DD209033A1 - Schaltungsanordnung zur messung von zeitkenngroessen an hochspannungs-leistungsschaltern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Messung von Relativ- und Eigenzeiten beim Schliessen und Oeffnen potentialfreier Kontakte im Allgemeinen, insbesondere jedoch zur Messung der Zeitkenngroessen beim Ein- und Ausschalten von Hochspannungs-Leistungsschaltern. Die zwischen das Messobjekt und einem Impulslaengenmessgeraet geschaltete Anordnung ist in einem externen und einem internen Schaltungskreis aufgeteilt. Der mit dem Messobjekt verbundene externe Schaltungskreis enthaelt eine Spannungsquelle,einen Anwahlschalter zum Messprojekt,einen Startimpulsgeber sowie einen Messartenumschalter und ist vorwiegend zur Erfassung der Messgroessen vorgesehen. Der vom externen Schaltungskreis mittels Optokopplern galvanisch getrennte interne Schaltungskreis dient ueberwiegend der Verarbeitung und Anzeige der Messgroessen. Er enthaelt im wesentlichsten mehrere Messkanaele mit LED-Fehleranzeige, einen Steuerkanal, Messwertanzeigen sowie eine TTL-Logik.

Description

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Schaltungsanordnung zur Messung von Zeitkenngrößen an Hochspannungs-Leistungsschal tern

Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft eine Schaltun'^sanbr'dn'uh'g'''zur Sfessung von Heiativ- und Eigenzeiten beim Schließen und öffnen potentialfreier Kontakte im Allgemeinen, inabesondere jedoch zur Messung der ZeitkenngröSen beim Sin- und Ausschalten von t

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

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Ss ist bekanntj- den Sin/Aus-Zustand der einzelnen Kontakte über eine Zeitachse aufzuzeichnen.

Dafür können Spezialgeräte der Schalterhersteiler mit elektromechanischen! Antrieb Verwendung finden. Elektrisch leitende Aufzeichnungsstifte markieren, dabei den geschlossenen Kontakt auf Spezialpapier, das während des Me3Vorganges auf einem gleichmäßig rotierenden Zylinder an den Aufzeichnungsstiften vorbeiläuft.

Die Messung von Relativzeiten ist mittels dieser Anordnung nur mit geringer Genauigkeit möglich.

S3 ist weiterhin bekannt, auch unter Montagebedingungen Lichtstrahloszillographen einzusetzen. Die ausreichend gute Genauigkeit rechtfertigt aber nicht in ,iedem Falle den

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dabei entstehenden hohen gerätetechnischen Aufwand.

Ss wurden auch schon Anordnungen zum Prüfen der Gleichzeitigkeit oder der Reihenfolge von Schaltvorgängen (DD-WP 28 864) vorgeschlagen, die die Ionisierungszeit eines Thyratrons als Maß der Gleichzeitigkeit verwenden. Uachteil dieser Anordnung ist es, daß nur eine Ja/Hein-Aussage über die Einhaltung der Toleranzgrenzen möglich ist,

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, Zeitkenngrößen mit höherer Genauigkeit zu erfassen und dabei entsprechend den Bedingungen auf Montagestellen den Aufwand für die Meßanordnung sowie den Bedienungsaufwand wesentlich zu senken. · ' .

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zwischen Meßobjekt, und einem Zeitmeßgerät anzuordnende neue Schaltungsanordnungvorzuschlagen, die auch bei unterschiedlichen Kombinationen mehrerer Schaltstrecken eines Schalters: die Messung aller erforderlichen Zeitkenngrößen zuläßt.

Die Aufgabe wird mit einer aus einem externen und einem internen Schaltungskreis, bestehenden Schaltungsanordnung gelöst. Die Schaltungskreise sind mittels Optokoppler voneinander galvanisch getrennt. Der externe Schaltungskreis ist mit dem Meßobjekt und der innere Schaltungskreis mit einem Irapulslängenmeßgerät verbunden. Erfindungsgemäß enthält der externe Schaltungskreis einen Anwahlschalter, eine Spannungsquelle, einen Startimpulsgeber, einen Meßartenumschalter sowie einen Verstärker, Über den Anwahlschalter sind die Schaltstrecken des Leistungsschalters mit dem Eingang "Anode" eines Optokopplers verbunden. Der Startimpulsgeber ist einmal mit der elektromagnetischen Betatigungseinrichtung des Leistungsschalters und zum anderem über den Meßartenumschalter aiit dem Eingang eines zweiten Optokopplers verbunden. Der Ausgang

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eines dritten Optokopplers ist über den bereits genannten Verstärker mit dem Singang "Katode" des erstgenannten Optokopplers verbanden.

