DE4107207A1 - Verfahren und einrichtung zum schutz und fuehren von elektromotoren, anderen elektrischen betriebsmitteln oder elektroanlagen nach kriterien der lebensdauer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Ein­ richtung für den Schutz, den Betrieb und die Anzeige der Restlebensdauer von Motoren, insbesondere der Wicklungen von Elektromotoren, deren Temperatur sich mehr oder weniger in der Nähe der Wicklungsgrenztemperatur bewegt, aber auch allgemein für Elektromotoren oder andere elektrische Be­ triebsmittel, auch elektrische Verteilungsanlagen, deren Lebensdauer wesentlich von der Betriebstemperatur bestimmt wird.

Eine vor mehreren Jahren durchgeführte weltweite Analyse der Auslastung von Elektromotoren, insbesondere von Drehstrom­ synchronmotoren, hat ergeben, daß diese im Mittel nur zu etwa 60% in bezug auf ihre Nennleistung ausgelastet sind. Das hat verschlechterte Werte des Wirkungsgrades, insbesondere aber des Leistungsfaktors zur Folge. Dies führt zu einer höheren Stromaufnahme, zu höheren Leitungsverlusten oder aber zur Verlegung größerer Leitungsquerschnitte. Da viele Millionen solcher Motoren sich im Einsatz befinden, existiert hier ein großes Einsparungspotential an Elektro­ energie bzw. an Leitungskupfer, wenn man anstelle der unter­ lasteten Maschinen Elektromotoren benutzt, die mit ihrer Nennleistung bzw. in der Nähe ihrer Nennleistung belastet werden. Da in diesen Fällen stets der Übergang zu einem kleineren Motor erfolgt, kommen weitere Einsparungen hinzu, die sich aus der geringeren Motormasse ergeben, also Einspa­ rungen an Wicklungskupfer, hochwertigem Magneteisen, Iso­ liermaterialien usw. Sie liegen ebenfalls in erheblichen Größenordnungen. Beispielsweise würde sich im unteren Lei­ stungsbereich beim Ersatz eines mit 60% belasteten durch einen für diesen Lastfall 100%ig belasteten kleineren Motor eine Masseeinsparung von etwa 30% erzielen lassen.

Die Existenz solch großer Möglichkeiten zur Einsparung an Elektroenergie und Material hat zu den verschiedensten An­ strengungen in bezug auf die Erhöhung und Optimierung der Auslastung von Elektromotoren geführt. Für Dauerbetrieb bedeutet Optimierung Betrieb mit der Nennleistung, bei der etwa die Grenztemperatur der Wicklung erreicht wird. Die hierfür gültige Nennwicklungslebensdauer ist bei diesen Bedingungen näherungsweise bekannt.

In der Regel überwiegen jedoch die Anwendungsfälle, insbe­ sondere an den für den Gesamtbetrieb kritischen Stellen, bei denen Motoren unter stark schwankenden Belastungen betrieben werden müssen. Für dieses wechselnde Belastungsregime kann eine optimale Auslastung im Mittel nur dann erreicht werden, wenn die Motoren zeitweise überlastet werden, um die in den Unterlastphasen entstandenen Defizite bzw. Reserven wieder auszugleichen. Dabei hängt die in den Überlastphasen nutzbare Wicklungstemperatur von der Höhe der Defizite bzw. Reser­ ven in den Unterlastphasen ab. Die Temperaturgrenze kann also nach oben nicht fest sondern muß fließend bzw. ausnutzbar bis zu einer den unmittelbaren Ausfall der Wicklung verursachenden Temperatur sein. Damit ist es aber nicht mehr möglich, die bisher übliche Motorschutztechnik, die generell auf die Überwachung einer festen Temperaturgrenze ausgerichtet ist, anzuwenden. Das gilt sinngemäß auch für andere elektrische Betriebsmittel.

Bisher wurden zum Schutz von Motoren bzw. auch anderen elek­ trischen Betriebsmitteln (z. B. Transformatoren, Verteilungs­ anlagen), deren Lebensdauer wesentlich von der Temperatur abhängt, Einrichtungen eingesetzt, die entweder über die Kontrolle des Belastungsstromes mechanisch (Bimetall) der mit Hilfe elektronischer Mittel (elektronische Auslöser) die Temperatur in dem zu schützenden Betriebsmittel nachbilden und bei Überschreiten eines eingestellten Grenzwertes ein Signal geben oder auslösen. Teilweise werden auch direkt in die Wicklung eingebaute Temperaturfühler vorgesehen, die dieses Auslösesignal bei Überschreiten einer Grenztemperatur erzeugen.

