EP1120801A2 - Verfahren zur Überwachung des Kontaktabbrandes bei Stufenschaltern - Google Patents

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EP1120801A2
EP1120801A2 EP00127394A EP00127394A EP1120801A2 EP 1120801 A2 EP1120801 A2 EP 1120801A2 EP 00127394 A EP00127394 A EP 00127394A EP 00127394 A EP00127394 A EP 00127394A EP 1120801 A2 EP1120801 A2 EP 1120801A2
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EP
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contact
switching
erosion
burn
contacts
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EP00127394A
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English (en)
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EP1120801B1 (de
EP1120801A3 (de
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Dieter Dr.-Ing. Dohnal
Rainer Dipl.-Ing. Frotscher (Tu)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Scheubeck GmbH and Co
Original Assignee
Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
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Publication date
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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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/0005—Tap change devices
    • H01H2009/0061—Monitoring tap change switching devices

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring the contact erosion in tap changers, especially the contact erosion of arcing contacts, where these contacts as mechanical switch contacts are formed.
  • Step switches have been used for uninterrupted switching between different for many years Winding taps of step transformers in large numbers in use worldwide.
  • Such Tap changers usually consist of a selector to select the respective one without power Winding tap of the step transformer to be switched to, and one Diverter switch for the actual switchover from the previous to the new, preselected Winding tapping.
  • the diverter switch usually has switch contacts and Resistance contacts. The switch contacts serve for the direct connection of the respective Winding tapping with the load discharge, the resistance contacts for short-term wiring, d. H. Bridging by means of one or more series resistors.
  • the switching and resistance contacts of such tap changers usually consist of one Arc-resistant copper-tungsten alloy. When switching these contacts arise Regular arcs that melt or burn small amounts of the contact material and thus lead to contact erosion. The contact erosion of switching and resistance contacts is thus an important criterion for assessing the status of a tap changer and for Prediction of necessary inspections. All diverter switch systems of tap changers their kinematics are somewhat dependent on the switching and Resistance contacts. If the contacts burn to different extents, the switching and Overlapping times of the individual switching steps within the sequence when switching the load change in such a way that safe functioning is no longer guaranteed. Therefore, in the Inspection instructions for on-load tap-changers usually show the permissible differences in combustion Burn-up limits specified. If these limits are exceeded, the contacts must either replaced by new ones or switching and resistance contacts must be against each other it will be exchanged. If a contact has completely burned down, it must be replaced anyway.
  • WO97 / 28549 describes a corresponding basic monitoring of the respective switching movement, that is to say the time sequence during the switching operation.
  • WO96 / 13732 describes a method with an additional signal line, the insulation destruction of which should be a criterion for a worn switch contact.
  • Japanese Laid-Open Hei-4-64206 describes a method in which a calculation is made depending on the number of circuits performed by a tap changer.
  • DE-OS 27 27 378 is a device for checking the operability of Switching devices are generally known, the burn-off from load current measurements a current transformer. This device is for the special conditions at tap changers not suitable.
  • the object of the invention is to provide a method for monitoring the contact erosion Step switches to indicate that in a reliable and simple way and yet accurate the contacts burn off without the need for a visual inspection or measurements on each contact is permitted and in the event of deviations beyond a predetermined level corresponding error messages are generated.
  • the contact erosion is each in the inventive method Contact determined using a burn rate A.
  • the individual process steps can be carried out in one Computer are carried out in advance of the characteristic parameters of each Type of tap changer on whose contacts the contact erosion is to be monitored, and Burn-up limit values, above which a warning or other message is generated should not be saved volatile.
  • the contact erosion of the respective switching or resistance contact is determined in volume units of the erosable contact material, for example in mm 3 , on the basis of a specific erosion rate A.
  • This burn rate A with the physical unit mm 3 / circuit, ie volume unit / circuit, is a material and current-dependent parameter.
  • the burn-up rate A is particularly advantageously as follows:
  • J is the current to be switched off by the contact of the tap changer to be monitored. It arises in a known manner from the current load current of the transformer that is measured, the current step voltage between two adjacent winding taps, between which switching takes place, and the respective version of the step switch.
