專利名稱：用于確定接觸元件的耗損的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電氣開關(guān)、尤其是用于高或中壓的開關(guān)設(shè)備領(lǐng)域。本發(fā)明方面涉及用于確定這種開關(guān)的接觸元件的耗損的方法。本發(fā)明的另外方面涉及用于電氣開關(guān)的電子單
J Li o
背景技術(shù)：
功率開關(guān)經(jīng)常受到磨耗，因此應(yīng)該定期監(jiān)控和維護(hù)。尤其是在開關(guān)操作(例如保護(hù)斷開)情況下出現(xiàn)的電弧導(dǎo)致接觸件的材料耗損并且由此造成巨大磨耗。在未高成本地拆開和斷開功率的情況下，觸點(diǎn)一般不能被簡(jiǎn)單地檢查。因此，通常進(jìn)行周期性功率開關(guān)維護(hù)，必要時(shí)，當(dāng)對(duì)于高電流的保護(hù)斷開出現(xiàn)時(shí)提前進(jìn)行維護(hù)。因此，通常太經(jīng)常對(duì)開關(guān)進(jìn)行 維護(hù)。維護(hù)造成可避免的成本，并且造成額外風(fēng)險(xiǎn)，即在維護(hù)時(shí)可造成損害。然而另一方面，在維護(hù)間隔太大情況下存在磨耗或者觸點(diǎn)耗損不能提前被識(shí)別的風(fēng)險(xiǎn)。在此，存在功能故障風(fēng)險(xiǎn)、至少存在開關(guān)功率損耗風(fēng)險(xiǎn)。因此，更可靠地確定接觸件的耗損是值得向往的。然而，該耗損是很難測(cè)量或者預(yù)測(cè)的，因?yàn)樗艽罅恳蛩赜绊?。一般認(rèn)為觸點(diǎn)耗損是在打開功率開關(guān)時(shí)出現(xiàn)電弧的情況下由累積的能量轉(zhuǎn)換(損耗功率)引起的。因此，僅計(jì)算功率開關(guān)中出現(xiàn)的故障數(shù)目不能得出關(guān)于觸點(diǎn)耗損的精確估計(jì)。EP 1475813 Al描述了用于確定用于高或中壓的電氣開關(guān)設(shè)備中的觸點(diǎn)耗損的方法，其中開關(guān)操作期間流經(jīng)開關(guān)的接觸電流借助于電流互感器被檢測(cè)并且關(guān)于觸點(diǎn)耗損進(jìn)行分析。為了確定表征觸點(diǎn)耗損的狀態(tài)變量，首先電流互感器的電流測(cè)量信號(hào)作為時(shí)間函數(shù)被測(cè)量，在期望的接觸電流和電流測(cè)量信號(hào)之間出現(xiàn)偏差時(shí)探測(cè)出存在測(cè)量誤差，并且在探測(cè)到測(cè)量誤差時(shí)從電流測(cè)量信號(hào)中確定至少一個(gè)特征性的電流值并且至少一個(gè)特征性的電流值用于確定狀態(tài)變量。DE 10204849 Al也描述了用于確定觸點(diǎn)耗損的方法。然而，已知用于確定耗損的方法就其可靠性而言仍待改善。也值得向往的是獲取在大量不同開關(guān)情況下提供可靠結(jié)果的方法，使得所述可靠結(jié)果適合于自動(dòng)(遠(yuǎn)程)診斷和維護(hù)。以此方式能夠減少高成本的維護(hù)工作。同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的連續(xù)狀態(tài)監(jiān)控。在問題和耗損嚴(yán)重前識(shí)別和排除它們也是值得向往的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，為了至少改進(jìn)上述點(diǎn)中的至少一些，提出了按照權(quán)利要求I所述的方法、按照權(quán)利要求13所述的開關(guān)控制裝置和按照權(quán)利要求14所述的開關(guān)設(shè)備。本發(fā)明的另外優(yōu)點(diǎn)、特征、方面和細(xì)節(jié)以及優(yōu)選實(shí)施方式和本發(fā)明的特別方面從從屬權(quán)利要求、描述和附圖中得出。按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了用于確定電氣開關(guān)(例如真空開關(guān))、尤其是用于高或中壓的開關(guān)設(shè)備的接觸元件的耗損的方法供使用。該方法包括電氣值的檢測(cè)，這些電氣值作為時(shí)間的函數(shù)表示與在開關(guān)操作期間在開關(guān)上出現(xiàn)的電弧相關(guān)的電氣變量，其中例如能夠作為連續(xù)函數(shù)或具有離散采樣值的數(shù)據(jù)序列(矢量)檢測(cè)電氣值，電氣值也能夠包括虛擬值，例如(部分)模擬、內(nèi)插、或擬合的值，在所述情況下虛擬值被檢測(cè)到。電氣值例如能夠是電流值，其作為時(shí)間的函數(shù)表示在開關(guān)操作期間流經(jīng)開關(guān)的接觸電流。該方法進(jìn)一步包括從多個(gè)耗損貢獻(xiàn)值中計(jì)算表示接觸元件的耗損的耗損值，其中在使用多個(gè)耗損貢獻(xiàn)計(jì)算規(guī)則的情況下從所檢測(cè)電氣值的多個(gè)值子集中計(jì)算耗損貢獻(xiàn)值，使得根據(jù)相應(yīng)耗損貢獻(xiàn)計(jì)算規(guī)則從相應(yīng)值子集中計(jì)算每個(gè)耗損貢獻(xiàn)值，并且其中至少兩個(gè)耗損貢獻(xiàn)計(jì)算規(guī)則彼此有區(qū)別。