EP0193732B1 - Überwachungs- und Kontrolleinrichtung für Schaltgeräte und Schaltgerätekombinationen - Google Patents

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EP0193732B1
EP0193732B1 EP86101193A EP86101193A EP0193732B1 EP 0193732 B1 EP0193732 B1 EP 0193732B1 EP 86101193 A EP86101193 A EP 86101193A EP 86101193 A EP86101193 A EP 86101193A EP 0193732 B1 EP0193732 B1 EP 0193732B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
switching device
wear
switching
state
equipment according
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP86101193A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0193732A1 (de
Inventor
Gerd Dipl.-Ing. Schwarz
Herbert Dipl.-Ing. Gronau
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Publication date
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Application filed by Licentia Patent Verwaltungs GmbH filed Critical Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Publication of EP0193732A1 publication Critical patent/EP0193732A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0193732B1 publication Critical patent/EP0193732B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H2557/00—Means for control not provided for in groups B65H2551/00 - B65H2555/00
    • B65H2557/60—Details of processes or procedures
    • B65H2557/65—Details of processes or procedures for diagnosing
    • B65H2557/652—Details of processes or procedures for diagnosing need of maintenance
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H11/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of electric switches
    • H01H11/0062—Testing or measuring non-electrical properties of switches, e.g. contact velocity
    • H01H2011/0068—Testing or measuring non-electrical properties of switches, e.g. contact velocity measuring the temperature of the switch or parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H71/00—Details of the protective switches or relays covered by groups H01H73/00 - H01H83/00
    • H01H71/04—Means for indicating condition of the switching device
    • H01H2071/044—Monitoring, detection or measuring systems to establish the end of life of the switching device, can also contain other on-line monitoring systems, e.g. for detecting mechanical failures

Definitions

  • the invention relates to a device according to the preamble of claim 1.
  • switchgear or switchgear and controlgear assemblies it is often desirable to signal the time for required maintenance or inspection to the outside.
  • Burn-up indicators for the contact pieces are also known, which are mechanically operated via levers or cables are controlled, as is the recording of the number of operating hours via clock counters and temperature recorders for the temperature / time behavior.
  • electronic monitoring devices possibly equipped with sensors and processing their measured values, have also become known.
  • DE-A-31 22 109 a general switching, protection and monitoring device for low-voltage distribution systems, but without visual or acoustic display of the current operating state and thus without any information regarding the necessary maintenance intervals. The latter is a concern of a device for controlling electrical switching devices according to DE-C-27 27 378, from which the present invention is based.
  • the output current of a current transformer is used as the input variable of a switch-off current and switching piece erosion linking function converter to check the operability.
  • the output variable of the converter is given to an accumulator by means of an auxiliary switch, the content of which forms a measure of the erosion of the switch pieces caused in previous operation.
  • An electronic function memory (for example a ROM) is provided as the function converter, in which the burn-up is stored as a numerical value depending on the level of the current to be switched off. With each switch-off, the burn-up value corresponding to the instantaneous value of the current is taken for input into the summing memory. Furthermore, a comparison stage is provided which emits a signal when the sum of the burn-up values exceeds the predetermined target value.
  • maintenance intervals are selected to be very small to achieve a high level of operational reliability, there may be an uneconomical use of materials and equipment with high maintenance costs.
  • the invention has for its object to develop a monitoring and control device with which it is possible to carry out the maintenance or inspection flexibly, according to the actual requirements of the particular application, the current state of the switchgear or degree of wear and tear can be seen during operation.
  • Fig. 1 the principle is assumed to measure critical sizes in the new state of various wear parts, i.e. 0% wear corresponds to 100% expected service life (here switching cycles).
  • the respective wear is determined by numerous measurements over the number of operations. Characteristic curves (linear, degressive or progressive) are obtained as a function of the degree of wear depending on the number of switching operations. By extrapolation up to the wear limit (corresponding to the end of the service life) taking into account the scatter band, the remaining switching number to be expected is inferred. A reversal of meaning is also possible.
  • the empirically determined characteristics of the wear behavior of the different wear parts are fixed memory as a function, digitized with scatter band, as a family of curves with various parameters or multidimensionally as a reference map, possibly with its own computer program.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the measured variables detected by sensors, the changes of which are monitored, evaluated directly or determined indirectly by linking dependent data.