Allen diesen Einrichtungen ist der Nachteil gemeinsam, daß sie nur nach einer festen Temperaturgrenze und ohne Gedächtnis­ funktion arbeiten, so daß die Auswirkung der jeweils erreichten Betriebstemperaturen auf die Lebensdauer nicht erfaßt und nicht berücksichtigt wird.

Ebensowenig konnten von den bekannten Einrichtungen bisher die Auswirkungen von höheren Harmonischen erfaßt werden. Hierzu wurden zwar schon Vorschläge bekannt (DD-PS 2 47 551), die den Einfluß dieser Oberwellen sowohl proportional der Frequenz bzw. dem Quadrat der Frequenz erfassen, aber nur einmalige Vorgänge verarbeiten können.

Wesentlich ist weiter, daß insbesondere für ineinander ver­ flochtene und voneinander abhängige Arbeitsabläufe die Sicherheit gegeben sein muß, daß kein Betriebsmittel, insbesondere ein Motor, unkontrolliert und unerwartet ausfällt. Dies setzt voraus, daß eine Kontrolle, Anzeige, Signalisierung über den Zustand des Motors, insbesondere über seine weitere Lebensdauer möglich sein muß. Deshalb muß sich die Überwachungs- und Schutztechnik an direkten Verschleißkriterien der Motorwicklung orientieren, die ihrerseits haupt­ sächlich von deren Temperatur abhängig sind.

Ein solches Verschleißkriterium stellt der sogenannte Lebensdauerverbrauch dar. In der US-PS 45 25 763 wird ein solches Verfahren zum Schutz von Elektromotoren und deren Le­ bensdauervorhersage auf der Basis der Bestimmung des Le­ bensdauerverbrauchs beschrieben. Der Grundgedanke dieses Verfahrens wird in Fig. 1 dargestellt.

In den Punkten P und Q wird ein thermischer Alterungszustand der Motorwicklung bestimmt und durch lineare Extrapolation bis zur Linie 1,0, d. h. über die Änderungsrate des Alte­ rungszustandes zwischen P und Q, die Zeit t_n errechnet. t_n stellt diejenige Lebensdauer dar, die der Motor erreicht, wenn er so wie innerhalb des Zeitraumes zwischen den Punkten P und Q belastet würde. Diese Lebensdauer wird mit der ge­ wünschten verglichen und in Abhängigkeit vom Vergleichs­ ergebnis über eine Logikschaltung entschieden, ob der Motor abgeschaltet werden muß oder nicht.

Diese Lösung besitzt jedoch noch die folgenden entschei­ denden Nachteile:

• - Bei der Lebensdauerprojektion wird eine Gerade benutzt, deren Extrapolationsbereich mehrere Zehnerpotenzen größer ist als der Abstand der beiden Punkte, durch die diese Gerade gelegt wird, wodurch das - eventuell durch Zufälligkeiten bestimmte - Geschehen in einem extrem kleinen Bereich der Größenordnung Sekunden bis Minuten auf die gesamte Lebens­ dauer in der Größenordnung mehrerer zehntausend Stunden übertragen wird.
• - Die Lebensdauerextrapolation erfordert entsprechende Schaltungen und Rechnungen und ist somit sehr aufwendig.
• - Durch das Projektionsverfahren wird nur die Änderung des Alterungszustandes zwischen den Punkten, d. h. die Vorgeschichte des Motors, wird nicht in die Auslöseentscheidung einbezogen. So ergibt das Punktepaar (P′; Q′) die gleiche Lebensdauer­ projektion wie das Paar (P; Q), obwohl in P′ und Q′ eine wesentlich günstigere Lebensdauersituation besteht.
• - Die durch Projektion ermittelte wird zwar immer mit der gewünschten Lebensdauer, die in der Regel die vom Hersteller für Normalbedingungen angegebene ist, verglichen, die für den Motoranwender sehr informative Restlebensdauer, die der Motor noch hätte, wenn er den Rest seiner Betriebszeit unter Normalbedingungen weiterlaufen würde, ist aber nicht ableitbar.
• - Die angegebene Methode läßt keine von vornherein fest­ legbare und auf die für einen Motoranwendungsfall typischen Lastverläufe zugeschnittene Schutzstrategie zu. Auf die Schwierigkeiten der Auswahl geeigneter Kriterien für den lebensdauerorientierten Motorschutz wurde auch an anderer Stelle hingewiesen, wo Grundlagen und Bedeutung von Lebensdauer­ verbrauchsmessungen für den Motorschutz behandelt werden (s. Busch, R.: Motorüberwachung auf der Basis der Bestimmung des Lebensdauerverbrauchs. Elektrie 43 (1989)8, S. 287-289).
• - Das angegebene Verfahren bezieht sich nur auf eine rein thermische Wicklungsalterung.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die be­ schriebenen Nachteile des bekannten Verfahrens zu vermeiden und eine an der Lebensdauer des zu schützenden bzw. zu über­ wachenden Verbrauchers, insbesondere Motors, orientierte Schutzeinrichtung zu schaffen, mit der eine unzulässige und zur unmittelbaren Zerstörung des Motors führende Überlastung verhindert wird, die aber gleichzeitig und insbesondere bei stark wechselnder Last die Belastbarkeit des zu schützenden Betriebsmittels voll ausnutzen läßt, um die oben geschilderten, durch vollständige Auslastung gegebenen energie- und materialökonomischen Effekte erzielen zu können. Ein weiteres Ziel besteht darin, das Verfahren so zu erweitern, daß eine an der gewünschten Lebensdauer orientierte Führung eines Motors oder Betriebsmittels mit einfacheren und genauer arbeitenden Mitteln ermöglicht wird und daß auch bei nicht vorgegebener Lebensdauer bzw. bei stark schwankender Last eine Signalisierung bei Erreichen eines wählbaren Wertes der erreichten Lebensdauer für die weitere Entscheidung für die Betriebsführung erfolgt.

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren und die dazugehörige Hardware bzw. gerätetechnische Einrichtung vorgeschlagen, die aus einem einzigen Meßwert des Lebensdauerverbrauchs und dessen Vergleich mit der abgelaufenen Zeit bis zu dem Zeit­ punkt, in dem der erwähnte Lebensdauerverbrauch gemessen wurde, Motorschutz- und/oder Motorführungsentscheidungen beim Erreichen dieses Zeitpunktes nach vorausbestimmten Alterungswerten der Motorwicklung ermöglichen und gleichzeitig die Kriterien für Motorschutz- und führung in der Folgezeit in Abhängigkeit von der Vorgeschichte des Motors berechnen. Diese Kriterien gelten bis zum Erreichen eines ebenfalls frei vorausbestimmbaren Wertes des Lebensdauerver­ brauches zu einem Zeitpunkt, von dem ab die Kriterien für Motorschutz und Motorführung wiederum für die nächste Etappe der Folgezeit neu bestimmt werden. Die Berechnung der Kriterien erfolgt dabei dergestalt, daß die gewünschte Lebensdauer bzw. deren Erwartungswert mit vorgegebener Genauigkeit gesichert bzw. erreicht wird. Der Lebensdauerverbrauch wird dabei für beliebige Werte der ihn bestimmenden Faktoren stets so berechnet, als wäre er auf der Basis normaler Werte dieser Faktoren (bezüglich der Temperatur also beispielsweise bei der Grenztemperatur des verwendeten Isoliermaterials) entstanden, so daß durch einfache Differenzbildung zwischen der vom Hersteller der Wicklung proklamierten Normallebens­ dauer und dem Lebensdauerverbrauch diejenige Restlebensdauer bestimmt werden kann, die sich ergibt, wenn der Motor vom Betrachtungszeitpunkt an unter Normalbedingungen, d. h. bei Nennlast weiterlaufen würde. Für die Einschätzung solcher Normallebensdauerwerte verfügt der Motoranwender über wesentlich mehr Erfahrung als für die Lebensdauereinschätzung unter anderen Bedingungen. Insbesondere bei stark wechselnder Last, einem Hauptanwendungsgebiet des lebensdauerorientierten Motorschutzes oder -betriebes nutzt es dem Anwender mehr, diesen Wert zu kennen als denjenigen, der die Rest­ lebensdauer darstellt, die der Motor erreichen würde, wenn er so weiterlaufen würde wie im vergangenen Meßintervall, obwohl auch dieser Wert nach dem hier vorgeschlagenen Verfahren bestimmt werden kann.

An je einem Ausführungsbeispiel für das Verfahren und für die gerätetechnische Gestaltung zur Realisierung des Verfahrens soll die Erfindung erläutert werden.