在此，如此理解值子集，使得它也能夠包括所有所檢測(cè)電氣值。按照本發(fā)明另一方面，提供了用于電氣開關(guān)(例如真空開關(guān))、尤其是用于高或中壓的開關(guān)設(shè)備的電子單元、尤其是控制和/或監(jiān)控系統(tǒng)供使用。該電子單元包括用于獲得電氣值(例如電流值)的值輸入模塊，這些電氣值作為時(shí)間的函數(shù)表示與在開關(guān)操作期間在開關(guān)上出現(xiàn)的電弧相關(guān)的電氣變量。因此，能夠配備該值輸入模塊例如以便從值測(cè)量設(shè)備獲取所檢測(cè)電氣值，然而也可能是由通過所檢測(cè)電氣值的(部分)模擬或內(nèi)插等等。該電子單元進(jìn)一步包括耗損確定模塊，其具有計(jì)算單元和帶有能夠由計(jì)算單元執(zhí)行的程序代碼的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。該程序代碼包括多個(gè)耗損貢獻(xiàn)計(jì)算規(guī)則(它們被設(shè)置用于從所檢測(cè)電氣值的相應(yīng)值子集中計(jì)算相應(yīng)耗損貢獻(xiàn)值，其中至少兩個(gè)耗損貢獻(xiàn)計(jì)算規(guī)則彼此有區(qū)別)，以及用于從耗損貢獻(xiàn)值中計(jì)算表示接觸元件的耗損的耗損值的耗損值計(jì)算例程。該程序代碼·尤其是包括用于實(shí)施在此所述的任一方法的規(guī)則。本發(fā)明也涉及用于實(shí)施所公開方法的裝置并且也包括用于實(shí)施相應(yīng)各方法步驟的裝置部件。這些方法步驟能夠通過硬件組件、通過借助于相應(yīng)軟件編程的電腦、通過兩者的組合、或以任一其它方式得到實(shí)施。此外，本發(fā)明也針對(duì)如下方法，相應(yīng)描述的裝置按照所述方法工作。本發(fā)明包含用于實(shí)施裝置的每種功能的方法步驟。


另外，根據(jù)附圖中示出的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行闡述，從這些實(shí)施例中得出另外的優(yōu)勢(shì)部分和變型方案。其中
圖Ia作為時(shí)間的函數(shù)示出在開關(guān)操作期間出現(xiàn)的被測(cè)量電流的 圖Ib作為時(shí)間的函數(shù)示出在開關(guān)操作期間出現(xiàn)的被測(cè)量電壓(更準(zhǔn)確地說電弧電壓)的 圖2作為時(shí)間的函數(shù)示出在開關(guān)操作期間出現(xiàn)的電流的圖，從該圖中推導(dǎo)出開關(guān)操作的不同電弧相位；
圖3a和3b示出相應(yīng)可能的輔助函數(shù)，它們能夠用于按照本發(fā)明計(jì)算耗損值；以及 圖4示出電氣開關(guān)的接觸元件。
具體實(shí)施例方式在以下描述的實(shí)施方式中，各方面和特征可模塊式地與其它實(shí)施方式的方面和特征組合。通過這種組合能夠重新獲得其它的實(shí)施方式，它們也被視為屬于本公開。下文描述用于唯一相的開關(guān)。一般而言，存在三個(gè)帶有相應(yīng)附屬功率開關(guān)的相。那么，按照在此描述的任一方面，通常能夠彼此獨(dú)立地確定相應(yīng)耗損。以下主要描述這種實(shí)施方式，在這些實(shí)施方式中電流值被檢測(cè)，并且從電流值中計(jì)算耗損貢獻(xiàn)(Abnutzungsbeitrag)。一般也能夠從另外的電氣值中計(jì)算耗損貢獻(xiàn)。在此，任一種與在開關(guān)操作期間在開關(guān)上出現(xiàn)的電弧相關(guān)的變量值都被理解為電氣值。這些電氣值尤其能夠是電流值、電壓值和/或它們的組合(例如電弧功率值，其由電流和電壓的乘積形成)。在此所述的基于電流的計(jì)算規(guī)則也可類似地基于這種另外電氣值來應(yīng)用，其方式是在相同計(jì)算規(guī)則中將電流值I替換成另外的電氣值。電氣開關(guān)，例如作為功率開關(guān)應(yīng)用在用于高或中壓的開關(guān)設(shè)備中，通常具有兩個(gè)或更多個(gè)接觸件。在開關(guān)閉合的情況下，這些接觸件彼此是直接能導(dǎo)電接觸的。在打開開關(guān)的情況下接觸件彼此離開且分開，使得不再有電流能夠從一個(gè)接觸件流動(dòng)到另一接觸件。當(dāng)在開關(guān)過程期間有電流流動(dòng)時(shí)，那么在將兩個(gè)接觸件彼此分開期間電流流動(dòng)不會(huì)立刻完全中斷，而是在兩個(gè)接觸件之間產(chǎn)生電弧，該電弧在一定時(shí)間內(nèi)繼續(xù)載有電流。這種電弧也在功率開關(guān)(也就是，設(shè)計(jì)用于在負(fù)載下開關(guān)的特殊開關(guān)類型)中出現(xiàn)，并且特別是在高壓(也就是說大于50 kV、例如50-800 kV的電壓)或中壓(也就是說5 kV至50 kV的電壓)功率開關(guān)中。在圖4中以真空功率開關(guān)為例示出這種帶有電弧在負(fù)荷下的開關(guān)過程。該真空功 率開關(guān)I具有第一接觸件10和第二接觸件20。接觸件10、20分別具有桿12、22和布置在桿的遠(yuǎn)端的接觸盤14、24。每個(gè)接觸件10、20的接觸盤14、24分別具有接觸表面，該接觸表面在開關(guān)閉合情況下直接與相應(yīng)另一接觸件的相應(yīng)接觸表面接觸。