  • all status memories are reset to zero and only the date of manufacture is entered in a non-volatile read-only memory.
  • sensors 1 to 13 are used to record the following circuit or wear conditions: sensor 1 for the switching cycles N (number), sensor 2 the operating time t / a (long-term / date), sensor 3 temperature ⁇ 1 of the current path, sensor 4 temperature ⁇ 2 of the environment, sensors 5 to 7 for overcurrents Z1 to Z3, sensor 8 for switching / operating voltage U, sensor 9 for voltage drop ⁇ U or earth fault R E , sensor 10 for current steepness di / dt, sensor 11 for contact erosion S (indirect), sensor 12 for the contact wear ⁇ S (direct) and sensor 13 for the time constant T.
  • This status information is analog / quasianalog with LED, LCD or corresponding signal devices 17 or digital via a segment display z.
  • Suitable signal lines 18 are provided, e.g. B. data bus, fiber optic link, this information can also be given to higher-level monitoring service or alarm systems.
  • this status information can be used to immediately identify whether the switchgear / combination needs to be serviced at this or only at the next revision.
  • the display field e.g. segment display
  • the query menu field 21 i. H. Selection of the various status memories 15 by pressing a key and displaying the content on this display field, is formed (dialog traffic).
  • the corresponding status memory 15 is then reset, depending on the expansion stage, either on the device itself by means of a button or when using the test case 19 via the data bus 20. It is also possible to permanently enter the number and extent of the maintenance that has been carried out in the status memory 15, and thus to query the history of this switching device during each maintenance.
  • the status memories 15 can also be reset step by step to the required level.
  • the monitoring device can preferably be designed in various configuration levels and comfort classes, which are characterized by the number of existing input channels (sensor inputs), type of measurement value linkage (direct or indirect determination), and operating convenience (LED line, menu field, test case or acoustic coupler connection and dialog techniques such as touch screen, light pen, mouse or window technology).
  • interfaces are provided which enable interaction with other external protection systems such as fire and smoke detectors, arcing fault monitors, current rise detection systems, object protection fault alarm systems, etc.
  • this module can also be integrated as a functional unit in other devices or monitoring and protection systems. This is especially true when not only individual switchgear, but entire switchgear combinations (definition according to VDE and IEC) must be monitored.
  • a power supply unit 26 is used for infeed from the voltage network L1, L2, L3 or via current transformers or with both infeeds, which can be selected via bridges 27.
  • An accumulator 28 is provided for the buffered operation of a clock with a date or the core element 14 (microprocessor), in which all information converges and is processed.
  • the program for the microprocessor 14 and a reference map are permanently stored in a read-only memory 29 and the current state of the switching device is stored in a state memory 15.
  • the data content of the memory 15 can be changed, but cannot be lost in the event of a power failure. It is also possible to combine the two read-only memories in a common component 30, since the content of the memory 29 can also be stored in a changeable read-only memory.
  • a clock is labeled with the date.
  • This function can also be implemented by the microprocessor 14. However, continuous operation must be ensured, for example by buffering the supply voltage.
  • An LED line 17 is provided to display the current switching device status. It is also possible to use a 7-segment or an alphanumeric display with LED or LCD.
  • a special bus connection 18 can be provided for reporting the switching device status to a higher-level monitoring, service or maintenance station.
  • a button 32 for resetting the status memory 15 is only required if a bus connection is not available.
  • the operating voltage or voltage type used can be entered in stages with a switch 33.
  • Another switch 35 is used to select the map.
  • the voltage sensor 34 can consist of one or three sensors for determining the switch voltage present. A rough one is enough here Classification e.g. B. 600 V or 1000 V network.
  • Current sensors 36 are used to detect the individual phase currents or - in the case of direct current - the flowing current. If necessary, they can be used to determine the cos ⁇ from current and voltage or, in the case of direct current, the current steepness di / dt.
  • Temperature sensors 3 and 4 are e.g. B. in the vicinity of the contact pieces for detecting the temperature of the current path or for detecting the ambient temperature of the switch.