  • Sizes a and b are tap-changer-specific parameters that are not saved in a volatile manner beforehand - as has already been explained above.
  • the factor a is in the range of 10 -5 ... 10 -2 .
  • a is preferably 8.5 ⁇ 10 -5 .
  • the value for b is in the range of 0.8 ... 2.2.
  • b is preferably 1.16.
  • the described determination of the Burn-up rate a is framed by a tolerance band, which is taken into account for reliable statements must become.
  • the burn-up rate it is also possible to increase the accuracy of the determination of the burn-up rate even further, for example to predict the service life of the contacts, by adjusting the burn-up rate, so that a safety margin is no longer applied across the board, but is determined iteratively becomes.
  • the actual contact erosion is measured according to a representative number of operations. This can be done as part of a routine inspection that is required anyway.
  • the actual volume burnup for each contact is determined from the measured values and compared with the volume burnup determined according to the invention.
  • a correction factor f Volume erosion measured accumulated volume burn-up calculated can then be used to determine the burn rate as follows:
  • the arithmetically determined burn rate A is converted into one method integrated to monitor contact erosion.
  • the overall method according to the invention thus includes both the determination of the burn rate A and the subsequent determination of the cumulative contact erosion at the respective switching contact and the subsequent one Generation of situation-related warnings or other messages.
  • the particular advantage of the method according to the invention is that it is simple Way of monitoring the contact erosion of the contacts in the tap changer, without these contacts even for visual inspections, measurements on them or in any other way must be accessible.
  • Another advantage of the invention is that the method according to the invention can be carried out without further into a complex tap changer and / or transformer monitoring system can be implemented.
  • the method according to the invention makes it possible to reliably state when a Replacement of the contacts in the respective tap changer is actually necessary. On the one hand Avoided that contacts are exchanged prematurely for supposed security reasons, which is unnecessary and costly, but on the other hand also avoids that one actually necessary contact exchange is not recognized or delayed unacceptably, which leads to Malfunction and serious damage.
  • This first method step initiates initialization, ie the adaptation to the respective tap changer whose contacts are to be monitored.
  • An index n is set to zero; the system is now ready for use.
  • the current tap changer position is also determined by a position indicator. If the tap changer is now actuated by a switching pulse, a corresponding motor drive moves the tap changer in the "higher” or “lower” direction depending on the direction of rotation. With this and every further actuation, the index n is increased by 1. At the same time, the load current J L is measured.
  • the corresponding nominal step voltage for the current circuit is read from the non-volatile memory.
  • the direction in which the switching was carried out is determined, and both the new tap changer position and the respective diverter switch side, the contacts of which are arcing, are determined.
  • ParSek means the number of parallel sectors of the diverter switch, ie the parallel connection of individual switch contacts, U S is the respective nominal step voltage and S res is the resulting current division.
  • R ü is the size of the transition resistance.
  • burn-up rates are calculated below. Various options for calculating these burn-up rates have already been discussed above.
  • the cumulative volume erosion is subsequently determined, ie for each switching and resistance contact, the arithmetically determined erosion for this circuit is added to the total erosion, which has resulted from all the previous circuits, and stored as a new volume erosion.
  • n denotes the index already explained, which is increased by 1 each time the tap changer is actuated.
  • the accumulation in mm contact thickness is then calculated from this cumulative volume erosion in mm 3 .
  • F is the respective contact surface of the corresponding contact
  • k is a switch-specific one Correction factor.
  • the combustion values calculated in this way thus represent the total accumulated erosion of the respective contact in mm, d. H. the deviation from the contact thickness in the New condition.
  • FIG. 2 shows a further developed method according to the invention. Additional method steps are added to the method already explained with reference to FIG. 1, which make the entire method capable of learning. So far it has been described that the contact erosion is subject to certain fluctuations, which are taken into account by the security surcharge. If the accuracy of the burn-up calculation is now to be increased, this can be done according to these further method steps by adapting the burn-up rate. For this purpose, after a representative number of operations of the tap changer, for. B. after 10,000 switching operations per contact, the actual contact erosion, usually measured in mm contact thickness. This can be done as part of a routine inspection. The volume erosion for each contact is determined from the measured values and compared with the calculated volume erosion of this contact using the method according to the invention.