兩個(gè)接觸件10、20限定了開關(guān)軸，它們?yōu)榱舜蜷_開關(guān)是相對(duì)彼此可沿著所述開關(guān)軸活動(dòng)的。在圖4中該軸是垂直的。在圖4中示出了打開期間的開關(guān)1，并且接觸件10、20已沿著開關(guān)軸彼此分開。在圖4中電流仍未完全完成中斷，并且在接觸件10和20之間形成電弧33。通過電弧33傳達(dá)仍有電流從第一接觸件10流至第二接觸件。電流流經(jīng)桿12 (電流路徑31a)、流經(jīng)接觸盤14(電流路徑31b)，然后流經(jīng)電弧33、并流經(jīng)接觸盤24(電流路徑31c)且流經(jīng)桿22。在電弧影響下，接觸件的材料被侵蝕(該材料通常形成電弧的等離子體)，這導(dǎo)致接觸件的耗損。在示出例子中，接觸件10、20形成為TMF型。TMF型表示接觸件如此形成，使得開關(guān)電流在開關(guān)過程中弓I起主要橫向的磁場(chǎng)(垂直于一般的電流流動(dòng)方向或者電弧的主方向，也就是平行于通過接觸表面14和24限定的面)。在此，這通過接觸盤14和24中的槽實(shí)現(xiàn)。這些槽在盤中給出的電流31b、31c的電流流動(dòng)方向使得該電流感應(yīng)引起橫向磁場(chǎng)(在圖4中在水平平面中)。在圖4中示出的開關(guān)是螺旋型的(也就是說帶有形成為螺旋形的槽)。另外的接觸件形狀也是可能的。用于TMF型開關(guān)的一可能備選形狀例如是杯狀(cup-shaped)接觸件。在圖4中示出的開關(guān)是真空功率開關(guān)(也就是說在預(yù)計(jì)其中有電弧的開關(guān)室中帶有低壓，尤其是帶有高真空)。即便本發(fā)明的某些優(yōu)點(diǎn)對(duì)于例如中或高壓范圍的真空功率開關(guān)能夠特別好地被實(shí)現(xiàn)，但是本發(fā)明也并不限于這種開關(guān)。本發(fā)明的方面同樣也能夠涉及例如保護(hù)氣體功率開關(guān)，在該保護(hù)氣體功率開關(guān)中開關(guān)室填充有保護(hù)氣體，例如sf6。開關(guān)、尤其是功率開關(guān)中的難點(diǎn)是接觸件(例如圖4中的接觸件10、20)由于電弧(圖4中的33)引起的耗損。通過耗損或者隨之而來的開關(guān)磨耗引起的問題在上面已經(jīng)得到進(jìn)一步說明。出于上述原因值得向往的是，盡可能準(zhǔn)確地確定磨耗。
在此為了圖示目的提及的方法為了該目的規(guī)定了例如以下形式的電流積分，以便確定磨耗
d = k*|l(tT dt11}
在此，磨耗通過厚度d給出(單位為mm)，在開關(guān)過程期間材料由于電弧而從接觸件的接觸表面上被侵蝕了厚度d。在此，I(t)作為時(shí)間t的函數(shù)來表示在開關(guān)操作期間流經(jīng)開關(guān)的接觸電流，也就是說在時(shí)間t時(shí)流經(jīng)電弧33的電流，見圖4。k和a是常數(shù)，它們例如能夠通過模型確定或憑經(jīng)驗(yàn)確定。(I)中的時(shí)間積分涉及其間存在電弧的全部開關(guān)時(shí)間。在此，如在方程式(I)中的積分也應(yīng)表達(dá)離散電流值的總和，該總和適合地接近這種積分。然而，計(jì)算規(guī)則(I)尤其是對(duì)于中或高開關(guān)電流提供不準(zhǔn)確的結(jié)果。當(dāng)對(duì)于低開 關(guān)電流校正參數(shù)k和a時(shí)，那么利用規(guī)則(I)對(duì)于高開關(guān)電流和長(zhǎng)電弧持續(xù)時(shí)間(相位長(zhǎng)度0.75 和更長(zhǎng))有高估磨耗的趨勢(shì)，并且對(duì)于中等的或高的開關(guān)電流和短電弧持續(xù)時(shí)間(相位長(zhǎng)度0.25 和更短)有低估磨耗的趨勢(shì)。因此提出了對(duì)于更現(xiàn)實(shí)的或者更準(zhǔn)確的規(guī)則的問題，以便也對(duì)于寬范圍的開關(guān)電流和電弧持續(xù)時(shí)間確定磨耗d。出于該目的，能夠促使人們通過更復(fù)雜的表達(dá)(利用更多適合經(jīng)驗(yàn)的參數(shù))替代(I)中的被積函數(shù)。然而利用這種方式可實(shí)現(xiàn)的準(zhǔn)確性同樣也受限并且不能證明適合的參數(shù)數(shù)目的增加是有效的。按照本發(fā)明，通過以下用于確定接觸元件的耗損的方法，這些難點(diǎn)至少得到降低首先，作為時(shí)間t的函數(shù)來檢測(cè)表示在開關(guān)操作期間流經(jīng)開關(guān)的接觸電流的電流值I (t)。電流值I(t)能夠作為連續(xù)函數(shù)或具有離散采樣值的數(shù)據(jù)序列(矢量)被檢測(cè)。被采樣的電流值不僅能夠包括被測(cè)量的值，而且能夠包括虛擬值，例如基于測(cè)量值和/或合適模型模擬、內(nèi)插或擬合的值。該電流例如能夠假定為正弦形，并且能夠根據(jù)測(cè)量的值調(diào)整信號(hào)的振幅和相位，以及，如果需要的話，還有頻率，使得正弦形電流與被測(cè)量的值產(chǎn)生良好的一致性。然后，從復(fù)數(shù)N個(gè)耗損貢獻(xiàn)值Cli中計(jì)算耗損值d，i=l ..N(例如作為這些耗損貢獻(xiàn)值的總和)。