  • An auxiliary contact 1 or another type of sensor detects the switching cycles and a sensor 12 as a displacement sensor, light barrier or angle of rotation sensor determines the contact erosion directly.

Landscapes

  • Testing Electric Properties And Detecting Electric Faults (AREA)
  • Testing And Monitoring For Control Systems (AREA)

Description

  • Die Erfindung befasst sich mit einer Einrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Bei Schaltgeräten bzw. Schaltgerätekombinationen ist es oft wünschenswert, den Zeitpunkt für eine erforderliche Wartung oder Inspektion nach außen zu signalisieren. Besonders bei den Schaltgeräten für größere Nennstromstärken ist die Kenntnis z. B. des Kontaktabbrandes (Hauptschaltstücke bzw. bei mehrstufigen Systemen auch Abreißkontakte), des Kontaktdurchdruckes, des Zustandes von Lichtbogenkammern, und diverser mechanisch beanspruchter Teile von besonderem Interesse für die Zuverlässigkeit einer Anlage.
  • Bisher wurden überwiegend mechanische oder elektrische Zähleinrichtungen verwendet, mit denen die Anzahl der mechanischen Schaltspiele registriert wird. Es sind auch Abbrandanzeigen für die Schaltstücke bekannt, die mechanisch über Hebel oder Seilzüge gesteuert werden, ebenso die Erfassung der Anzahl der Betriebsstunden über Uhrenzählwerke und Temperaturschreiber für das Temperatur/Zeitverhalten. Es sind aber auch schon elektronische, ggf. mit Sensoren ausgestattete und deren Meßwerte verarbeitende überwachungsvorrichtungen bekannt geworden. Hier sei zunächst auf die DE-A-31 22 109 verwiesen, eine generelle Schalt-, Schutz- und überwachungsvorrichtung für Niederspannungsverteileranlagen, allerdings ohne optische oder akkustische Anzeige des derzeitigen Betriebszustandes und damit ohne Aussagefähigkeit bezüglich notwendiger Wartungsintervalle. Letzteres ist ein Anliegen einer Einrichtung zur Kontrolle von elektrischen Schaltgeräten gemäß DE-C-27 27 378, von der die vorliegende Erfindung ausgeht.
  • Dort wird zur Kontrolle der Betriebsfähigkeit der Ausgangsstrom eines Stromwandlers als Eingangsgrösse eines Ausschaltstrom und Schaltstückabbrand verknüpfenden Funktionsumsetzers verwendet. Die Ausgangsgröße des Umsetzers wird mittels eines Hilfsschalters auf einen Summierspeicher gegeben, dessen Inhalt ein Maß für den im bisherigen Betrieb hervorgerufenen Abbrand der Schalterstücke bildet. Als Funktionsumsetzer ist ein elektronischer Funktionsspeicher (z. B. ein ROM) vorgesehen, in dem der Abbrand in Abhängigkeit von der Höhe des abzuschaltenden Stromes als Zahlenwert gespeichert ist. Bei jeder Abschaltung wird der dem Augenblickswert des Stromes entsprechende Abbrandwert zur Eingabe in den Summierspeicher entnommen. Weiterhin ist eine Vergleichsstufe vorgesehen, die ein Signal abgibt, wenn die Summe der Abbrandwerte den vorgegebenen Sollwert überschreitet.
  • Werden Wartungsarbeiten bzw. Reparaturen oder Inspektionen nach einem starren Schema entsprechend der Anzahl der mechanischen Schaltspiele bzw. nach der Betriebsstundenzahl ausgeführt, bleiben zwangsläufig viele weitere Einflussgrössen unberücksichtigt. Die Schaltgerätehersteller müssen bei ihren Empfehlungen für diese Wartungsintervalle daher von standardisierten Betriebsverhältnissen ausgehen.
  • Tatsächlich treten jedoch beim Einsatz der Schaltgeräte zum Teil erhebliche Abweichungen von diesen Annahmen auf. Dann sind Zuverlässigkeitsaussagen für eine vorbeugende Instand setzung bei kompletten Schaltgerätekombinationen (z. 8. Industrieanlagen, Kraftwerke) sehr problematisch. So können z. B. nur drei Leistungsabschaltungen mit dem Grenzschaltvermögen den gleichen Kontaktabbrand an den Hauptschaltstücken eines Leistungsschalters bewirken wie fünftausend Abschaltungen im Nennstrombereich des Gerätes.