Der interne Schaltungskreis enthält mehrere Meßkanäle sowie einen Steuerkanal.

Die Meßkanäle bestehen jeweils aus den Ausgängen der den erstgenannten Optokopplern nachgeschalteten Verstärkern, zuschaltbaren Uegatoren und H¹Up-Ii¹Iops. Der Steuerkanal wird aus dem Ausgang des zweiten Optokopplers nachgeschaltet em Verstärker und einem Flip-Flop gebildet. Die über ein HAUD-Gatter und eine LED-Fehleranzeige verknüpften Ausgänge der Meßkanäle sind mit einem Eingang einer Zeittorung, den Eingängen eines Monoflops sowie einem Eingang einer TTL-Logik-Struktur verbunden. Weitere Eingänge der TTL-Logik-Struktur sind mit einem Ausgang des im Steuerkanal angeordneten Flip-Flop, mit dem Meßartenumschalter sowie dem Ausgang des Monoflops verbunden.

Der Ausgang der TTL-Logik-Struktur ist mit dem Singang einen lAlTD-Gatters und einem weiteren Singang der Zeittorung verbunden. Der Ausgang der Zeittorung ist mit dem Eingang des an sich bekannten-Impulsiängenmeßgeräten verbunden-. Der Ausgang des zuletzt genannten FAND-Gatters ist mit dem Singang des dritten Optokopplers verbunden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

In der zugehörigen Zeichnung zeigt

Fig. 1: die Darstellung der Zeitkenngrößen, die nach Abschluß der Montage für einen betriebsbereiten Schalter repräsentativ sind.

Fig, 2: die Schaltungsanordnung zur MeßgröSenerfassung- und verarbeitung, die, mit einera^ Leistungsschalter als Meßobjekt und einem an sich bekannten Impulslängenmsßgerät verbunden ist.

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Fig. 3: die Darstellung der Funktionsabläufe in Impulsdiagr aminen

Wie aus Pig. 1 ersichtlich ist, ist am Beispiel eines dreipoligen Hochspannungs-Leistungsschalters 1 die Einordnung der Zeitkenngrößen über den Zeitstrahl und zum Meßobjekt dargestellt.

Die Zeitkenngrößen sindi

t_p Ein-Zeit

t Aus-Zeit

4L; At_x, (I₁-L-,) Gleichseitigkeit des Schaltens bei "Sin"

λ. t · At, (L|-L,) Gleichzeitigkeit des Schaltens bei "Aus"

Weiterhin ist mit

L-.-; Lp; L-, das Meßobjekt, der 3-polige Leistungs

schalter 1 mit Doppelschaltkopf in "Aus-Stellung",

M die Anschlußpunkte für die erfindungs-

gemäß e Schaltungsanordnung,

e ; d" der Start für SIn/Aus-Befehl, Wirkgröße

O O

am Betätigungsorgan bezeichnet.

Die Zeitkenngröße'"Gleichzeitigkeit" umfaßt die Helativzeit zwischen den Polen 4 tr,; 4. t. und innerhalb jedes Pols Δ±_Έ (L₁-L₃); 4t_A (L₁-L₃).

Fig. 2 zeigt die schematisch dargestellte erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, die einmal mit dem Leistungsschalter 1 als Meßobjekt und zum anderem mit einem an sich bekannten Impulslängenmeßgerät 21 zur Messung der Zeitkenngrößen verbunden ist.

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Zur Erfassung und Verarbeitung der Meßgrößen ist die Schaltungsanordnung in einen internen und in einen externen Schaltungskreis mit jeweils eigenem Stromversorgungsteil 3, 20 aufgeteilt. Beide Schaltungskreise sind z?/ecks Unterdrückung von äußeren StSrimpulsen und Störungen durch Leiterreflezlon über optoelektronische Bauelemente 6, 8, 12 bei galvanischer Trennung gekoppelt.

Im externen Schaltungskreis, der unmittelbar mit dem Meßobjekt (Leistungsschalter) 1 verbunden ist, werden die für die Messung erforderlichen Informationen angewählt und er-

r"' faßt, während deren Verarbeitung und zum Teil die Auswertung über eine im internen Schaltungskreis angeordnete TTL-Logik erfolgt.

Am Ausgang des internen Schaltungskreises ist das Impulslängenmeßgerät 21 angeschlossen*

Die Schaltungsanordnung verfügt über drei Meßkanäle, wobei pro Schalterpol ein Kanal zur Verfugung steht sowie über einen Steuerkanal« Der zweite und dritte Meßkanal entspricht im Aufbau dem ersten Kanal und ist deshalb in Pig, 2 vereinfacht dargestellt.