耗損貢獻(xiàn)值Cli又是在使用多個(gè)耗損貢獻(xiàn)計(jì)算規(guī)則A的情況下從所檢測(cè)的電流值I(t)的多個(gè)電流值子集中計(jì)算的，使得根據(jù)相應(yīng)耗損貢獻(xiàn)計(jì)算規(guī)則A從相應(yīng)電流值子集中計(jì)算每個(gè)耗損貢獻(xiàn)值(電流值子集也能夠包括所有所檢測(cè)電流值，因此能夠是真正的子集或非真正的子集)。在此，至少兩個(gè)耗損貢獻(xiàn)計(jì)算規(guī)則彼此有區(qū)別(作為函數(shù)或者圖)。本發(fā)明一方面基于這樣的認(rèn)識(shí)，即在開關(guān)過程期間出現(xiàn)不同的電弧相位。這些電弧相位大致在時(shí)間上相繼。這些不同的電弧相位導(dǎo)致接觸件的相應(yīng)不同的耗損，也就是說耗損根據(jù)電弧相位以不同的方式取決于電流在例如擴(kuò)散電弧導(dǎo)致接觸件的不同部分的更均勻且少的耗損時(shí)，靜止收縮(zusammengeschniirt)電弧(導(dǎo)致接觸件的受限部分的嚴(yán)重耗損，并且由此對(duì)于耗損是整體相關(guān)的。按照本發(fā)明的方法允許有利地將不同電弧相位對(duì)接觸元件的耗損的貢獻(xiàn)計(jì)算成相應(yīng)的專有耗損貢獻(xiàn)值。每個(gè)耗損貢獻(xiàn)值能夠借助于對(duì)于相應(yīng)電弧相位而言專門的耗損貢獻(xiàn)計(jì)算規(guī)則來計(jì)算。為此有利的是如此選擇電流值子集和/或耗損貢獻(xiàn)計(jì)算規(guī)則，使得特定的被檢測(cè)電流值分別根據(jù)其在哪些電弧相位中出現(xiàn)而導(dǎo)致相應(yīng)不同的耗損貢獻(xiàn)。對(duì)此，首先確定相應(yīng)電流值子集。屬于相應(yīng)電弧相位的那些電流值能夠確定為電流值子集。為此，能夠?yàn)橄鄳?yīng)電弧相位確定時(shí)間間隔(例如為第i個(gè)電弧相位確定\至七\(yùn)的時(shí)間間隔fef,])，并且電流值子集選為屬于相應(yīng)時(shí)間間隔_1\]的電流值的電流值子集K[l,；f,l)0出于該目的，相應(yīng)電弧相位的界限時(shí)間點(diǎn)V t’ i被合適地確定(進(jìn)一步參見下文)，并且電流值子集在考慮了這些時(shí)間點(diǎn)的情況下被限定。各電弧相位之間的時(shí)間界限可能是有些不清晰的，在它們之間有轉(zhuǎn)變時(shí)間段。然而，人們能夠至少近似地為相位的界限(開始或結(jié)束)確定界限時(shí)間點(diǎn)，也就是\用于第i個(gè)電弧相位的開始或t’ i用于結(jié)束。一般這種界限時(shí)間點(diǎn)能夠是或者用于電弧開始的開始時(shí)間點(diǎn)(或者第一電弧相位)，或者是用于從一個(gè)相位到相應(yīng)下一個(gè)相位的轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變時(shí)間點(diǎn)，或者是用于電弧的結(jié)束(或者最后的電弧相位)的結(jié)束時(shí)間點(diǎn)。因此，比起這種，轉(zhuǎn)變時(shí)間點(diǎn)同樣不涉及電弧的開始或結(jié)束，因?yàn)樵诖藳]有不同的電弧相位會(huì)互相穿入。在TMF開關(guān)中電弧的類型和運(yùn)動(dòng)可通過在特殊成型的接觸件上的觀察檢測(cè)到。在此，在示例性的TMF開關(guān)中可從彼此間區(qū)分出以下不同的電弧相位
具有擴(kuò)散電弧的相位該電弧在空間上沿著接觸件上寬的面分布；
具有收縮靜止電弧的相位該電弧被收窄成窄的區(qū)域，從該區(qū)域起它垂直于接觸表面延伸，并且是靜止的，也就是說幾乎不沿著接觸表面運(yùn)動(dòng)；
帶有收縮運(yùn)動(dòng)電弧的相位電弧繼續(xù)收窄成窄的區(qū)域，然而沿著接觸表面以高速度(也就是說以明顯高于之前相位中的速度)運(yùn)動(dòng)。在最后的相位完成后電弧熄滅(在完全熄滅前可能具有另一帶有擴(kuò)散電弧的相位)。分別根據(jù)開關(guān)和接觸件的構(gòu)造，這些相位能夠與上述相位有區(qū)別，并且能夠給出與上述相位相比更多的相位或更少的相位或與之類型不同的相位。因此，在上述例子中，用于擴(kuò)散電弧的開始的開始時(shí)間點(diǎn)h(或，更確切地說t_n)、用于從擴(kuò)散電弧到收縮靜止電弧的轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變時(shí)間點(diǎn)= h、用于從收縮靜止電弧到漂移(wandernd)電弧的轉(zhuǎn)變的另一轉(zhuǎn)變時(shí)間點(diǎn)t’I = t2以及用于漂移電弧的結(jié)束的結(jié)束時(shí)間點(diǎn)t’2 = t3確定為界限時(shí)間點(diǎn)。如果合適地確定了這些轉(zhuǎn)變時(shí)間段，那么電流值子集能夠被確定為第一、第二和第三電流值子集I ([t0; t，0])、I (Et1; t，J)、I ([t2; t，2])?，F(xiàn)在參考圖Ia和Ib描述限制電弧相位的界限時(shí)間點(diǎn)如何能夠被分別確定。圖Ia和Ib作為時(shí)間t(水平軸)的函數(shù)示出了在開關(guān)操作期間出現(xiàn)的電流I (圖Ia,垂直軸)以及電弧電壓U(圖Ib,垂直軸)的圖。圖Ia和Ib的不意圖中時(shí)間軸不是按真實(shí)比例的，因此圖Ia和Ib中的時(shí)間、至〖3處在略微不同的位置上。