  • Werden die Wartungsintervalle zur Erzielung einer hohen Betriebszuverlässigkeit sehr klein gewählt, ergibt sich unter Umständen eine unökonomische Material- und Anlagennutzung bei hohen Wartungskosten.
  • Zu große Wartungsintervalle gehen zu Lasten der Betriebszuverlässigkeit und können zu einer Personen- und Anlagengefährdung und zu erheblichen Produktionsausfällen bei Anlagenstillstand führen. Betriebsanlagen, die der Imissionsschutzordnung unterliegen, sind hier besonders gefordert.
  • Der Zustand eines Schaltgerätes bzw. einer Schaltgerätekombination zwischen zwei Wartungsterminen bleibt dem Betreiber bisher weitgehend unbekannt, er erhält auch keine Meldung von eventuell aufgetretenem übermäßigem Verschleiß, der ein sofortiges Eingreifen erfordern würde.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überwachungs- und Kontrolleinrichtung zu entwickeln, mit der es möglich ist, die Wartung bzw. Inspektion flexibel, entsprechend den tatsächlichen Erfordernissen des jeweiligen Einsatzfalles durchzuführen, wobei der augenblickliche Schaltgerätezustand bzw. Abnutzungsgrad während des Betriebes erkennbar ist.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
  • Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Mit der Einrichtung nach der Erfindung sind eine Reihe von Vorteilen verbunden. So sind keine starren Schaltzahl- und Meßangaben oder Zeitintervalle für die Wartung erforderlich und es werden diejenigen Parameter berücksichtigt, die den tatsächlichen Abnutzungsgrad der Schaltgeräte beeinflussen. Weiterhin wird die Materialausnutzung verbessert, Revisionstermine besser abschätzbar und auch eine Aussage ermöglicht, ob eine Überholung des Schaltgerätes noch lohnt. Schließlich besteht die Möglichkeit, die Vorgeschichte (bereits durchgeführte Wartungen) zu speichern.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt.
    Es zeigt
    • Fig. 1
    das prinzipielle Abnutzungsverhalten eines Gerätes am Beispiel eines Diagrammes über die Abhängigkeit des Abnutzungsgrades von der Anzahl der Schaltspiele,
    Fig. 2
    ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Wirkungsprinzips und
    Fig. 3
    ein Schaltbild für das Zusammenwirken eines Schaltgerätes mit der Überwachungs- und Kontrolleinrichtung.
  • Nach Fig. 1 wird von dem Prinzip ausgegangen, kritische Größen im Neuzustand diverser Verschleißteile zu messen, d.h. 0 % Abnutzung entspricht noch 100 % zu erwartender Lebensdauer (hier Schaltspiele). Durch Vielzahlmessungen über die Schaltzahl wird die jeweilige Abnutzung ermittelt. Man erhält Kennlinien (linear, degressiv oder progressiv) über die Abhängigkeit des Abnutzungsgrades von der Anzahl der Schaltungen. Durch Extrapolation bis zur Verschleißgrenze (entsprechend Ende der Lebensdauer) unter Berücksichtigung des Streubandes wird auf die noch zu erwartende Restschaltzahl geschlossen. Eine Bedeutungsumkehr ist ebenfalls möglich.
  • Die empirisch ermittelten Kennlinien des Abnutzungsverhaltens der verschiedenen Verschleißteile werden in einem Festwert speicher als Funktion, digitalisiert mit Streuband, als Kurvenschar mit verschiedenen Parametern oder mehrdimensional als Referenzkennfeld, gegebenenfalls mit eigenem Rechenprogramm, fest gespeichert.
  • Die Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der über Sensoren erfassten Meßgrößen, deren Änderung überwacht, direkt bewertet oder indirekt durch Verknüpfung von abhängigen Daten ermittelt werden.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, nach der Fertigstellung des Schaltgerätes bzw. der Schaltgerätekombination, alle Zustandsspeicher auf Null zurückzustellen und lediglich das Herstelldatum in einen nichtflüchtigen Festwertspeicher einzutragen.
