anordnung 1 entsprechende Auslösekorrektur ΔtAus, wobei in dem Schalterkorrekturblock 12 eine Schalter korrektur ΔtSchalt gespeichert ist, die die Verzögerung durch den Leistungsschalter 3 berücksichtigt. Der Zeitpunkt des Beginns des Aufsummierens im Akkumulationsspeicher 9 tStart wird durch die Vorschrift tStart = tAus + ΔtAus + ΔtSchalt bestimmt.The trigger time t off represents the reference point for determining a start time for the summation of the accumulation memory 9 In order to take into account the delays described above between the triggering time t Aus and the actual movement of the switching contacts, a trigger correction block is also required 11 and a switch correction block 12 , The trigger correction block generates 11 one of the sluggishness of the arrangement 1 corresponding trigger correction Δt off , in the switch correction block 12 a switch correction Δt switching is stored which the delay through the circuit breaker 3 considered. The time of the start of the accumulation in the accumulation memory 9 t start is the rule t begin = t Out + Δt Out + Δt switching certainly.

Zur Festlegung des Endes des Aufsummierens wird in einem Nulldurchgangsblock 13 der Zeitpunkt des letzten Nulldurchganges der periodischen Abtastwerte des Messwertspeichers 6 bestimmt. Dazu werden die Vorzeichen der Abtastwerte über eine Grundschwingungsdauer T hinweg miteinander verglichen, wobei die Grundschwingungsdauer T der bekannten Schwingungsdauer der Nennfrequenz des Stromes in dem Leiter 2 entspricht. Die Grundschwingungsdauer T ist als Parameter in dem Nulldurchgangsblock 13 abgelegt. Stellt der Nulldurchgangsblock 13 innerhalb der Grundschwingungsdauer T keinen Vorzeichenwechsel der Abtastwerte fest, ist der Zeitpunkt des letzten Vorzeichenwechsels tlVw bestimmt. Dieser wird anschließend in einem Endzeitkorrekturblock 14 um eine Endzeitkorrektur ΔtEndkorr verzögert. Der Endzeitpunkt tEnd wird mit anderen Worten aus dem Zeitpunkt des letzten Vorzeichenwechsels tlVw nach der Vorschrift tEnd = tlVw + ΔtEndkorr berechnet. Die zwischen dem Startzeitpunkt tStart und dem Endzeitpunkt tEnd von dem Akkumulationsspeicher 9 aufsummierten Schaltstromwerte ergeben somit einen Schaltstromintegralwert, der einem über voneinander getrennte Schaltkontakte fließenden Plasmastrom eines einzigen Schaltvorganges entspricht.To determine the end of the summation is in a zero crossing block 13 the time of the last zero crossing of the periodic samples of the measured value memory 6 certainly. For this purpose, the signs of the samples are compared with one another over a fundamental oscillation period T, the fundamental oscillation period T being the known oscillation period of the nominal frequency of the current in the conductor 2 equivalent. The fundamental period T is a parameter in the zero crossing block 13 stored. Represents the zero crossing block 13 within the basic oscillation period T no sign change of the samples, the time of the last sign change t lVw is determined. This is then in an end time correction block 14 delayed by an end time correction Δt final corr . In other words, the end time t end becomes the time of the last change of sign t lVw according to the regulation t End = t LVW + Δt Endkorr calculated. The between the start time t start and the end time t end of the accumulation memory 9 accumulated switching current values thus result in a switching current integral value, which corresponds to a plasma current of a single switching process flowing over mutually separate switching contacts.

Zur Berücksichtigung mehrerer aufeinanderfolgender Schaltvorgänge des Leistungsschalters 3 ist der Integralsummenspeicher 10 vorgesehen, der zum Aufsummieren der Schaltstromintegralwerte des Akkumulationsspeichers 9 eingerichtet ist. Der Speicherinhalt des Akkumulationsspeichers 9 wird nach der Übertragung seines Speicherinhalts auf den Integralsummenspeicher 10 auf Null gesetzt.To take into account several successive switching operations of the circuit breaker 3 is the integral total memory 10 provided that for summing the switching current integral values of the accumulation memory 9 is set up. The memory content of the accumulation memory 9 after the transfer of its memory content to the integral sum memory 10 set to zero.