Ausführungsbeispiel des Verfahrens

Fig. 2 zeigt ein Lebensdauerdiagramm, in das der Lebensdauer­ verbrauch, der durch die Temperatur und gegebenenfalls durch die elektrische Spannung und die mechanische Belastung der Wicklung über das dafür gültige Lebensdauergesetz be­ stimmt wird, als Funktion der Zeit aufgetragen ist. Der Lebensdauerverbrauch ergibt sich dabei aus der Summe der Lebensdauerverbrauchswerte von n Intervallen der Länge Δt. Die Werte t_v(k) können entweder aus den Wicklungsdaten und den Streßfaktoren Temperatur, Spannung und mechanische Be­ lastung berechnet werden oder sind einer Tabelle entnehmbar, die in einem Speicher stehen kann. Dabei ist die mögliche zeitliche Änderung der Streßfaktoren innerhalb des Intervalls Δt zu berücksichtigen.

Bewegt sich der durch t_v und t=n · Δt gegebene Aufpunkt entlang der Geraden O-E, dann erreicht der Motor die Lebens­ dauer L₀ (Normallebensdauer) von beispielsweise 30 000 Stunden, die in der Regel angestrebt wird. Bewegt er sich auf der Geraden O-E′, dann ist die Lebensdauer 0,5 L₀, also im Beispiel 15 000 Stunden und bewegt er sich auf der Geraden O-E′′, dann ist sie 1,5 L₀, also z. B. 45 000 Stunden.

Den möglichen zeitlichen Verlauf des auf die Intervallänge Δt bezogenen Lebensdauerverbrauchs zeigt für die ange­ gebenen drei Fälle die Fig. 3. Die gestrichelt eingezeichneten horizontalen Linien sind dabei die nach einer bestimmten Anzahl von Intervallen im Mittel zu realisierenden t_v(k)/Δt- Werte.

Um bei der Bewegung im Lebensdauerdiagramm nach Fig. 2 defi­ nierte "Schaltpunkte" bzw. "Entscheidungspunkte" zu bekommen, kann festgelegt werden, sich innerhalb einer beispiels­ weise durch die Geraden für

0,9 L₀ (k₁ = 0,9) und 1,1 L₀ (k₂ = 1,1)

gegebenen Bereichs zu bewegen (s. schraffierten Bereich). Erreicht beispielsweise der Motor den Punkt P₁ (der Lebensdauerverbrauch ist hier
t_v = 1,11 t = 1,11 ± Δt

oder

t_v/t = 1,11),

dann kann entweder die Belastung des Motors reduziert werden, oder er wird abgeschaltet. Unter Berücksichtigung der Lage des Punktes P₁ wird nun ein Wert

m₁ = (t_v(k)/Δt)₁

derartig berechnet, daß bei ständiger zukünftiger Einhaltung dieses Wertes im zeitlichen Mittel der Aufpunkt sich entlang der Geraden P₁-E, also direkt in die Richtung der gewünschten Lebensdauer L₀ bewegt. Der im Punkt P₁ berechnete Wert ergibt sich dann konkret zu:

Ab dem Punkt P₁ sind zwei Betriebsweisen möglich. Entweder man sorgt dafür, daß für den Rest der Betriebszeit die Werte t_v(k)/Δt im Mittel den Wert m₁ annehmen oder man setzt m₁ als oberen Grenzwert fest und schaltet den Motor bei dessen Überschreitung ab. Die zeitlichen Verläufe des bezogenen Lebensdauerverbrauchs ab Punkt P₁ sind für diese beiden Fälle in Fig. 4 dargestellt.

Der zuletzt genannte Fall läßt sich leichter realisieren und wird deshalb hier weiter geschildert. Da die t_v(k)/Δt- Werte stets kleiner als m₁ sind, bewegt sich der Aufpunkt im Diagramm nach Fig. 2 in Richtung des Punktes P₂, in dem die nächste Entscheidung für den in der Folgezeit zugelassenen Lebensdauerverbrauch zu fällen ist. In diesem Punkt gilt:

t_v = 0,91 t = 0,91 n Δt.