  • Mittels Sensoren 1 bis 13 werden Abnutzungsgrade bzw. Verschleißzustände und vom Normalverhalten abweichende Zustände direkt erfasst oder indirekt durch Verknüpfung von Analogiedaten über ein eigenes Software-Programm errechnet. Alle so gewonnenen Informationen werden in einem Kernelement 14, einem Mikroprozessor, verarbeitet und das Ergebnis in dem Zustandsspeicher 15 (veränderbarer, abfragefähiger Festwertspeicher) abgespeichert.
  • So können z. B. die Sensoren 1 bis 13 für die Erfassung folgender Schaltkreis- bzw. Verschleißzustände dienen: Sensor 1 für die Schaltspiele N (Anzahl), Sensor 2 die Betriebszeit t/a (Langzeit/Datum), Sensor 3 Temperatur ϑ 1 der Strombahn, Sensor 4 Temperatur ϑ 2 der Umgebung, Sensor 5 bis 7 für Überströme Z1 bis Z3, Sensor 8 für Schalt-/Betriebsspannung U , Sensor 9 für Spannungsabfall Δ U oder Erdschluß RE, Sensor 10 für Stromsteilheit di/dt, Sensor 11 für den Kontaktabbrand S (indirekt), Sensor 12 für den Kontaktabbrand ΔS (direkt) und Sensor 13 für die Zeitkonstante T.
  • Der Kontaktabbrand kann dabei direkt über Weg- oder Winkel-Meßsensoren, über optische Positionsmeldung oder magnetische Näherungsmelder festgestellt werden. Oder auch indirekt durch Verknüpfen der den Abbrand beeinflussenden Analogiedaten, wie Stromhöhe, Schaltspannung, cos φ, Anzahl der Schaltungen und Schaltaugenblick (bei Wechselstrom), auch Stromsteilheit di/dt bzw. die Zeitkonstante T = L/R (bei Gleichstrom) in einem eigenen Programm und Vergleich mit den empirisch ermittelten und in einem Kennfeld gespeicherten Daten.
  • Vom Zeitpunkt der Inbetriebnahme an werden alle verschleißrelevanten Ereignisse erfasst, je nach Einflußhöhe unterschiedlich stark bewertet und als fiktive "Verschleiß-Schaltzahl" entsprechend aufsummiert und getrennt in Zustandsspeichern 15 eingetragen. Danach folgt ein Vergleich mit den im Referenzkennfeldspeicher 16 vorgegebenen Referenzwerten, durch Extrapolation auf die Verschleißgrenze wird die noch vorhandene Restschaltzahl bzw. der augenblickliche Gesamtzustand ermittelt.
  • Diese Zustandsinformation wird analog/quasianalog mit LED, LCD oder entsprechenden Signaleinrichtungen 17 oder digital über eine Segmentanzeige z. B. LCD-Segmentdisplay direkt am Schaltgerät bzw. Kombination ablesbar. Werden geeignete Signalleitungen 18 vorgesehen, z. B. Datenbus, Glasfaserstrecke, kann diese Information auch an übergeordnete Überwachungs-Service- oder Alarmsysteme gegeben werden.
  • In einer größeren Anlage (z. B. Kraftwerke, Industriebetrieb, Schiff u. ä.) kann aufgrund dieser Zustandsinformation sofort erkannt werden, ob das Schaltgerät/Kombination bei dieser oder erst bei der nächsten Revision gewartet werden muß.
  • Noch aussagefähiger ist die Abfrage des momentanen Zustandes mit einem Testkoffer 19 oder einem Computer, der über einen Busanschluß 20 mit dem Mikroprozessor 14 oder mittels Akustikkoppler über das Fernsprechnetz kommuniziert. Damit lassen sich die in den Zustandsspeichern 15 eingetragenen "Verschleiß-Schaltzahlen" einzeln abfragen, so daß gegebenenfalls erkennbar wird, welches Verschleißereignis zur akuten Wartungsanzeige geführt hat; ob z. B. erhöhter Kontaktabbrand oder die hohe Anzahl mechanischer Schaltspiele die Ursache sind (eine Art Eigendiagnose). Sind die Sensoren für die Kurzschluß- und Überlasterfassung geschaltet, läßt sich z. B. feststellen, ob der Kontaktabbrand durch wenige Kurzschlußabschaltungen oder durch häufige Überlastschaltungen verursacht wurde.