  • the index i denotes the number of inspections carried out, i. H. Measurements of the actual volume erosion. This is the accuracy of the method according to the invention continuously improved; the system is self-learning.

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  • Housings And Mounting Of Transformers (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Kontaktabbrandes, wobei bei jeder Lastumschaltung aus dem gemessenen Wert des Laststromes und der jeweiligen Nenn-Stufenspannung die Schaltströme der jeweils abschaltenden Kontakte und aus diesen die jeweiligen Abbrandraten ermittelt werden. Nachfolgend werden aus diesen Abbrandraten die kumulierten Volumenabbrände der Schaltkontakte und Widerstandskontakte des Stufenschalters ermittelt und mit Grenzwerten verglichen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Kontaktabbrandes bei Stufenschaltern, speziell des Kontaktabbrandes von Lichtbogen schaltenden Kontakten, bei denen diese Kontakte als mechanische Schaltkontakte ausgebildet sind.
Stufenschalter sind seit vielen Jahren zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen verschiedenen Wicklungsanzapfungen von Stufentransformatoren in großen Zahlen weltweit im Einsatz. Solche Stufenschalter bestehen üblicherweise aus einem Wähler zur leistungslosen Anwahl der jeweiligen Wicklungsanzapfung des Stufentransformators, auf die umgeschaltet werden soll, und einem Lastumschalter zur eigentlichen Umschaltung von der bisherigen auf die neue, vorgewählte Wicklungsanzapfung. Der Lastumschalter weist dazu üblicherweise Schaltkontakte und Widerstandskontakte auf. Die Schaltkontakte dienen dabei zur direkten Verbindung der jeweiligen Wicklungsanzapfung mit der Lastableitung, die Widerstandskontakte zur kurzzeitigen Beschaltung, d. h. Überbrückung mittels eines oder mehrerer Überschaltwiderstände. Zwar sind in den letzten Jahren auch bereits Lastumschalter mit Thyristoren oder auch Vakuumschaltzellen als Schaltelementen bekannt geworden, dennoch weist die überwiegende Zahl aller in Betrieb befindlichen Lastumschalter heute und wohl auch in nächster Zeit noch mechanische Kontakte auf.
Die Schalt- und Widerstandskontakte solcher Stufenschalter bestehen üblicherweise aus einer lichtbogenresistenten Kupfer-Wolfram-Legierung. Beim Schalten dieser Kontakte entstehen regelmäßig Lichtbögen, die geringe Mengen des Kontaktmaterials abschmelzen bzw. verbrennen und so zu einem Kontaktabbrand führen. Der Kontaktabbrand von Schalt- und Widerstandskontakten ist somit ein wichtiges Kriterium zur Beurteilung des Zustandes eines Stufenschalters sowie zur Vorhersage notwendig werdender Inspektionen. Alle Lastumschalter-Systeme von Stufenschaltern sind in ihrer Kinematik in gewisser Weise abhängig vom Abbrand der Schalt- und Widerstandskontakte. Brennen die Kontakte unterschiedlich stark ab, so können sich die Schalt- und Überlappungszeiten der einzelnen Schaltschritte innerhalb der Sequenz bei einer Lastumschaltung derart verändern, dass ein sicheres Funktionieren nicht mehr gewährleistet ist. Daher sind in den Inspektionsanleitungen von Stufenschaltern üblicherweise die zulässigen Abbrandunterschiede bzw. Abbrandgrenzwerte angegeben. Werden diese Grenzen überschritten, müssen die Kontakte entweder durch neue ersetzt werden oder es müssen Schalt- und Widerstandskontakte gegeneinander getauscht werden. Ist ein Kontakt vollständig abgebrannt, muss er ohnehin ersetzt werden.
Es sind bereits zahlreiche Verfahren bekannt geworden, mit denen eine solche Kontaktverschleißüberwachung bzw. - daraus abgeleitet - eine Restlebensdauerermittlung an Stufenschaltern oder an anderen Hochspannungsschaltkontakten erfolgen soll. Die bekannten Verfahren lassen sich in verschiedene Gruppen einteilen:
Aus der DE-GM 296 19 365 und EP 0 948 006 sind rein optische Verfahren zur Restlebensdaueranzeige bzw. zur Abbrandanzeige bekannt.