該電流一般具有大致正弦形曲線，帶有被調(diào)制到基本頻率上的包絡(luò)線。在圖Ia和Ib中僅示出部分正弦形振動(dòng)周期，在時(shí)間&前具有過零點(diǎn)。在圖Ib中示出的電流表示過電流。由于該過電流，開關(guān)控制裝置會(huì)發(fā)出引起開關(guān)的接觸件分開的開關(guān)信號(hào)。短時(shí)間后開關(guān)控制裝置發(fā)出引起開關(guān)的接觸件分開的開關(guān)信號(hào)。然后接觸件互相分離并且大約在時(shí)間點(diǎn)h分開。該分開通過如下方式可被識(shí)別，即在圖Ib中電壓突然上升，并且出現(xiàn)電弧。大約同時(shí)電弧開始作為擴(kuò)散電弧。接觸件的分開或在圖Ib中可被識(shí)別的電壓上升能夠作為擴(kuò)散電弧(第I電弧相位)的開始來使用，該擴(kuò)散電弧的開始限定時(shí)間點(diǎn)h。在某些實(shí)施方式中，在擴(kuò)散電弧相位期間的少量接觸耗損能夠被忽略。在時(shí)間h = Vtl時(shí)，擴(kuò)散電弧轉(zhuǎn)變成收縮靜止電弧。該轉(zhuǎn)變例如能夠通過如下方式被檢測(cè)，即電流超出預(yù)給定的電流閾值I_sfe。該閾值I_sta的準(zhǔn)確選擇取決于接觸件的幾何形狀和另外的細(xì)節(jié)，并且能夠例如通過測(cè)量結(jié)果進(jìn)行校正。通過不同的觀察會(huì)確定，一般大于10 kA，也就是例如是15 kA。備選的，收縮靜止電弧中的轉(zhuǎn)變也能夠以另外的方式限定。下面進(jìn)一步描述用于確定的另外可能備選方案。在時(shí)間t2=t’ i，在由流動(dòng)電流所產(chǎn)生橫向磁場(chǎng)的影響下靜止電弧轉(zhuǎn)變成運(yùn)動(dòng)電弧。電弧的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致被測(cè)量電壓和被測(cè)量電流的噪聲份額的增加。因此，到運(yùn)動(dòng)電弧的轉(zhuǎn)變能夠通過如下方式被檢測(cè)，即電壓的噪聲份額(在電壓的預(yù)給定的頻率范圍中的方差與平均值的比)超出預(yù)給定的閾值。頻率范圍和閾值的準(zhǔn)確選擇取決于接觸件的幾何形狀和另外的細(xì)節(jié)，例如噪聲信號(hào)的分析在螺旋TMF型中是特別有意義的。該閾值等等例如能夠通過測(cè)量結(jié)果進(jìn)行校正。備選地，到收縮靜止電弧的轉(zhuǎn)變也能夠以另外的方式限定，如下面進(jìn)一步描述。在時(shí)間t3=t’ 2時(shí)電弧熄滅，并且由此電弧相位也結(jié)束。該時(shí)間點(diǎn)例如通過電流明顯降低可被識(shí)別。時(shí)間點(diǎn)t3 —般能夠通過電流和/或電壓降低到預(yù)給定界限值以下來限 定。為了確定限定各電弧相位的上述界限時(shí)間點(diǎn)，也能夠使用另外的事件，這些事件利用電弧相位的開始或結(jié)束以任意方式被校正。這種事件例如能夠是
a.電弧的開始(例如可通過電弧范圍中的亮度、接觸電流、接觸電壓、或類似變量的測(cè)量被確定)；
b.從靜止電弧狀態(tài)到漂移電弧狀態(tài)的轉(zhuǎn)變(例如可通過方差或者上述變量的噪聲份額的測(cè)量被確定)；
c.擴(kuò)散電弧到收縮電弧的轉(zhuǎn)變(例如可通過電弧范圍中的空間亮度分布的測(cè)量被確定);
d.電弧的結(jié)束(例如可通過電弧范圍中的亮度、接觸電流、接觸電壓、或類似變量的測(cè)量被確定)；
e.開關(guān)的一個(gè)接觸元件與開關(guān)的另一接觸元件的分開(例如可通過機(jī)械測(cè)量或通過分析由接觸控制裝置發(fā)送的開關(guān)信號(hào)被確定；可涉及的是待檢查的接觸元件也或者涉及另一接觸元件)；
f.將該接觸元件從開關(guān)的另一接觸元件移開，移開的距離超出(例如可通過機(jī)械測(cè)量確定的)預(yù)給定距離閾值；
g.開關(guān)指令的發(fā)布或分析(例如由開關(guān)控制裝置)；
h.所檢測(cè)值超出或低于預(yù)規(guī)定的閾值，其中所檢測(cè)值尤其是從包括以下測(cè)量值的列表中選出的
-電流值和/或電壓值和/或電場(chǎng)或磁場(chǎng)值(例如可通過測(cè)量用變壓器確定)；
-電流值和/或電壓值的頻率分量；
-電弧亮度值；
-描述接觸表面的位置和/或兩個(gè)接觸表面彼此間距離的位置值；
-接觸件的至目前為止的耗損值，例如在前面的開關(guān)過程中；
-接觸件的至目前為止的耗損總值，也就是說所有前面的開關(guān)過程的耗損值的總和；
-從任何另外的事件(尤其是在該列表中所述的事件)發(fā)生開始經(jīng)過的時(shí)間段；和/或-必要時(shí)，從更早的界限時(shí)間點(diǎn)開始經(jīng)過的時(shí)間段。界限時(shí)間點(diǎn)尤其是可選為相應(yīng)事件的時(shí)間點(diǎn)。也可在考慮多個(gè)所述事件的情況下計(jì)算界限時(shí)間點(diǎn)，例如通過多個(gè)事件的邏輯或加權(quán)運(yùn)算或通過多個(gè)相應(yīng)時(shí)間的求平均。該界限事件點(diǎn)尤其是轉(zhuǎn)變時(shí)間點(diǎn)，其表示從靜止電弧狀態(tài)到漂移電弧裝置的轉(zhuǎn)變。也可在考慮至少一個(gè)以下測(cè)量值的情況下確定至少一個(gè)界限時(shí)間點(diǎn)