  • Wird eine Schaltgerätekombination überwacht, läßt sich erkennen, welche Schaltgeräte einer Anlage besonders stark beansprucht werden.
  • Ein bedeutender Vorteil ergibt sich bei der Wartung ohne Testkoffer, wenn das Anzeigefeld (z. B. Segmentdisplay) am Schaltgerät als Abfrage-Menüfeld 21, d. h. Anwahl der verschiedenen Zustandsspeicher 15 per Tastendruck und Anzeige des Inhalts auf diesem Anzeigefeld, ausgebildet wird (Dialogverkehr).
  • Dadurch ergibt sich eine sehr kostengünstige, zeitsparende selektive Wartung, bei der nur die wirklich erforderlichen Arbeiten ausgeführt werden.
  • Nach Durchführung der Wartungsarbeiten wird dann der entsprechende Zustandsspeicher 15, je nach Ausbaustufe, entweder am Gerät selbst durch eine Taste oder bei Benutzung des Testkoffers 19 über den Datenbus 20 zurückgesetzt. Dabei ist es auch möglich, die erfolgten Wartungen mit Anzahl und Umfang im Zustandsspeicher 15 fest einzutragen, und damit bei jeder Wartung die Vorgeschichte dieses Schaltgerätes abzufragen.
  • Werden wegen besonderer Einsatzbedingungen kürzere Wartungsintervalle benötigt, lassen sich die Zustandsspeicher 15 auch nur schrittweise bis auf das erforderliche Maß zurücksetzen.
  • Bemerkenswert ist der direkte Signalfluß von einigen kritischen Zustands-Meßgrößen, die beim Überschreiten vorbestimmter Grenzen "durchschlagende" Wirkung haben, dargestellt mit doppeltem Pfeilstrich. Überschreitet z. B. die Temperatur der Schaltgerätestrombahn (Sensoren Bund 6) in Relation zum fliessenden Strom einen vorbestimmten Wert erheblich, kann ein nach Dringlichkeit gestufter Alarm 22, 23, 24 über eine Alarmbewertungsstufe gegeben werden oder das Schaltgerät 25 unverzüglich abgeschaltet werden. Dieser Fall könnte z. W. bei gebrochenen bzw. gelösten Schraub- oder Lötverbindungen in der Strombahn eintreten. Da diese Störung von den üblichen Überstromauslösern nicht bemerkt würde, könnte es zum Totalausfall des Gerätes kommen.
  • Die Überwachungseinrichtung kann vorzugsweise in verschiedenen Ausbaustufen und Komfortklassen ausgeführt werden, die sich durch die Anzahl der vorhandenen Eingangskanäle (Sensoreingänge), Art der Meßwertverknüpfung (direkte oder indirekte Ermittlung), und Bedien-Komfort (LED-Zeile, Menüfeld, Testkoffer oder Akustikkoppleranschluß sowie Dialogtechniken wie Touch Screen, Leuchtstift, Maus- oder Window-Technik).
  • In einer Ausführungsform sind Schnittstellen vorgesehen, die ein Zusammenwirken mit anderen externen Schutzsystemen wie Feuer- und Rauchmelder, Störlichtbogenwächter, Stromanstiegserfassungssystemen, Objektschutzstörwertmeldesystemen usw. ermöglichen.
  • Werden die diskreten Baugruppen hardwaremässig zusammengefasst bzw. hochintegriert, läßt sich dieser Baustein auch als Funktionseinheit in andere Geräte oder Überwachungs- und Schutzsysteme integrieren. Das gilt besonders, wenn nicht nur einzelne Schaltgeräte, sondern ganze Schaltgerätekombinationen (Definition gemäß VDE und IEC) zu überwachen sind.
