专利名称：用于估计开关触点电弧烧损的方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种估计开关触点电弧烧损的方法，所述开关触点设置用于断开具有基波振荡时间T的电流，其中通过扫描一个与电流成已知相关关系的被测量在一个扫描时钟内形成数字扫描值，将该数字扫描值与至少一个存储在保护功能块中的加权参数进行比较，并检查是否存在释放条件，从而在满足释放条件时在释放时刻t释放产生释放信号以分离开关触点，其中根据所述扫描值形成符号相同的开关电流值，根据释放时刻t释放确定起始时刻t起始，并对时间上在起始时刻t起始之后的符号相同的开关电流一直进行求和以形成开关电流积分值，直到达到由扫描值确定的结束时刻，以及其中，将所述开关电流积分值加上已经获得的开关电流积分值的和以形成积分和，并将该积分和用于估计开关触点的磨损。
背景技术：
这种方法已经由DE 10204849A1公开。在该文献描述的方法中，在释放时刻t释放激励一个开关断开供电网的传输线路。为了能根据电弧确定开关触点的烧损，将数字的、与通过电弧流动的等离子电流对应的扫描值进行平方，并在存储器中求和。该累加的起始时刻取决于释放时刻，但其中借助起始时间校正考虑了开关以及保护装置的惯性。该扫描值的平方被一直求和，直到没有电流流过触点为止。如果累加的扫描值平方超过预先给定的阈值，则产生显示开关触点磨损的警告消息。但在此所示的方法中，对累加结束时刻的计算是易有误差的或计算代价很高的。
DE 69514011 T2描述了一种通过对待断开电流的平方进行积分来测量保护开关磨损的方法与装置。为了确定累加的开始时间，通过适当设置的延迟时间推迟命令释放保护开关的时刻。通过这种方式考虑了保护装置和开关的惯性。累加的持续时间根据经验值确定，例如为40毫秒。但是严格设置积分或累加时间没有灵活性，因此是易有误差的。
在EP 0414657 A2中公开了一种用于在功率开关中采集和存储短路电流的电装置。在此，在存储器中一直对所采集的短路电流求和，直到达到预先设置的电压过零点数。
在DE 19605022 A1中公开了一种方法，其中借助变流器和变压器分别产生一个与初级导线的电流成比例的被测量。在此初级导线是输电网的一部分。此外，还具有一个用于产生扫描时钟的时钟发生器，利用该时钟发生器扫描与电流成比例的被测量以获得扫描值。借助模拟数字转换器将扫描值数字化，并将数字化的扫描值发送到控制单元。在控制单元中存放了不同的参数和求值规则，借助它们检查数字扫描值是否符合现有的确定的释放标准。如果存在这样一个释放标准，例如重复或长久持续地超过预先给定的参数，则控制单元产生释放信号，利用该信号接通一个辅助开关。通过接通该辅助开关分离功率开关的开关触点，并由此断开初级电路电流传导。
由西门子公司的产品目录-柏林与慕尼黑以及互联网地址http∥www.ev.siemens.de公开的题为“Die Vakuumleistungsschalter 3AH(真空功率开关3AH)”的文章中介绍了一种具有正面相对设置的开关触点的真空断路器，该开关触点通过引入传动运动可以相互接触或者彼此分离。这种功率开关设置来用于接通大功率，使得例如在短路情况下可以断开输电网的初级电路。由于大的短路电流，在分离开关触点时会在其间引起电弧，由于高温会导致触点材料的烧损。该由电弧感应的材料烧损会损害功率开关的开关性能。
为了避免功率开关的功能缺陷，由此例如在确定的持续时间之后更换功率开关。但是，这种取决于持续时间的功率开关更换只有在下述情况时才是不必要的，即只用待更换的开关进行过很少的开关过程以及除此之外可以确定没有重大的缺陷，如缓慢的漏气等等。但是另一方面也可能在预先给定的持续时间之后开关进行了大量的断开功率操作，从而使该开关在短短的寿命期之后就已经在其开关触点上具有严重的缺陷。