Aus den DE-OS 35 15 027 und DE-PS 40 28 721 sind Verfahren bekannt, bei denen der Bogenstrom zwischen den Kontakten ermittelt und als Kriterium verwendet wird.
Aus der DE-PS 195 44 926 ist ein Verfahren unter Verwendung der Lichtbogenspannung bekannt.
Die DE-OS 44 27 006 beschreibt ein Verfahren, bei dem der Kontaktdurchdruck der Schaltstücke als Ersatzkriterium für den Kontaktabbrand verwendet wird.
Die WO97/28549 beschreibt eine entsprechende zugrundeliegende Überwachung der jeweiligen Schaltbewegung, d. h. der zeitlichen Sequenz bei der Schalthandlung.
In der WO96/13732 ist ein Verfahren mit einer zusätzlichen Signalleitung beschrieben, deren Isolationszerstörung Kriterium für einen abgenutzten Schaltkontakt sein soll.
Die japanische Offenlegung Hei-4-64206 beschreibt ein Verfahren, bei dem eine Berechnung in Abhängigkeit von der Zahl der von einem Stufenschalter durchgeführten Schaltungen erfolgt.
Aus der DE 195 30 776 C1 ist weiterhin ein Verfahren zur Überwachung eines Lastumschalters für einen Stufenschalter bekannt, wobei während der Lastumschaltung auftretende Lichtbögen zeitlich erfasst werden und durch Vergleich der Zeiten zwischen den einzelnen Lichtbögen sowie ggf. einen zusätzlichen Vergleich der Länge der einzelnen Lichtbögen mit jeweils vorgegebenen Sollwerten, die als charakteristische Größen des jeweiligen Stufenschalters nicht flüchtig gespeichert sind, eine Funktionsüberwachung erfolgt. Mit diesem Verfahren lässt sich durch den Vergleich der jeweiligen tatsächlichen Zeiten zwischen den einzelnen Lichtbögen mit den entsprechenden Sollwerten indirekt erkennen, wenn die Lebensdauer von Kontakten überschritten, d. h. deren Kontaktabbrand über das zulässige Maß hinaus fortgeschritten ist. Eine direkte Erfassung und Überwachung des Kontaktabbrandes ist jedoch nicht möglich.
Aus der DE-OS 27 27 378 schließlich ist eine Einrichtung zur Kontrolle der Betriebsfähigkeit von Schaltgeräten ganz allgemein bekannt, wobei der Abbrand hierbei aus Laststrommessungen mittels eines Stromwandlers erfolgt. Für die speziellen Verhältnisse an Stufenschaltern ist diese Einrichtung nicht geeignet.
Die beschriebenen Verfahren haben sich bei Stufenschaltern aus den unterschiedlichsten Gründen bisher nicht durchsetzen können. Direkte optische und mechanische Verfahren sind wegen der Lage der zu überwachenden Kontakte im Inneren des - üblicherweise ölgefüllten - Stufenschalters nicht praktikabel, Verfahren, die zusätzliche Messleitungen oder ähnliches erfordern, die vom Inneren des Stufenschalters nach außen geführt werden müssen, sind aus Gründen der Spannungsfestigkeit ungeeignet. Verfahren, die den Bogenstrom, die Bogenspannung oder die Zahl der absolvierten Schaltungen zugrunde legen, führen nicht zu zuverlässigen Ergebnissen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Überwachung des Kontaktabbrandes bei Stufenschaltern anzugeben, das auf zuverlässige und möglichst einfache Weise und dennoch exakt den Abbrand der Kontakte ohne erforderliche Sichtprüfung oder erforderliche Messungen am jeweiligen Kontakt gestattet und bei Abweichungen über ein vorab festgelegtes Maß hinaus entsprechende Fehlermeldungen generiert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Auf besonders vorteilhafte Weise wird beim erfindungsgemäßen Verfahren der Kontaktabbrand jedes Kontaktes an Hand einer Abbrandrate A ermittelt. Die einzelnen Verfahrensschritte können in einem Rechner durchgeführt werden, in dem vorab die charakteristischen Parameter des jeweiligen Stufenschaltertyps, an dessen Kontakten der Kontaktabbrand überwacht werden soll, sowie Abbrandgrenzwerte, bei deren Überschreitung eine Warnung oder sonstige Meldung generiert werden soll, nicht flüchtig gespeichert werden.