-電流值；
-電壓值；
-電場(chǎng)或磁場(chǎng)值；
-電流值的噪聲份額或者頻率分量；
-電壓值的噪聲份額或者頻率分量；
-電場(chǎng)或磁場(chǎng)的噪聲份額或者頻率分量；
-電弧的亮度值；
-描述接觸表面的位置和/或兩個(gè)接觸表面彼此間距離的位置值(其中尤其是，所述接觸元件之一是待檢查的接觸元件；然而也可能涉及另外的接觸元件)；
-至目前為止的耗損值；
-至目前為止的耗損總值；
-從任一事件出現(xiàn)開始經(jīng)過的時(shí)間段，尤其是上述事件之一。-必要時(shí)，從更早的界限時(shí)間點(diǎn)開始經(jīng)過的時(shí)間段。分別根據(jù)測(cè)量值和事件的可用性，可從上述列表中選擇元件并且為相應(yīng)電弧相位合適地校正確定規(guī)則。也可使用多個(gè)確定規(guī)則并組合它們的結(jié)果，例如通過求平均或者形成加權(quán)平均值。在示例性的實(shí)施方式中，電流值子集的相應(yīng)時(shí)間間隔例如可以以下方式確定
編號(hào)I電弧相位I用于確定相位開始的標(biāo)準(zhǔn)
0_擴(kuò)散電弧_接觸件的分離(例如借助于開關(guān)指令的分析或借助于機(jī)械傳感器確定)_
~1 ~￥縮靜止接觸電疏一接觸電流超出閾值Iconstr，例如IOkA—
2 I收縮旋轉(zhuǎn)電弧I電流或電壓的噪聲份額超出閾值
收縮旋轉(zhuǎn)電弧(相位2)的結(jié)束例如可通過如下方式確定，即電流再次超出預(yù)給定的閾值。左列的編號(hào)涉及的是在圖Ia和2中示出的時(shí)段。在圖Ia和2中示意示出了可能附屬的電流和電壓值，在該基礎(chǔ)上至少能夠進(jìn)行在表格中描述的分類。如在圖2中示出，電流值在所確定界限時(shí)間點(diǎn)的基礎(chǔ)上可細(xì)分成不同的電流值子集。第一電流值子集包括時(shí)間間隔[&;&]中的電流值Iatd1])(參考標(biāo)記I)。第二電流值子集包括時(shí)間間隔[t1;t2]中的電流值I([t1;t2])(參考標(biāo)記2)。第三電流值子集包括時(shí)間間隔[t2; t3]中的電流值I ([t2; t3])(參考標(biāo)記3)。對(duì)于每個(gè)電流值子集,在使用相應(yīng)耗損貢獻(xiàn)計(jì)算規(guī)則的情況下計(jì)算相應(yīng)耗損貢獻(xiàn)值Clpd2和d3。接著將耗損貢獻(xiàn)值Clpd2和d3綜合成耗損值d (例如相加)。因此，為了計(jì)算耗損值，一般確定至少一個(gè)轉(zhuǎn)變時(shí)間點(diǎn)，所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)變時(shí)間點(diǎn)尤其是表示在開關(guān)操作期間出現(xiàn)的電弧的不同相位之間的相應(yīng)轉(zhuǎn)變。時(shí)間間隔尤其是如此限定，使得轉(zhuǎn)變時(shí)間點(diǎn)限定第一時(shí)間間隔和第二時(shí)間間隔[tyt'.]之間的轉(zhuǎn)變，以便= h通過轉(zhuǎn)變時(shí)間點(diǎn)形成。該方法尤其是在考慮所確定轉(zhuǎn)變時(shí)間點(diǎn)的情況下能夠包括第一時(shí)間間隔的結(jié)束七\(yùn)和第二時(shí)間間隔[tpt'.]的開始h的限定，例如使得轉(zhuǎn)變時(shí)間點(diǎn)處在第一時(shí)間間隔和第二時(shí)間間隔之間；尤其是使得第一時(shí)間間隔早于轉(zhuǎn)變時(shí)間點(diǎn)或與該轉(zhuǎn)變時(shí)間點(diǎn)同時(shí)，并且第二時(shí)間間隔晚于該轉(zhuǎn)變時(shí)間點(diǎn)或與該轉(zhuǎn)變時(shí)間點(diǎn)同時(shí)。換句話說，然后第一時(shí)間間隔處在第二時(shí)間間隔前，在它們之間有轉(zhuǎn)變時(shí)間點(diǎn)。然后電流值子集在考慮至少一個(gè)所確定轉(zhuǎn)變時(shí)間點(diǎn)的情況下被確定。因此，電流值子集確定為屬于相應(yīng)時(shí)間間隔的電流值。至少一個(gè)時(shí)間間隔J在考慮至少一個(gè)所確定界限時(shí)間點(diǎn)或者轉(zhuǎn)變時(shí)間點(diǎn)的情況下被限定。以下描述各耗損貢獻(xiàn)計(jì)算規(guī)則(每電流值子集或者每電弧相位)可能的實(shí)施方式。在一實(shí)施方式中，至少一個(gè)耗損貢獻(xiàn)計(jì)算規(guī)則，也或所有耗損貢獻(xiàn)計(jì)算規(guī)則作為公式
(I)的相應(yīng)積分被分析(或者作為接近這種積分的總和)，其中相應(yīng)時(shí)間積分或者總和僅限于相應(yīng)時(shí)間間隔或者相應(yīng)電流值子集。然后，(I)中的相應(yīng)參數(shù)k和a能夠按照電流值子集(或者按照電弧相位)被相應(yīng)單獨(dú)地選出，例如根據(jù)模型被預(yù)給定或根據(jù)測(cè)量結(jié)果被校正。然后，用于第i個(gè)電流值子集(在此作為屬于時(shí)間間隔的電流值子集示出)的耗損貢獻(xiàn)計(jì)算規(guī)則&能夠公式化為
cpj: k; *|i(tr iit (作為積分)或者公式化為(2) fiW =K * Z (作為總和)(2，)，