Übersteigt die Integralsumme also der numerische Wert des Integralsummenspeichers 10 einen vorgegebenen Schwellenwert, der beispielsweise aufgrund vorheriger Messungen oder Erfahrungen oder aufgrund anderer theoretischer Überlegungen festgelegt wurde, wird ein Warnsignal erzeugt, das durch ein nicht gezeigtes Anzeigegerät in der Nähe des Leistungsschalters 3 oder aber auch in einer hiervon räumlich weit entfernten Leitstelle angeordnet ist. Der Schwellenwert kann im Integralsummenspeicher abgelegt sein.If the integral sum exceeds the numerical value of the integral sum memory 10 A predetermined threshold value, which was determined, for example, on the basis of previous measurements or experience or on the basis of other theoretical considerations, generates a warning signal which is generated by a display device, not shown, in the vicinity of the circuit breaker 3 or is also arranged in a control center that is spatially distant from it. The threshold value can be stored in the integral total memory.

2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. 2 shows a further embodiment of the arrangement according to the invention for performing an embodiment of the method according to the invention.

Die hier gezeigte Anordnung entspricht weitestgehend der Anordnung gemäß 1, wobei jedoch das im Schutzfunktionsblock 7 erzeugte Auslösesignal nicht direkt an den Leistungsschalter 3 geleitet wird, sondern zum Schließen einer Hilfskontaktanordnung 16 vorgesehen ist, die aus einem oder mehreren Hilfsschaltern besteht. Dabei bewirkt erst das Schließen eines der Hilfsschalter das Auslösen des Leistungsschalters 3. Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Aus lösesignal des Schutzfunktionsblocks 7 nicht direkt zum Starten des Summierens des Akkumulationsspeichers 9 verwendet. Vielmehr wird auf ein Schließen der Hilfsschalter der Hilfsschalteranordnung 16 abgestellt, die jedoch ihrerseits vom Auslösesignal abhängig ist, so dass das Auslösesignal bei diesem Ausführungsbeispiel nur indirekt zur Festlegung des Startzeitpunktes tStart dient.The arrangement shown here largely corresponds to the arrangement 1 , but this is in the protective function block 7 generated trigger signal not directly to the circuit breaker 3 is conducted, but for closing an auxiliary contact arrangement 16 is provided, which consists of one or more auxiliary switches. It is only when one of the auxiliary switches is closed that the circuit breaker is triggered 3 , According to the embodiment shown here, the trigger signal from the protective function block 7 not directly to start accumulation accumulation 9 used. Rather, a closing of the auxiliary switch of the auxiliary switch arrangement 16 turned off, which in turn depends on the trigger signal, so that the trigger signal in this embodiment is only used indirectly to determine the start time t start .

Die Hilfsschalteranordnung 16 ist mit einem Hilfsschalterkorrekturblock 17 verbunden, der den Zeitpunkt des Schließens eines Hilfsschalters der Hilfsschalteranordnung tHilfs feststellt. Dazu ist es beispielsweise möglich, dass der Hilfskontaktkorrekturblock 17 fortwährend das Anliegen einer Hilfsspannung überprüft, die erst beim Schließen eines Hilfsschalters abfällt. Darüber hinaus ist in dem Hilfsschalterkorrekturblock 17 eine Verzögerungszeit Δth als Parameter abgelegt, mit der die Verzögerung berücksichtigt wird, mit welcher der Hilfsschalterkorrekturblock feststellt, dass der Hilfsschalter der Hilfsschalteranordnung geschlossen ist. Die Trägheit des Leistungsschalters 3 selbst wird wiederum durch den Schalterkorrekturblock 12 berücksichtigt, der die Hilfsschalterkorrekturzeit ΔtSchalt erzeugt. Der Startzeitpunkt tStart des Aufsummierens der Schaltstromwerte wird nun nach folgender Vorschrift festgelegt: tStart = tHilfs – Δth + ΔtSchalt The auxiliary switch arrangement 16 is with an auxiliary switch correction block 17 connected, which determines the time of closing an auxiliary switch of the auxiliary switch arrangement t auxiliary . For this it is possible, for example, that the auxiliary contact correction block 17 continuously checks the presence of an auxiliary voltage, which only drops when an auxiliary switch is closed. In addition, in the auxiliary switch correction block 17 a delay time Δt h is stored as a parameter with which the delay is taken into account with which the auxiliary switch correction block determines that the auxiliary switch of the auxiliary switch arrangement is closed. The inertia of the circuit breaker 3 itself is in turn through the switch correction block 12 is taken into account, which generates the auxiliary switch correction time Δt switching . The starting time t start of the summation of the switching current values is now determined according to the following rule: t begin = t Auxiliary - Δt H + Δt switching