Das Meßobjekt 1 soll im nachfolgendem Beispiel, wie bereits in Pig. 1 dargestellt, ein 1tO-kV-Leistungsschalter mit zwei Schaltstrecken je Pol, sein«

W Mittels eines Anwshlschalters 2 sind die jeweils zu messenden Zeitkenngrößen auswählbar. Bei unverändertem Anschluß am Leistungsschalter 1 gestattet somit der Anwahlschalter 2, alle in Pig. 1 dargestellten Zeitkenngrößen auszuwählen.

Zur Messung der in Pig. 1 mit t bezeichneten Sin-Zeit befindet sich der Leistungsschalter 1 im ausgeschaltetem Zustand. Alle Kontakte des Leistungsschalters 1 sind geöffnet. JTach dem Betätigen eines Tastschalters 18 wird ein im Steuerkanal angeordneter Flip-Flop 14 und außerdem in den Meßkanälen angeordnete Plip-Plop 11 zurückgesetzt. Gleichzeitig leuchtet eine als LED-Anzeige ausgebildete und mit

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dem Plip-Plop 11 verbundene fehleranzeige 15 in nullstellung auf und zeigt damit die Betriebsbereitschaft der Meßanordnung an. Am Ausgang einer Zeittoru-ng 16 steht dabei ein Low-?egel an.

Sin^Meßartenumschalter 5 ist mit einem Startimpulsgeber so verbunden, daß ein vom Startimpulsgeber 4 abgegebener Impuls den mit diesem ebenfalls verbundenem Optokoppler ansteuert.

lter Startimpulsgeber 4 ist außerdem mit dem elektromechanischen! Antriebssystem 1.1 des Leistungsschalters 1 verbunden. Der von dem Startimpulsgeber 4 ausgehende Impuls leitet/ damit den Einschaltvorgang des Leistungsschalters 1 ein.

Ein dem Optokoppler 12 nachgeschalteter Verstärker 13 dient der TTL-Pegelanpassung. Diesem Verstärker 13 folgt der Flip-Flop 14, der den vom Verstärker 13 ankommenden Impuls speichert. Ein mit dem Pup-Flop 14 verbundenes FAHD-Gatter schaltet das Signal auf die mit ihm verbundene Zeittorung 1δ, An dessen Ausgang stellt sich ein High-Pegel ein. Das- mit der Zeittorung .1.6; verbundene Impulslängenmeßgerät 21 wird somit angesteuert:und beginnt mit der Zeitmessung, Der ]?lip-3?lop 14. ist weiterhin mit einem Eingang einer TTL-Logik-Struktur 19 verbunden, die ihrerseits den Optokoppler β über den gesamten Meßvorgang hinweg durchsteuert, Dem Optokoppler 6, der den externen Schaltungskreis in Abhängigkeit vom internen Schaltungskreis steuert, ist ein Verstärker 7 nachgeschaltet. Der im externen Schaltungskreis angeordnete Verstärker 7 dient dem Offenhalten der Eingänge der Meßkanäle.

Hach dem Schließen beider Schaltstrecken eines Pols des Leistungsschalters 1 wird der über den Anwahlschalter 2 mit dem Leistungsschalter 1 verbundene betreffende Optokoppler 3 durchgesteuert. Sin mit dem Ausgang des Optokopplers 8 verbundener Verstärker 9 dient der TTL-Pegelanpassung. Ein nachgeschalteter !Flip-Flop 11 wird gesetzt, womit die mit ihm verbundene !Fehleranzeige 15 für diesen Meßkanal verlöscht»

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Der gleiche Ablauf ergibt sich für die beiden übrigen Pole des Leistungsschalters 1 mit den ihnen zugeordneten Meßkanälen.

Sind alle in den Meßkanälen angeordneten Flip-Flop 11 gesetzt, kommt es zur Änderung der Ausgangszustände der folgenden IiAiJD-Gatt er. Damit wird der Ausgang der nachgeschalteten Zeittorung 16 auf Low-Pegel umgesteuert und der Meßvorgang ist beendet. Im Impulslängenmeßgerät 21 ist die Sin-Zeit des Leistungsschalters 1 gespeichert und ablesbar.

Die Messung der in Fig. 1 mit t bezeichneten Aus-Zeit verläuft ähnlich der bereits beschriebenen Messung der Ein-Zeit.