Wie bereits ausgeführt, wird beim erfindungsgemäßen Verfahren der Kontaktabbrand des jeweiligen Schalt- oder Widerstandskontaktes in Volumeneinheiten des abbrennbaren Kontaktmaterials, etwa in mm3, an Hand einer spezifischen Abbrandrate A ermittelt. Diese Abbrandrate A mit der physikalischen Einheit mm3/Schaltung, d. h. Volumeneinheit/Schaltung, ist dabei eine material- und stromabhängige Kenngröße.
Die Abbrandrate A ergibt sich dabei besonders vorteilhaft folgendermaßen:
Figure 00030001
Dabei ist J der von dem zu überwachenden Kontakt des Stufenschalters abzuschaltende Strom. Er ergibt sich rechnerisch auf bekannte Weise aus dem aktuellen Laststrom des Transformators, der gemessen wird, der aktuellen Stufenspannung zwischen zwei benachbarten Wicklungsanzapfungen, zwischen denen umgeschaltet wird, und der jeweiligen Ausführung des Stufenschalters.
Die Größen a und b sind stufenschalterspezifische Kenngrößen, die vorab - wie weiter oben bereits erläutert wurde - nicht flüchtig gespeichert werden. Der Faktor a liegt dabei im Bereich von 10-5 ...10-2. Für den bekannten Stufenschalter Typ M der Anmelderin etwa beträgt a vorzugsweise 8,5 · 10-5.
Der Wert für b liegt im Bereich von 0,8...2,2. Für den bereits erwähnten Stufenschalter Typ M beträgt b vorzugsweise 1,16.
Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die beschriebene Ermittlung der Abbrandrate a von einem Toleranzband umrahmt, das für zuverlässige Aussagen berücksichtigt werden muss.
Es hat sich nämlich gezeigt, dass der Kontaktabbrand vielfältigen, nicht vorhersehbaren und schwer rechnerisch beschreibbaren Einflüssen unterliegt, die zu gewissen Schwankungen führen können. Somit wird ein Sicherheitszuschlag s in der Größenordnung von etwa 10...12 % eingeführt. Damit sind alle üblichen in der Praxis vorkommenden Schwankungen abgedeckt. Nach dieser Weiterbildung der Erfindung ergibt sich dann die Abbrandrate A wie folgt:
Figure 00030002
Bei dieser Ermittlung der Abbrandrate wird, wie erläutert, gewissen Schwankungen durch den Sicherheitszuschlag s pauschal Rechnung getragen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es auch möglich, die Genauigkeit der Ermittlung der Abbrandrate noch weiter zu erhöhen, beispielsweise zur Lebensdauer-Vorhersage der Kontakte, indem eine Anpassung der Abbrandrate vorgenommen wird, ein Sicherheitszuschlag also nicht mehr pauschal angesetzt, sondern iterativ ermittelt wird. Dazu werden die tatsächlichen Kontaktabbrände nach einer repräsentativen Schaltzahl gemessen. Dies kann etwa im Rahmen einer ohnehin erforderlich werdenden Routineinspektion geschehen. Aus den Messwerten wird der tatsächliche Volumenabbrand für jeden Kontakt ermittelt und mit dem erfindungsgemäß ermittelten Volumenabbrand verglichen. Ein Korrekturfaktor f = Volumenabbrandgemessen kumulierterVolumenabbranderrechnet lässt sich dann zur Ermittlung der Abbrandrate wie folgt einsetzen:
Figure 00040001
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die rechnerisch ermittelte Abbrandrate A in ein Verfahren zur Überwachung des Kontaktabbrandes integriert. Das erfindungsgemäße Verfahren insgesamt beinhaltet also sowohl die Ermittlung der Abbrandrate A als auch die nachfolgende Ermittlung des kumulierten Kontaktabbrandes am jeweiligen Schaltkontakt sowie die wiederum nachfolgende Generierung von situationsbezogenen Warn- oder sonstige Meldungen.
Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt dabei darin, dass sich auf einfache Weise eine Überwachungsmöglichkeit des Kontaktabbrandes der Kontakte im Stufenschalter ergibt, ohne dass diese Kontakte selbst für Sichtprüfungen, Messungen an ihnen oder auf andere Weise zugänglich sein müssen.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sich das erfindungsgemäße Verfahren ohne weiteres in ein komplexes Stufenschalter- und/oder Transformatoren-Monitoringsystem implementieren lässt.
Insgesamt lässt sich durch das erfindungsgemäße Verfahren zuverlässig angeben, wann ein Austausch der Kontakte im jeweiligen Stufenschalter tatsächlich erforderlich ist. Damit wird einerseits vermieden, dass etwa aus vermeintlichen Sicherheitsgründen vorschnell Kontakte getauscht werden, was unnötig und kostenaufwendig ist, andererseits wird jedoch auch vermieden, dass ein tatsächlich notwendiger Kontakttausch nicht erkannt oder unzulässig hinausgezögert wird, was zu Funktionsstörungen und schweren Schäden führen kann.
Die Erfindung soll nachfolgend beispielhaft noch näher erläutert werden.
Figur 1
zeigt den Ablaufplan eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens
Figur 2
zeigt den Ablaufplan eines weiter entwickelten zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens.
Zunächst soll das in Figur 1 dargestellte Verfahren näher erläutert werden.
Zu Beginn erfolgt eine Eingabe und nicht flüchtige Speicherung spezifischer Stufenschalterparameter bzw. -kenndaten, der jeweiligen zulässigen Abbrandgrenzwerte der einzelnen Kontakte sowie der Nenn-Stufenspannungen jeder möglichen Schaltung, d. h. Betriebsstellung des Stufenschalters. Durch diesen ersten Verfahrensschritt erfolgt eine Initialisierung, d. h. die Anpassung an den jeweiligen Stufenschalter, dessen Kontakte überwacht werden sollen. Ein Index n wird auf Null gesetzt; das System ist damit betriebsbereit. Weiterhin wird durch eine Stellungsmeldeeinrichtung die aktuelle Stufenschalterstellung ermittelt. Erfolgt jetzt eine Betätigung des Stufenschalters durch einen Schaltimpuls, so bewegt ein entsprechender Motorantrieb den Stufenschalter je nach Drehrichtung in Richtung "höher" oder "tiefer". Bei dieser und jeder weiteren Betätigung wird der Index n um 1 erhöht. Gleichzeitig wird der Laststrom JL gemessen. Weiterhin wird die entsprechende Nenn-Stufenspannung für die aktuelle Schaltung aus dem nicht flüchtigen Speicher ausgelesen. Gleichzeitig wird erfasst, in welche Richtung die Schaltung erfolgte, und es wird sowohl die neue Stufenschalterstellung als auch die jeweils abschaltende Lastumschalter-Seite, deren Kontakte jeweils Lichtbogen schaltend sind, ermittelt.
Nachfolgend werden, getrennt für den Schaltkontakt und den Widerstandskontakt, die entsprechenden Schaltströme berechnet. Der Schaltstrom des Schaltkontaktes JSK ergibt sich dabei nach: JSK = JL ParSek
Der Schaltstrom des Widerstandskontakte JWK ergibt sich nach: JWK = US + JL ·Rü Sres 2·Rü
In diesen Formeln bedeutet ParSek die Zahl der parallelen Sektoren des Lastumschalters, d. h. der Parallelschaltungen von einzelnen Schaltkontakten, US ist die jeweilige Nenn-Stufenspannung und Sres ist die resultierende Stromteilung. Rü ist die Größe des Überschaltwiderstandes.
Nachfolgend werden die Abbrandraten berechnet. Auf verschiedene Möglichkeiten zur Berechnung dieser Abbrandraten ist weiter oben bereits eingegangen worden. In diesem in Figur 1 dargestellten Fall errechnet sich die Abbrandrate des Schaltkontaktes ASK nach ASK = a · JSK b · S und die Abbrandrate des Widerstandskontaktes nach AWK = a · JWK b · S
Dabei sind a und b die bereits erläuterten spezifischen Faktoren, s ist der ebenfalls erläuterte Sicherheitszuschlag, der hier pauschal angesetzt ist.