權(quán)利要求
1.用于確定電氣開關(guān)、尤其是真空開關(guān)、以及尤其是用于高或中壓的開關(guān)設(shè)備的開關(guān)的接觸元件的耗損的方法，所述方法包括 -電氣值(I(t)，u(t))的檢測(cè)，所述電氣值作為時(shí)間的函數(shù)表示與在開關(guān)操作期間在所述開關(guān)上出現(xiàn)的電弧相關(guān)的電氣變量；和 -從多個(gè)耗損貢獻(xiàn)值中計(jì)算表示所述接觸元件的耗損的耗損值(d)，其中在使用多個(gè)耗損貢獻(xiàn)計(jì)算規(guī)則(fi)的情況下從所檢測(cè)的電氣值的多個(gè)值子集<]{ ,)中計(jì)算所述耗損貢獻(xiàn)值，使得根據(jù)相應(yīng)耗損貢獻(xiàn)計(jì)算規(guī)則(fi)從相應(yīng)值子集(I(Is); 〖(ltd\1))中計(jì)算每個(gè)所述耗損貢獻(xiàn)值，并且其中至少兩個(gè)耗損貢獻(xiàn)計(jì)算規(guī)則(A)彼此有區(qū)別。
2.按照權(quán)利要求I所述的方法，其中所述計(jì)算包括表征所述耗損貢獻(xiàn)計(jì)算規(guī)則的轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)變時(shí)間點(diǎn)(tpt’i)的確定，其中所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)變時(shí)間點(diǎn)尤其是表示在所述開關(guān)操作期間出現(xiàn)的電弧的不同相位之間的相應(yīng)轉(zhuǎn)變。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其中所述計(jì)算包括在考慮所述至少一個(gè)所確定轉(zhuǎn)變時(shí)間點(diǎn)(Wi)情況下至少一個(gè)值子集< 丨,):的限定。
4.按照前述權(quán)利要求之一項(xiàng)所述的方法，其中所述計(jì)算包括至少一個(gè)界限時(shí)間點(diǎn)(tpt’D的確定，其中所述至少一個(gè)界限時(shí)間點(diǎn)尤其是所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)變時(shí)間點(diǎn)，并且其中在考慮至少一個(gè)相應(yīng)事件的情況下確定所述至少一個(gè)界限時(shí)間點(diǎn)，所述事件從包括以下事件的列表中選出 a.電弧的開始； b.靜止電弧狀態(tài)到漂移電弧狀態(tài)的轉(zhuǎn)變； c.擴(kuò)散電弧到收縮電弧的轉(zhuǎn)變； d.電弧的結(jié)束； e.開關(guān)的一個(gè)接觸元件與開關(guān)的另一接觸元件的分開； f.將該接觸元件從開關(guān)的另一接觸元件移開，移開的距離超出預(yù)給定距離閾值； g.開關(guān)指令的發(fā)布或分析； h.所檢測(cè)值超出或低于預(yù)規(guī)定的閾值，其中所檢測(cè)值尤其是從包括以下值的列表中選出 -電流值； -電壓值； -電場(chǎng)或磁場(chǎng)值； -電流值的噪聲份額或者頻率分量； -電壓值的噪聲份額或者頻率分量； -電場(chǎng)或磁場(chǎng)的噪聲份額或者頻率分量； -電弧亮度值； -描述接觸表面的位置和/或兩個(gè)接觸表面彼此間距離的位置值； -至目前為止的耗損值或者至目前為止的耗損總值； -從任何另外的事件、尤其是在該列表中所述的事件發(fā)生開始經(jīng)過的時(shí)間段； -必要時(shí)，從更早的界限時(shí)間點(diǎn)開始經(jīng)過的時(shí)間段。
5.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述計(jì)算包括至少一個(gè)界限時(shí)間點(diǎn)(tpt’ J的確定，其中所述至少一個(gè)界限時(shí)間點(diǎn)尤其是至少一個(gè)轉(zhuǎn)變時(shí)間點(diǎn)，并且其中所述至少一個(gè)界限時(shí)間點(diǎn)在考慮了至少一個(gè)相應(yīng)值的情況下被確定，該值從包括以下值的列表中選出 -電流值； -電壓值； -電場(chǎng)或磁場(chǎng)值； -電流值的噪聲份額或者頻率分量； -電壓值的噪聲份額或者頻率分量； -電場(chǎng)或磁場(chǎng)的噪聲份額或者頻率分量； -電弧亮度值； -描述接觸表面的位置和/或兩個(gè)接觸表面彼此間距離的位置值； -至目前為止的耗損值； -至目前為止的耗損總值； -從任一事件、尤其是一個(gè)在權(quán)利要求5中所述的事件開始經(jīng)過的時(shí)間段； -必要時(shí)，從更早的界限時(shí)間點(diǎn)開始經(jīng)過的時(shí)間段。
6.按照權(quán)利要求2至5之一項(xiàng)所述的方法，其中所述值子集aat^t’i]))包括屬于相應(yīng)時(shí)間間隔的電氣值，對(duì)于每個(gè)所述時(shí)間間隔所述方法進(jìn)一步包括通過至少一個(gè)相應(yīng)界限時(shí)間點(diǎn)確定相應(yīng)時(shí)間間隔的開始a J、結(jié)束a、)，或開始和結(jié)束，其中所述至少一個(gè)界限時(shí)間點(diǎn)尤其是所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)變時(shí)間點(diǎn)。