Abweichend davon sind alle Schaltstrecken des Leistungsschalters 1 geschlossen. Die Optokoppler 8 der drei Meßkanäle werden von dem Verstärker 7 offengehalten und sind durchgesteuert» Zusätzlich ist ein Negator 10 zwischen dem Verstärker 9 und dem Flip-Flop 11 in den Meßkanälen angeordnet. Damit wird erreicht, daß wie zur Ein-Zeit-Messung die Flip-Flop 11 der Meßkanäle einen Low-Pegel erhalten. Dieser Zustand tritt jeweils nach der Öffnung der letzten Schaltstrecke je Pol des Leistungsschalters 1 ein. Der Meßvorgang verläuft weiterhin wie bei der Messung der Sin-Zeit, das heißt, der Startimpuls setzt über den Steuerkanal den Pegel des Impulslängenmeßgerätes 21 auf High-Pegel und leitet gleichzeitig über das elektromechanische Antriebssystem 1.1 den AusschaltVorgang des Leistungsschalters 1 ein.

Sind alle Schaltstrecken des Leistungsschalters 1 geöffnet, wird der Ausgang der Zeittorung Io auf Low-Pegel gesetzt und damit die Messung der Aus-Zeit beendet. Am Impulsiängenmeßgerät 21 ist die Aus-Zait gespeichert.

Im folgendem soll die Messung der in Fig. 1 mit Δ. t-, bzw. Λ t_? (L^-L-,) bezeichneten Gleichseitigkeit de3 Schaltens bei "Ein" beschrieben werden.

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Der Leistungsschalter 1 befindet sich im ausgeschaltetem Zustand. Die Flip-Plop 11 sind zurückgesetzt. Die Fehleranzeige 15 leuchtet auf und weist damit auf die Betriebsbereit schaft der Meßanordnung hin. Der Optokoppler 6 ist. durchgeschaltet und hält die Eingänge der drei Meßkanäle offen.

Der Meßart enuinsc halt er 5 ist so geschaltet, daß die Verbindung zum Steuerkanal und zu der TTL-Logik-Struktur 19 unterbrochen sind.

Der Startimpuls regt das elektromagnetische Antriebssystem 1.1 des Leistungsschalters 1. an und leitet damit den Einschaltvorgang ein. Der erste Pol des Leistungsschalters 1, bei dem beide Schaltstrecken geschlossen sind, steuert über den jeweils zugeordneten Meßkanai den Optokoppler 8 durch und ändert somit den Ausgangszustand am Flip-Flop 11. Die Fehleranzeige 15 mrd damit für diesen Meßkanal gelöscht. Die folgenden NAUD-Gatter setzen den Ausgang der Zeittorung 1S auf High-Pegel und das angesteuerte ImpulslängenmeSgerät 21 beginnt mit der Zeitmessung· Der Eingang eines Monoflops 17, der mit dem Ausgang des "SAID-Gatters und dem Eingang der Zeittorung 16 verbunden ist, wird somit durch eine High-Low-Flanke angesteuert und verhindert damit eine Zustandsänderung der TTL-Logik-Struktur 19 am Ausgang. Erst wenn die vom Monoflop 17 vorgegebene Zeit, im Ausführungsbeispiel 5 ms, abgelaufen ist, ändert sich der Pegel am Ausgang der TTL-Logik-Struktur 19. Dadurch wird die Zeittorung 16 gesperrt und die Messung unterbrochen. Es wirkt die MeS-sperre, die ein unzulässiges Überschreiten des Meßbereiches verhindert (t ~H> o=?),

Zur gleichen Zeit wird der Optokoppler 6 nicht mehr von der TTL-Logik-Struktur 19 angesteuert und der darauffolgende Verstärker 7 sperrt die Eingänge der Meßkanäle,

Im beschriebenem Beispiel wird somit für die beiden ver-. bleibenden Meßkanäle die Fehleranzeige 15 nicht verlöschen und damit anzeigen,.daß die betreffenden Schalt-

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strecken des Leistungsschalters 1 die vorgegebene Toleranzzeit überschritten haben. Die Torungszeit des Monoflop 17 richtet sich nach der vom Schalterhersteller zugelassenen Gleichlauftoleranz und kann für Optimierungszwecke bei der Schalterjustage verändert werden.

Soll für einen fehlerbehafteten Pol des Leistungsschalters 1 auf der Fehleranzeige 15 die tatsächliche Schaltzeit dargestellt werden, wird über den Meßartenumschalter 5 ein Low-Pegel an die TTL-Logik-Struktur 19 angelegt, der die Zeittorung 16 ausschaltet. Bei Wiederholung der Einschaltung ist in diesem Pail am Impulslängenmeßgerät 21 die außerhalb der Toleranz liegende Gleichlaufzeit gespeichert, während die Fehleranzeige 15 für alle drei Pole verlöscht.