  • In der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 sind zur Überwachung eines Schaltgerätes 25 die folgenden Bausteine vorgesehen:
  • Ein Netzteil 26 dient zur Einspeisung aus dem Spannungsnetz L1, L2, L3 oder über Stromwandler oder auch mit beiden Einspeisungen, die über Brücken 27 wählbar sind. Ein Akkumulator 28 ist zum gepufferten Betrieb einer Uhr mit Datum oder dem Kernelement 14 (Mikroprozessor) vorgesehen, in dem alle Informationen zusammenlaufen und verarbeitet werden. In einem Festwertspeicher 29 sind das Programm für den Mikroprozessor 14 und ein Referenzkennfeld fest gespeichert und in einem Zustandsspeicher 15 der aktuelle Zustand des Schaltgerätes abgespeichert. Der Dateninhalt des Speichers 15 kann verändert, nicht aber bei einem Spannungsausfall verlorengehen. Es ist auch möglich, die beiden Festwertspeicher in einem gemeinsamen Bauteil 30 zusammenzufassen, da auch der Inhalt des Speichers 29 in einem veränderbaren Festwertspeicher abgelegt werden kann.
  • Mit 31 ist eine Uhr mit Datum bezeichnet. Diese Funktion kann auch durch den Mikroprozessor 14 verwirklicht werden. Es muß jedoch ein ständiger Betrieb, beispielsweise durch Pufferung der Versorgungsspannung, gewährleistet sein.
  • Zur Anzeige des momentanen Schaltgerätezustandes ist eine LED-Zeile 17 vorgesehen. Ebenso ist die Verwendung einer 7-Segment bzw. einer alphanumerischen Anzeige mit LED oder LCD möglich. Für die Meldung des Schaltgerätezustandes an eine übergeordnete Überwachungs-, Service- bzw. Wartungsstation kann ein besonderer Busanschluß 18 vorgesehen sein.
  • Ein Taster 32 zum Zurücksetzen des Zustandsspeichers 15 ist nur erforderlich, wenn ein Busanschluß nicht vorhanden ist. Mit einem Schalter 33 kann als Alternative zu Spannungsmeßwertgebern 34 die verwendete Betriebsspannung bzw. die Spannungsart stufig eingegeben werden. Ein weiterer Schalter 35 dient zur Wahl des Kennfeldes. Der Spannungsmeßwertgeber 34 kann aus einem oder aus drei Gebern zur Feststellung der anstehenden Schalterspannung bestehen. Hier reicht eine grobe Klassifizierung z. B. 600 V oder 1000 V - Netz aus.
  • Strommeßwertgeber 36 dienen zur Erfassung der einzelnen Phasenströme bzw. - bei Gleichstrom - des fließenden Stromes. Gegebenenfalls kann mit ihnen aus Strom und Spannung der cos φ bzw. bei Gleichstrom auch die Stromsteilheit di/dt ermittelt werden.
  • Temperaturmeßwertgeber 3 und 4 sind z. B. in der Nähe der Schaltstücke zur Erfassung der Temperatur der Strombahn bzw. zur Erfassung der Umgebungstemperatur des Schalters angeordnet.
  • Ein Hilfsschaltstück 1 oder ein anders gearteter Sensor erfasst die Schaltspiele und ein Sensor 12 als Weggeber, Lichtschranke oder Drehwinkelgeber ermittelt direkt den Kontaktabbrand.
  • Mit Bauelementen lassen sich folgende Ereignisse bzw. Zustände des dreipolig dargestellten Schaltgerätes 25 bewerten:
    • Anzahl der mechanischen Schaltspiele durch Hilfskontakt 1. Wenn µP-Pufferung gewählt wird, kann diese Bewertung alle Schaltspiele erfassen, sonst nur die, die bei anstehender Versorgungsspannung stattfinden.
    • Anzahl der elektrischen Schaltspiele durch Hilfskontakt 1 und Strommeßwertgeber 36.
    • Betriebsstunden durch Uhr 31 mit Datum.
    • Lagerzeit durch Uhr 31 mit Datum.
    • Zustand der Lagerfette des Schaltgerätes 25 indirekt durch Bewertung der Betriebszeit, Lagerzeit, Anzahl der Schaltspiele und Umgebungstemperaturgeber. Bei Pufferung von µP und Temperaturgeber lässt sich auch die Lagertemperatur mitbewerten.