7.按照權(quán)利要求2至6之一項(xiàng)所述的方法，其中所述至少一個(gè)轉(zhuǎn)變時(shí)間點(diǎn)包括第一轉(zhuǎn)變時(shí)間點(diǎn)U1)和第二轉(zhuǎn)變時(shí)間點(diǎn)(t2)，并且其中所述多個(gè)值子集包括至少一個(gè)第一值子集、第二值子集和第三值子集(I ([tQ; tj))、I (Lt1; t2])、I ([t2; t3]))。
8.按照前述權(quán)利要求之一項(xiàng)所述的方法，其中所述值子集(Iai); i([ti;t’i]))確定為屬于相應(yīng)時(shí)間間隔的電氣值，并且其中所述耗損值的計(jì)算包括耗損貢獻(xiàn)值的總和或積分的形成。
9.按照前述權(quán)利要求之一項(xiàng)所述的方法，其中所述計(jì)算包括 形成至少一個(gè)、尤其是至少兩個(gè)耗損貢獻(xiàn)的形式為Ki * Ktf的貢獻(xiàn)，其中i將所述至少一個(gè)耗損貢獻(xiàn)中的相應(yīng)耗損貢獻(xiàn)標(biāo)識(shí)為第i個(gè)耗損貢獻(xiàn)，并且其中Ki標(biāo)識(shí)相應(yīng)的第i個(gè)系數(shù)因子，I (t)表示被包括在屬于第i個(gè)耗損貢獻(xiàn)的值子集中的相應(yīng)電氣值，并且％表示相應(yīng)任意指數(shù)。
10.按照前述權(quán)利要求之一項(xiàng)所述的方法，其中所述耗損值(d)包括形式為的表達(dá)，其中，
11.按照前述權(quán)利要求之一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括將所計(jì)算的耗損值相加成表示必要時(shí)多個(gè)開關(guān)過程的總耗損的耗損總值。
12.按照前述權(quán)利要求之一項(xiàng)所述的方法，其中 所述電氣值包括來自以下組的所述值中的至少一個(gè)值 -電流值(I (t))，其作為時(shí)間的函數(shù)表示在開關(guān)操作期間流經(jīng)所述開關(guān)的接觸電流； -電壓值(U(t))，其作為時(shí)間的函數(shù)表示在開關(guān)操作期間在所述開關(guān)上存在的電弧電壓；和 -電弧功率值(P(t))，其作為時(shí)間的函數(shù)表示在所述開關(guān)上存在的電弧功率。
13.用于電氣開關(guān)、尤其是用于高或中壓開關(guān)設(shè)備的電子單元、尤其是控制和/或監(jiān)控系統(tǒng)，所述開關(guān)控制裝置包括 -用于獲取電氣值的值輸入模塊，所述電氣值作為時(shí)間的函數(shù)表示與在開關(guān)操作期間流經(jīng)所述開關(guān)的功率相關(guān)的變量；和 -耗損確定模塊，其具有計(jì)算單元和帶有可通過所述計(jì)算單元執(zhí)行的程序代碼的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其中所述程序代碼包括 多個(gè)耗損貢獻(xiàn)計(jì)算規(guī)則(4)，它們被設(shè)置用于從所檢測(cè)電氣值的相應(yīng)值子集!Ku；中計(jì)算相應(yīng)耗損貢獻(xiàn)值，其中至少兩個(gè)所述耗損貢獻(xiàn)計(jì)算規(guī)則(f)彼此有區(qū)另U，以及 用于從所述耗損貢獻(xiàn)值中計(jì)算表示所述接觸元件的耗損的耗損值(d)的耗損值計(jì)算例程。
14.用于高或中壓的開關(guān)設(shè)備、尤其是真空功率開關(guān)，包括按照權(quán)利要求13所述的開關(guān)控制裝置和/或被配備用于實(shí)施按照權(quán)利要求I至12之一所述的方法。
15.按照權(quán)利要求14所述的用于高或中壓的開關(guān)設(shè)備，其中所述接觸元件是TMF型接觸件。
全文摘要
用于確定電氣開關(guān)、尤其是用于高或中壓的開關(guān)設(shè)備的接觸元件的耗損的方法，所述方法包括電氣值(I(t)、U(t))的檢測(cè)，所述電氣值作為時(shí)間的函數(shù)表示與在開關(guān)操作期間在開關(guān)上出現(xiàn)的電弧相關(guān)的電氣變量；和從多個(gè)耗損貢獻(xiàn)值中計(jì)算表示接觸元件耗損的耗損值(d)，其中在使用多個(gè)耗損貢獻(xiàn)計(jì)算規(guī)則(fi)的情況下從所檢測(cè)電氣值的多個(gè)值子集(I(ti)、I([ti;ti']))中計(jì)算耗損貢獻(xiàn)值，使得根據(jù)相應(yīng)耗損貢獻(xiàn)計(jì)算規(guī)則從相應(yīng)值子集中計(jì)算每個(gè)耗損貢獻(xiàn)值，并且其中至少兩個(gè)耗損貢獻(xiàn)計(jì)算規(guī)則彼此有區(qū)別。
文檔編號(hào)H01H1/00GK102714101SQ201080062329
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2010年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月25日
發(fā)明者D.施拉格, E.斯馬吉克, K.亨肯 申請(qǐng)人:Abb研究有限公司