Um die Genauigkeit der Integration zu erhöhen, ist es darüber hinaus auch möglich, dass der Hilfskorrekturblock 17 neben der Bestimmung des Zustandes der Hilfsschalter auch das Vorliegen eines Auslösesignals überprüft. Diese Überprüfung ist in 2 durch eine gestrichelte Linie zwischen dem Schutzfunktionsblock 7 und dem Hilfsschalterkorrekturblock 17 ange deutet. Erst bei gleichzeitigem Vorliegen beider Bedingungen wird der Schalterkorrekturblock 12 angesprochen und der Beginn des Aufsummierens festgelegt.In order to increase the accuracy of the integration, it is also possible that the auxiliary correction block 17 in addition to determining the state of the auxiliary switches, the presence of a trip signal is also checked. This review is in 2 by a dashed line between the protective function block 7 and the auxiliary switch correction block 17 indicated. The switch correction block only becomes effective if both conditions are present at the same time 12 addressed and the start of the totalization determined.

Claims (7)

Verfahren zum Abschätzen des Lichtbogenabbrandes von Schaltkontakten, die zur Unterbrechung eines elektrischen Stromes eingerichtet sind, bei dem durch Abtasten einer Messgröße, die zu dem Strom in einem vorbekannten Abhängigkeitsverhältnis steht, digitale Abtastwerte in einem Abtasttakt gebildet werden und die digitalen Abtastwerte mit wenigstens einem in einem Schutzfunktionsblock (7) gespeicherten Bewertungsparameter verglichen und auf das Vorliegen einer Auslösebedingung überprüft werden, so dass bei Erfüllen der Auslösebedingung in einem Auslösezeitpunkt tAus ein Auslösesignal zum Trennen der Schaltkontakte erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Abtastwerten vorzeichengleiche Schaltstromwerte gebildet werden, dass in Abhängigkeit des Auslösezeitpunktes tAus ein Startzeitpunkt tStart festgelegt wird und dass die dem Startzeitpunkt tStart zeitlich nachfolgenden vorzeichengleichen Schaltstromwerte unter Bildung eines Schaltstromintegralwerts solange aufsummiert werden, bis eine vorgegebene Integrationsdauer verstrichen oder ein aus den Abtastwerten bestimmter Endzeitpunkt erreicht ist, wobei der Schaltstromintegralwert zur Summe bereits ermittelter Schaltstromintegralwerte unter Bildung einer Integralsumme addiert wird und die Integralsumme zur Abschätzung der Abnutzung der Schaltkontakte verwendet wird.Method for estimating the arcing of arcing of switching contacts which are set up to interrupt an electrical current, in which digital samples are formed in one sampling cycle and the digital samples with at least one in one by sampling a measured variable which has a known dependency relationship to the current Protective function block ( 7 ) stored evaluation parameters are compared and checked for the existence of a tripping condition, so that when the tripping condition is met at a tripping time t off, a tripping signal for disconnecting the switching contacts is generated, characterized in that switching current values of the same sign are formed from the samples, depending on the tripping time t It is determined from a starting time t Start and that the switching current values following the same time as the starting time t Start are added up to form a switching current integral value until a predetermined integration period has elapsed or an end time determined from the sampled values has been reached, the switching current integral value being the sum of the switching current integral values already determined Formation of an integral sum is added and the integral sum is used to estimate the wear of the switching contacts. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Abtastwerten, die im Normalbetrieb einen periodischen Vorzeichenwechsel mit einer Periodendauer T aufweisen, ein Zeitpunkt des letzten Vorzeichenwechsels ermittelt und der Endzeitpunkt aus der Periodendauer T und dem Zeitpunkt des letzten Vorzeichenwechsels bestimmt wird.A method according to claim 1, characterized in that for samples that change periodically in normal operation with a period T, a time of the last change of sign determined and the end time from the period T and the time of the last change of sign. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt des letzten Vorzeichenwechsels durch Vergleichen der Vorzeichen zeitlich unmittelbar aufeinander folgender Abtastwerte über eine Zeitdauer T hinweg und durch numerische Interpolation von zeitlich unmittelbar aufeinander folgenden Abtastwerten mit unterschiedlichem Vorzeichen durchgeführt wird.A method according to claim 2, characterized in that the time of the last change of sign by comparison the sign of temporally immediately consecutive samples over a Time period T and by numerical interpolation from time immediately consecutive samples with different Sign performed becomes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Startzeitpunkt tStart aus dem Auslösezeitpunkt tAus durch Verzögern um wenigstens eine vorgegebene Korrekturzeitdauer bestimmt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the starting point in time t start from the triggering point in time t out is determined by delaying by at least a predetermined correction period. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Auslösesignal tAus ein Hilfsschalter zum Trennen der Schaltkontakte im Betätigungszeitpunkt tB betätigt wird, wobei der Startzeitpunkt tStart aus dem um eine Korrekturzeitdauer verzögerten Betätigungszeitpunkt tB gebildet wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the trigger signal t Aus actuates an auxiliary switch for disconnecting the switching contacts at the actuation time t B , the start time t Start being formed from the actuation time t B delayed by a correction period. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorzeichengleichen Schaltstromwerte durch Bildung des Betrags der Abtastwerte gewonnen werden.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized that the signed switching current values by Formation of the amount of the samples can be obtained. Anordnung (1) zum Abschätzen des Lichtbogenabbrandes von Schaltkontakten, die zur Unterbrechung eines elektrischen Stromes eingerichtet sind, mit einem Wandler (4) zur Erzeugung einer Messgröße, die zu dem Strom in einem vorbekannten Abhängigkeitsverhältnis steht, einer Abtasteinrichtung (5), welche zum Abtasten der Messgröße unter Gewinnung von Abtastwerten mit einer von einem Taktgeber erzeugten Abtastfrequenz vorgesehen ist und welche einen Analog-Digitalwandler zum Erzeugen digitaler Abtastwerte aufweist, und mit einem Bussystem zum Verbinden der Abtasteinrichtung (5) mit einer Kontrolleinheit, wobei die Kontrolleinheit zum Vergleichen der Abtastwerte mit den Bewertungsparametern und zum Erzeugen eines Auslösesignals bei Vorliegen einer Auslösebedingung eingerichtet ist, gekennzeichnet durch, einen Akkumulationsspeicher (9), der zum Aufsummieren von vorzeichengleichen aus den Abtastwerten numerisch gewonnenen Schaltstromwerten unter Bildung von Schaltstromintegralwerten eingerichtet ist, und durch einen Integralsummenspeicher (10) zum Aufsummieren der Schaltstromintegralwerte unter Bildung einer Integralsumme.Arrangement ( 1 ) to estimate the arcing of arcing of switching contacts, which are set up to interrupt an electrical current, with a converter ( 4 ) for generating a measurement variable which is in a known dependency relationship to the current, a scanning device ( 5 ), which is provided for sampling the measured variable to obtain samples with a sampling frequency generated by a clock generator and which has an analog-digital converter for generating digital samples, and with a bus system for connecting the sampling device ( 5 ) with a control unit, the control unit being set up to compare the samples with the evaluation parameters and to generate a trigger signal when a trigger condition is present, characterized by an accumulation memory ( 9 ), which is set up for summing the same-sign switching current values obtained numerically from the samples with formation of switching current integral values, and by an integral sum memory ( 10 ) to sum up the switching current integral values to form an integral sum.
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