Nachfolgend wird der kumulierte Volumenabbrand ermittelt, d. h. es wird für Schalt- und Widerstandskontakt bei jeder Schaltung der bei dieser Schaltung rechnerisch ermittelte Abbrand zum Gesamtabbrand, der sich aus allen vorangegangenen Schaltungen ergeben hat, aufaddiert und als neuer Volumenabbrand gespeichert. Der kumulierte Volumenabbrand für den Schaltkontakt ergibt sich zu: GAn SK = GAn-1 SK + ASK und für den Widerstandskontakt zu GAn WK = GAn-1 WK + AWK
Die Variable n bezeichnet dabei den bereits erläuterten Index, der bei jeder Betätigung des Stufenschalters um 1 erhöht wird. Anschließend wird aus diesem jeweils kumulierten Volumenabbrand in mm3 der Abbrand in mm Kontaktdicke berechnet. Für den Schaltkontakt ergibt sich GAdn SK = GAn SK F ·k und für den Widerstandskontakt ergibt sich GAdn WK = GAn WK F ·k
F ist dabei die jeweilige Kontaktfläche des entsprechenden Kontaktes, k ist ein schalterspezifischer Korrekturfaktor. Die auf diese Weise berechneten Abbrandwerte repräsentieren damit den gesamten, kumulierten Abbrand des jeweiligen Kontaktes in mm, d. h. die Abweichung von der Kontaktdicke im Neuzustand.
Mit diesen Werten erfolgt schließlich ein Vergleich mit den vorab nicht flüchtig gespeicherten Grenzwerten. Dabei wird geprüft, ob ein entsprechender Prozentsatz des jeweils zulässigen Kontaktabbrandes erreicht ist bzw. ob ein gewisser Prozentsatz der zulässigen Abbrandunterschiede zwischen Schaltkontakt einerseits und Widerstandskontakt andererseits erreicht ist. In beiden Fällen können entsprechende Warnmeldungen ausgegeben werden oder es kann der Stufenschalter auch auf an sich bekannte Weise stillgesetzt werden. Im ersten Fall, wenn der zulässige Kontaktabbrand eines Kontaktes erreicht ist, ist ein Austausch notwendig. Wird eine entsprechende Warnmeldung etwa schon bei 90 % dieses Grenzwertes generiert, kann eine entsprechend Inspektion vorbereitet werden. Im zweiten Fall, wenn der zulässige Abbrandunterschied zwischen Schalt- und Widerstandskontakt überschritten ist, der Kontaktabbrand selbst aber noch nicht den Grenzwert erreicht hat, müssen die Kontakte nicht notwendigerweise gegen neue ausgetauscht werden. In solchen Fällen kann es ausreichend sein, Schalt- und Widerstandskontakt zu vertauschen.
Figur 2 zeigt ein entsprechend weiter entwickeltes weiteres erfindungsgemäßes Verfahren. Hierbei sind an das bereits an Hand Figur 1 erläuterte Verfahren weitere Verfahrensschritte angefügt, die das gesamte Verfahren lernfähig machen. Bisher wurde beschrieben, dass der Kontaktabbrand gewissen Schwankungen unterliegt, denen durch den Sicherheitszuschlag s pauschal Rechnung getragen wird. Soll nun die Genauigkeit der Abbrandberechnung erhöht werden, so kann dies gemäß dieser weiteren Verfahrensschritte durch eine Anpassung der Abbrandrate geschehen. Hierzu werden nach einer repräsentativen Schaltzahl des Stufenschalters, z. B. nach 10.000 Schaltungen pro Kontakt, die tatsächlichen Kontaktabbrände, üblicherweise in mm Kontaktdicke, gemessen. Dies kann im Rahmen einer Routineinspektion geschehen. Aus den Messwerten wird der Volumenabbrand für jeden Kontakt ermittelt und mit dem jeweiligen errechneten Volumenabbrand dieses Kontaktes nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verglichen. Der Quotient f = Volumenabbrandgemessen kumulierterVolumenabbranderrechnet lässt sich als Korrekturfaktor in die Berechnung der Abbrandrate wie folgt einbringen:
Figure 00070001
oder anders: Aneu = f · Aalt. Damit ergeben sich korrigierte Abbrandraten für jeden Kontakt, die nun nicht mehr ausschließlich vom Schaltstrom abhängig sind, sondern auch durch den Korrekturfaktor f bestimmt werden.