为了能估计开关触点的烧损，公知当开关触点靠在一起时在承载可移动开关触点的绝缘杆上存在粒度(Kmung)，其由于开关触点剧烈的材料烧损而移动。但是这种机械显示很粗糙，此外必须由操作人员一直在现场进行控制。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于，改善本文开始所述类型的方法和装置，使得可以可靠且没有高昂计算代价地估计开关触点的电弧烧损。
本发明的技术问题是通过所述的方法这样解决的，如果在基波振荡时间T内扫描值不发生符号变化，则确定最后一次符号变换的时刻，其中，根据该最后一次符号变换的时刻确定结束时刻。
根据本发明，对符号相同的、与通过开关触点流动的电流具有已知关系的开关电流值求和。换句话说，即计算确定的电流时间积分，其中，开始积分的时刻与释放时刻、即产生断开开关触点的信号的时刻相关。为了不在实际断开触点之前、并由此不在可能出现电弧之前开始积分，需要相对于释放时刻适当推迟开始积分的时间。为了结束积分，根据本发明，确定最后一次电流过零点的时刻，在该电流过零点中检查与该电流对应的扫描值是否在基波振荡时间内发生了符号变化。如果确定在基波振荡时间内扫描值没有发生符号变化，则确定最后一次符号变化的时刻，以此为基础计算积分或累加的结束时刻。通过借助最后一次符号变化确定积分的结束，可以可靠地确定积分持续时间，其中与此相关的计算代价极小。
此外根据本发明积分和的获得很简单，因为本方法已集成到用于控制配电网或保护初级元件的公知方法中。根据本发明没有对由初级电流采集(Prirmrstromerfassung)获得的被测量进行额外的扫描或数字化。
根据本发明，还可以没有技术代价地将开始求和与对应值的等离子电流结合，并由此低廉地与用于功率开关的释放信号结合。
适当的是在第一次装配开关(即其开关触点是新的且尚未烧损)时将积分和设定为零值。
优选的是将积分和传送到一个适当的显示元件。该积分和可以例如通过该显示元件显示。在此，可以呈现例如红、黄、绿形式的彩色显示，其中红颜色与开关触点的临界状态对应。
与此不同的是，也可以现场将积分和与阈值参数进行比较，并在超过该阈值参数时通过导线、但是也可以通过基于GSM的传输或通过无线电等等将信号发送到中心控制站，在那里最终可以提出消除缺陷的措施。
根据涉及本发明的优选的扩展，通过对时间上直接互相跟随的、符号不同的扫描值进行数值插值来确定最后一次符号变化的时刻。
优选的，将起始时刻t起始相对于释放时刻t释放延迟至少一个预定的校正持续时间。在该延迟时要考虑到开关触点在产生释放信号的时刻还没有彼此分离，而是以一定的惯性对释放信号做出反应。这样，例如要考虑释放装置或保护装置的惯性。此外，在调整积分的延迟时运行惯性、即开关惯性起着作用。优选的，将每个延迟时间作为参数存放在预先给定的校正存储器中，并可以容易地通过适当的接口与变化的条件匹配。
在根据本发明本方法的扩展中，通过在释放时刻t释放的释放信号，在运行时刻tB将一个辅助开关投入运行以分离开关触点，其中起始时刻t起始由延迟了一个校正时间的运行时刻tB确定。在此，t起始只间接取决于释放时刻t释放。因此，“取决于释放时刻t释放”在本发明的含义中也应理解为这种间接相关或有纯粹因果联系的相关。
适当的，通过形成扫描值绝对值获得符号相同的开关电流值。绝对值的形成通过公知的数值方法进行。与此不同的是，也可以通过对扫描值进行平方来产生符号相同的开关电流值。
本发明其它适当的实施和优点是以下结合
本发明实施例的目标，其中对应的部件具有相同的附图标记，图1为根据本发明的、用于实现根据本发明方法的实施例的装置的第一实施例，图2示出了根据本发明的、用于实现根据本发明方法的另一实施例的装置的另一实施例。
具体实施例方式