Liegen die Schaltzeiten der Schaltstrecken aller Pole des Leistungsschalters 1 innerhalb der vorgegebenen Toleranzen, wird bei wirksamer Zeittorung 16 die Fehleranzeige 15 vollständig gelöscht. Die am Impulslängenmeßgerät 21 angezeigte Größe ist dann der vom Schalterhersteller zugelassene Wert für die Gleichzeitigkeit des Schaltens.

Die Messung der in Fig. 1 mit Δ t, ; δ t, (L..-L,) bezeichneten Gleichzeitigkeit des Schaltens bei "Aus" soll nachstehend beschrieben werden.

Der Leistungsschalter 1 befindet sich im eingeschaltetem Zustand. Alle Schaltstrecken sind geschlossen. Der Negator 10 ist in allen drei Meßkanälen eingeschaltet. Mit dem vom Startimpulsgeber 4 ausgehendem Startimpuls wird das elektromechanische Antriebssystem 1.1 des Leistungsschalters 1 betätigt. Der erste Pol des Leistungsschalters 1 bei dem beide Schaltstrecken vollständig geöffnet sind, startet die Zeitmessung. Die zuletzt öffnende Schaltstrecke des Leistungsschalters 1 beendet die Messung. Die Torungszeit des Monoflops 17 kann dabei, wie am Beispiel der Messung der Gleichzeitigkeit des Sinschaitens, über den Meßartenumschaltar 5 unwirksam gemacht werden.

In Pig. 3 sind alle vorstehend beschriebenen Zustände als Impulsdiagramae dargestellt.

Weitere Messungen sind mit der beschriebenen Anordnung möglich und lassen sich bei prinzipiell gleichen Meßgrößen für unterschiedliche Kombinationen der Schaltstreck en mit dem Anwahlschalter 2 durchführen.

Damit ist mit der beschriebenen Anordnung die Möglichkeit gegeben, für Leistungsschalter 1 mit insgesamt sechs Schaltstrecken alle erforderlichen Zeitkenngrößen zu ermitteln und für die Optimierung des Schalters 1 definitiv auszuwerten.

Claims (1)

1. Schaltungsanordnung zur Messung von Zeitkenngrößen an Hochspannungs-Leistungsschaltern, mit einem durch Optokoppler galvanisch voneinander getrennten externen und internen Schaltungskreis, wobei der externe Schaltungskreis mit dem Meßobjekt und der interne Schaltungskreis mit einem Impulslängenmeßgerät verbunden ist, gekennzeichnet dadurch, daß der externe Schaltungskreis einen Anzahl se halt er (2), eine -Spannrings-. quelle (3), einen Startimpulsgeber (4), einen Meßartenumschalter (5) sowie einen Verstärker (7) enthält, wobei über den Anwahlschalter (2) die Schaltstrecken des Leistungsschalters (1) mit dem Eingang "Anode" des Optokopplers (8) verbunden sind, der Startimpulsgeber (4) einmal mit der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung (1.1) des Leistungsschalters (1), zum anderem über den Meßartenumschalter (5) mit dem Eingang des Optokopplers (12) und der Ausgang des Optokopplers (S) über den Verstärker (7) mit dein Eingang "Katode" der Optokoppler (8) verbunden ist; daß der mit einer Spannungsquelle (20) versehene interne Schaltungskreis mehrere, aus den Optokopplern (8), deren Ausgängen nachgeschalteten Verstärkern (9), zuschaltbaren Hegatoren (10) und Flip-Flop (11) bestehende Meßkanäle und einen aus den Optokoppler (12), dessen Ausgang nachgeschalteten Verstärker (13) und einen Flip-Flop (14) bestehenden Steuerkanal enthält, wobei die über UiAJiD-Gatt er und eine LSD-Fehleranzeige (15) verknüpften Ausgänge der Meßkanäle mit einem Eingang einer Zeittorung (16), den Eingang eines Monoflops (17) sowie einem Eingang einer T"EL-Lοgik-Struktur (19) verbunden sind, weitere Eingänge der ITL-Logik-Struktur (19) mit einem Ausgang des Flip-Flop (14) des Steuerkanals, mit des Meßartenurssehalter (5) sowie dem Ausgang des Monoflops (17) verbunden sind,

   der Ausgang der TTL-Lοgik-Struktur (19) mit dem Eingang des Optokopplers (β) und einem Eingang der Zeittorung (16), deren Ausgang der Eingang des Impulslängenaeßgerätes (2T) folgt, verbunden ist.

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