Bei jeder Inspektion werden neue Korrekturfaktoren f ermittelt und wiederum berücksichtigt; es ergibt sich folgende Rekursion: Ai = fi · Ai-1.
Der Index i bezeichnet dabei die Zahl der vorgenommenen Inspektionen, d. h. Messungen des tatsächlichen Volumenabbrandes. Damit wird die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens laufend verbessert; das System ist selbstlernend.

Claims (3)

  1. Verfahren zur Überwachung des Kontaktabbrandes bei Stufenschaltern mit folgenden Merkmalen:
    permanentes Speichern der Werte der jeweiligen Nenn-Stufenspannung (Us), der Grenzwerte für den zulässigen Kontaktabbrand der Schaltkontakte und Widerstandskontakte sowie der stufenschalterspezifischen Kenngröße a, b und k,
    Ermittlung der aktuellen Stellung des Stufenschalters,
    Erhöhung eines Indexes n bei jeder Umschaltung, d. h. Betätigung des Stufenschalters, Messung des jeweiligen Wertes des Laststromes (JL), und Auslesen des permanent gespeicherten korrespondierenden Wertes für die Nenn-Stufenspannung (Us),
    Berechnung der Schaltströme des jeweils abschaltenden Schaltkontaktes (JSK) sowie des Widerstandskontaktes (JWK) mittels der Beziehungen JSK = JL ParSek JWK = US + JL ·Rü Sres 2·Rü , wobei ParSek die Zahl der parallelen Sektoren, RÜ die Größe des Überschaltwiderstandes und sres die resultierende Stromteilung darstellen,
    Berechnung der jeweiligen Abbrandraten des Schaltkontaktes (ASK) sowie des Widerstandskontaktes (AWK) mittels der Beziehungen ASK = a · JSK b AWK = a · JWK b
    Aufsummieren der Abbrandraten (ASK, AWK) zum Gesamtvolumenabbrand für den Schaltkontakt (GA n / SK) sowie für den Widerstandskontakt (GA n / WK) mittels der Beziehungen GAn SK = GAn-1 SK + ASK GAn WK = GAn-1 WK + AWK
    Berechnung des jeweiligen Abbrandes in Millimeter Kontaktdicke für den Schaltkontakt (GAd n / SK) sowie für den Widerstandskontakt (GAd n / WK) unter Berücksichtigung der jeweiligen Kontaktfläche (F) nach den Beziehungen GAn SK = GAn SK F · k GAn WK = GAn WK F · k
    Vergleich dieser Werte (GAd n / SK) und (GAd n / WK) mit den permanent gespeicherten Grenzwerten und Generierung von Meldungen beim Überschreiten der Grenzwerte oder prozentualer Grenzen davon.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei aus den berechneten Schaltströmen (JSK, JWK) die jeweiligen Abbrandraten (ASK, AWK) nach den Beziehungen ASK = a · JSK b · s AWK = a · JWK b · s ermittelt werden, wobei s ein zusätzlicher Sicherheitszuschlag ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei nach einer größeren Zahl von Schaltungen der tatsächliche Kontaktabbrand gemessen wird, daraus ein tatsächlicher Volumenabbrand errechnet wird, daraus ein Faktor f nach der Beziehung Volumenabbrand gemessen kumulierter Volumenabbrand errechnet = f ermittelt und anschließend die jeweilige Abbrandrate jeweils nach der Beziehung Aneu = f · Aalt korrigiert wird und zukünftig die korrigierten Werte (Aneu) im Verfahren verwendet werden.
EP00127394A 2000-01-29 2000-12-14 Verfahren zur Überwachung des Kontaktabbrandes bei Stufenschaltern Expired - Lifetime EP1120801B1 (de)

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DE10003918A DE10003918C1 (de) 2000-01-29 2000-01-29 Verfahren zur Überwachung des Kontaktabbrandes bei Stufenschaltern

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