图1示出了根据本发明的、用于实现根据本发明方法的实施例的装置1的实施例。装置1设置来用于保护图中未示出的部件，这些部件连接到配电网中的初级侧。在实践中，为了进行能量分配进一步扩展为具有三相的高压三相电网，其中在图1中为清楚起见通过初级导线2只示出了一相。在初级导线2中设置了用于断开初级导线2的功率开关3。这里功率开关3具有两个开关触点，其可以通过引入传动运动彼此分离。传动运动由未示出的传动单元产生。由于在初级导线2中尤其是在短路情况下出现的大电流，在分离开关触点时会产生引起开关触点的材料烧损的电弧。
装置1设置来用于估计该烧损以及用于在例如短路情况下释放功率开关3。这里，其具有一个变流器4，产生一个与初级电线2的电流成正比的被测量。在扫描装置5中，通过借助未示出的时钟发生器产生的扫描时钟对变流器4产生的被测量进行扫描，所获得的值借助同样未示出的模拟-数字转换器转化为数字扫描值。将通过这种方式产生的扫描值的时间序列发送到测量值存储器6，并在该存储器中在一定的持续时间内进行存储，其中所存储的扫描值在保护功能块7中与那里存储的加权参数进行比较。
保护功能块7根据预先给定的条件在释放时刻t释放产生释放信号。作为释放条件，可以考虑例如扫描值在一定的持续时间内大于阈值。在这种情况下作为保护功能块7的装置1通过释放导线8与功率开关3连接。在产生释放信号之后，将该信号通过释放导线8发送到功率开关3，其传动单元接着触发传动运动，并将该传动运动引入开关触点。通过一方面将释放信号发送到功率开关3以及另一方面将传动运动引入开关触点，在释放时刻以及分离开关触点时刻、即产生电弧的时刻之间产生延迟。
为了估计在分离开关触点时流动的等离子电流，设置了累加存储器9以及积分和存储器10。在此，积分和存储器9设置来用于数值形成数字扫描值的绝对值以计算开关电流值，并用于对开关电流值求和以获得开关电流积分值。为了在求和时只考虑在分离开关触点时、即产生电弧时流动或计算的电流或开关电流值，适当确定开关电流值的求和开始和结束时刻。
释放时刻t释放表示用于确定累加存储器9的求和起始时刻的参考时刻。此外，为了考虑上述在释放时刻t释放和实际的开关触点运动之间的延迟，还设置了释放校正块11和开关校正块12。在此，释放校正块11产生与装置1的惯性对应的释放校正Δt释放，其中开关校正块12中存储了通过功率开关3.考虑延迟的开关校正Δt开关。在累加存储器9中的求和开始时刻t起始通过以下规则确定t起始＝t释放+Δt释放+Δt开关。
为了确定求和的结束时刻，在过零点块13中确定测量值存储器6中周期扫描值的最后过零点时刻。为此，将超过基波振荡时间T后的扫描值符号相互进行比较，其中基波振荡时间T与导线2中额定电流频率的已知振荡时间对应。基波振荡时间T作为参数存放在过零点块13中。如果过零点块13在基波振荡时间T内确定扫描值没有发生符号变化，则确定最后一次符号变化的时刻t1Vw。该时刻然后在结束时间校正块14中被延迟结束时间校正Δt结束校正。换句话说，即结束时刻t结束由最后一次符号变化的时刻t1Vw根据以下规则计算t结束＝t1Vw+Δt结束校正。
因此，由累加存储器9在起始时刻t起始和结束时刻t结束之间求和的开关电流值给出一个开关电流积分值，其与一次开关过程中通过相互分离的开关触点流动的等离子电流对应。
为了考虑功率开关3的多个相互跟随的开关过程，设置了积分和存储器10，用于对累加存储器9的开关电流积分值求和。累加存储器9的存储内容在其被传送到积分和存储器10之后被置为零。
如果积分和、即积分和存储器10的数值超过预先给定的、例如根据以前的测量或经验或根据其它理论考虑设置的阈值，则产生一个警告信号，通过未示出的显示装置设置在功率开关3附近或与其在空间上远离的导线位置。所述阈值可以存放在积分和存储器中。
图2示出了根据本发明的、用于实现根据本发明方法的另一实施例的装置的另一实施例。