    • Zustand der Schaltkontakte (z. B. Abbrand) indirekt durch Bewertung von
      • . Anzahl der elektrischen Schaltspiele
      • . Anzahl der Nennstromabschaltungen
      • . Anzahl der Überstromabschaltungen Z1(1 x IE), Z2 (2 x IE) und Z3 (15 x IE) (Sensoren 5, 6, 7 der Fig. 2)
      • . Höhe der jeweiligen Abschaltleistung durch Einbeziehung der Schaltspannung und des cos φ
      • . Höhe der jeweiligen Einschaltleistung
      • . Kontaktabbrand indirekt über die Bewertung von Strom und Temperatur der jeweiligen Strombahn
    • Zustand der Schaltkontakte (z. B. Abbrand)
    • Direkt durch Änderungsmessung des Winkels oder Weges oder der Position von Teilen.
    • Zustand der Lichtbogenlöschkammern indirekte Bewertung wie bei Schaltkontakten, jedoch ohne Kontaktabbrand.
    • Zustand der Schaltmechanik indirekt durch Bewertung vom Zustand der Schaltkontakte (erbrachte Ein/Ausschaltleistung) sowie den Zustand der Lagerfette (Betriebszeit, Lagerzeit, Temperatur, Anzahl der Schaltspiele)
    • Weitere Hardware-Sensoren sind denkbar und würden die Genauigkeit der Bewertung wesentlich erhöhen. Beispielsweise lässt sich der Kontaktabbrand auch über Winkel- oder Weggeber direkt erfassen, so daß man nicht auf die oben angeführte indirekte Bewertung angewiesen ist.
      Ebenso könnten geeignete Sensoren (z. B. Optik) das Lagerspiel der Schaltmechanik, die Position bzw. die Positionsänderungen verschleißbestimmender Teile überwachen.

Claims (7)

  1. überwachungs- und Kontrolleinrichtung für elektrische Schaltgeräte und Schaltgerätekombinationen zur Gewinnung flexibler Wartungs- bzw. Inspektionszeitpunkte unter Verwendung veränderbarer, abfragefähiger elektronischer Festkörperspeicher, wobei Istwerte von Betriebsgrößen gemessen, aufbereitet, mit abgespeicherten Grenzwerten verglichen und daraus Messignale abgeleitet werden,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß eine Mehrzahl von Sensoren (1 - 13) vorgesehen ist, die neben den Betriebsgrößen auftretende Betriebsereignisse sowie den Abnutzungszustand von Komponenten des Schaltgerätes (25) bzw. der Schaltgerätekombinationen erfassen, dass innerhalb der überwachungs- und Kontrolleinrichtung diese erfassten Meßwerte digitalisiert und einem Mikroprozessor (14) zugeführt werden, mit dem für einzelne Geräte-Komponenten und deren zugehörige Schmierstoffe aus den Messwerten mittels Analogiegleichungen über eine Verschleiss-Schaltzahl anhand von gespeicherten Abnutzungs-Kennlinien und/oder -Kennflächen ein Abnutzungszustand ermittelt, in den Festkörperspeichern (15) abgespeichert und auf einem Display angezeigt wird.
  2. Einrichtung nach Patentanspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Display (17) unmittelbar dem Schaltgerät (25) bzw. der Schaltgerätekombination zugeordnet ist.
  3. Einrichtung nach Patentanspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Anzeige des Schaltgerätezustandes über einen Datenbus in einer übergeordneten überwachungsstation erfolgt.
  4. Einrichtung nach einem der Patentansprüche 1, 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß mit der Anzeige bei einem kritischen Schaltgerätezustand gegebenenfalls ein nach Dringlichkeit gestufter Alarm (22, 23, 24) ausgegeben wird.
  5. Einrichtung nach Patentanspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß an den Mikroprozessor (14) eine tranportable Prüfeinrichtung (19) (Testkoffer) über einen Datenbus (2O) anschließar ist.
  6. Einrichtung nach den Patentansprüchen 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein einen Dialogverkehr zulassendes LCD-Display (17) am Schaltgerät (25) vorgesehen ist.
  7. Einrichtung nach Patentanspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß an den Mikroprozessor (14) ein Akkustikkoppler anschliessbar ist, mit dem über das Fernsprechnetz Daten abrufbar sind.
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