这里示出的装置在很大程度上与图1中的装置相同，但其中在保护功能块7中产生的释放信号不是直接发送到功率开关3，而是用于接通一个由一个或多个辅助开关组成的辅助触点装置16。在此，接通该辅助开关才能释放功率开关3。根据在此示出的实施例，保护功能块7的释放信号不是直接用于开始累加存储器9的求和，而是设置为用于接通辅助开关装置16的辅助开关，但该装置16本身取决于释放信号，从而在本实施例中释放信号只能间接用于确定起始时刻t起始。
辅助开关装置16与辅助开关校正块17连接，该校正块确定接通该辅助开关装置的一个辅助开关的时刻t辅助。为此，例如可以使辅助触点校正块17持续检查在接通辅助开关时才下降的辅助电压。此外，在辅助开关校正块17中存放延迟时间Δth作为参数，利用该参数考虑延迟，而辅助开关校正块利用该延迟确定辅助开关装置的辅助开关已接通。功率开关3的惯性本身又通过产生辅助开关校正时间Δt开关的开关校正块12得到考虑，对开关电流值求和的起始时刻t起始现在根据以下规则确定
t起始＝t辅助-Δth+Δt开关此外为了提高积分的准确度，还可以使辅助校正块17除了确定辅助开关的状态外还检查是否存在释放信号。该检查在图2中通过保护功能块7和辅助开关校正块17之间的点划线表示。只有在两种条件同时具备时才启动开关校正块12，并确定求和的开始时间。
权利要求
1.一种用于估计开关触点电弧烧损的方法，所述开关触点设置来用于断开具有基波振荡时间T的电流，其中通过扫描一个与该电流成已知相关关系的被测量在一个扫描时钟内形成数字扫描值，将该数字扫描值与至少一个存储在保护功能块(7)中的加权参数进行比较，并检查是否存在释放条件，从而在满足该释放条件时在释放时刻t释放产生释放信号以分离开关触点，其中根据所述扫描值形成符号相同的开关电流值，根据释放时刻t释放确定起始时刻t起始，并对时间上在起始时刻t起始之后的符号相同的开关电流一直进行求和以形成开关电流积分值，直到达到由扫描值确定的结束时刻，以及其中，将所述开关电流积分值加上已经获得的开关电流积分值的和以形成积分和，并将该积分和用于估计开关触点的磨损，其特征在于，如果在所述基波振荡时间T内扫描值不发生符号变化，则确定最后一次符号变换的时刻，其中，根据该最后一次符号变换的时刻确定所述结束时刻。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述最后一次符号变换的时刻通过对时间上直接互相跟随的、符号不同的扫描值进行数值插值来确定。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述起始时刻t起始通过由所述释放时刻t释放延迟至少一个预定校正时间来确定。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，通过在释放t释放时刻的释放信号，在运行时刻tB将一个辅助开关投入运行以分离所述开关触点，其中所述起始时刻t起始由延迟了一个校正时间的运行时刻tB形成。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述符号相同的开关电流值通过形成扫描值的绝对值获得。
全文摘要
本发明涉及一种估计开关触点电弧烧损的方法及装置。开关触点用于断开具有基波振荡时间T的电流。通过扫描与电流成已知相关关系的被测量在一个扫描时钟内形成数字扫描值，将其与至少一个存储在保护功能块(7)中的加权参数相比较，检查是否存在释放条件，在满足释放条件时在释放时刻t
文档编号H01H1/00GK1532861SQ200410039710
公开日2004年9月29日 申请日期2004年3月15日 优先权日2003年3月14日
发明者埃杜阿德·施内尔森, 埃杜阿德 施内尔森 申请人:西门子公司