Die Lebensdauersitutation hat sich also verbessert. Es liegt nun kein Grund vor, den Motor in der Folgezeit nicht höher zu belasten. Eine Begrenzung der Werte t_v(k)/Δt ist hier nicht notwendig (wohl aber eine Begrenzung beispielsweise der Wicklungstemperatur, die den Wert, für den der themische Teil des Lebensdauergesetzes gerade noch gilt, nicht überschreiten darf), so daß der Aufpunkt sich auf beliebig steiler und beliebig geformter Kurve bewegen kann, bis der Punkt P₃ erreicht ist. Hier ist es erforderlich, dem Aufpunkt wieder die richtige Bewegungs­ richtung vorzuschreiben, was durch erneute Berechnung und Vorgabe eines Wertes

geschieht, der die Bewegungsrichtung P-E in gleicher Weise wie oben für den Punkt P₁ geschilderte, festlegt.

Die Strategie zur Gestaltung der Auslösekriterien ist dann im Punkt P₄ die gleiche wie in P₂, in P₅ die gleiche wie in P₁ oder P₃ usw. Auf diese Weise gelangt der Motor innerhalb des Toleranzbandes +10% zu seiner geplanten Lebensdauer. Es ist ohne weiteres klar, saß sowohl die Breite des Toleranz­ bandes, also der Öffnungswinkel der den schraffierten Bereich begrenzenden Geraden, als auch die Form dieser Geraden, beliebig gewählt bzw. vorgegeben werden können. Diese Vorgaben können entsprechend zu erwartender Belastungsver­ läufe oder unter anderen Aspekten realisiert werden. Fig. 5 zeigt zwei Beispiele.

Das geschilderte Verfahren legt den Gedanken nahe, den Motor über den Zeitraum seiner Lebensdauer belastungsmäßig so zu führen, daß er sich durch Lastverstellung entlang der durch Fig. 2 gegebenen Geraden O-E oder O-E′ oder O′-E′′ bewegt. Dazu ist als Istwert der jeweils aktuell errechnete Lebensdauer­ verbrauch mit dem durch die Sollkurve im Lebensdauer­ diagramm gegebenen Sollwert (in Fig. 3 sind das die Werte 1 oder 2 oder 0,67) regelungstechnisch zu verknüpfen. Das erzeugte Stellsignal realisiert die entsprechend dem aktuellen Istwert notwendige Änderung der Motorlast. Als Beispiel wird ein Förderband erwähnt, dessen Beladung durch Verstellen der Schieber eines Beladungsbunkers in Abhängigkeit von der Lebensdauerverbrauchssituation des Abtriebsmotors ver­ stellt wird.

Ein Ausführungsbeispiel für die gerätetechnische Gestaltung zeigt Fig. 6 zum Schutz eines Motors als Beispiel für ein elektrisches Betriebsmittel. Der dargestellte Motor 1 soll rein thermisch altern, wie das bei Niederspannungsmaschinen der Fall ist, so daß die Wicklungstemperatur bzw. die Temperatur des Heißpunktes der Motorwicklung in der Schaltung zu verarbeiten ist. Diese Temperaturinformation wird, so wie in Fig. 6 dargestellt, entweder durch einen Temperatursensor oder durch eine Modelleinrichtung 2, die das Temperatur­ signal bzw. die thermische Beanspruchung aus elektrischen Größen der Maschine, wie Motorstrom und Motorspannung, und auch aus weiteren Einflußgrößen, wie z. B. Umgebungstemperatur, Motordrehzahl, Fremdkühlung u. a. reproduziert. An der in Fig. 6 strichpunktiert gezeichneten Trennlinie wird das Temperatursignal 3 eingespeist. Die Gestaltung der rechts von der Trennlinie angegebenen weiteren erfindungsgemäßen Schaltung ist unabhängig von der Art und Weise der Temperaturbestimmung. Erreicht die Temperatur einen ersten einstellbaren Grenzwert, wird durch das Schwellwertglied 5 und den Auslöser 6 Alarm ausgelöst. Erreicht sie einen zweiten Grenzwert, oberhalb dessen die Wicklung irreversible Schäden erleiden würde, wird sie über das Schwellwertglied 5 und den Auslöser 6 vom Netz getrennt, wobei diese Sofortauslösung durch 26 angezeigt werden kann. Ansonsten wird die Maschinentemperatur im Zeittakt t in dem Element 11 abge­ tastet und aus den Intervallrandwerten ϑ (k-1) und ϑ (k) diejenige (konstante) Äquivalenttemperatur T_äqu ermittelt, die den gleichen Lebensdauerverbrauch bewirkt wie die im Zeitintervall gewöhnlich veränderliche Temperatur. Durch eine funktionelle Zuordnung (Speicher oder Mathematische Gleichung), die auf dem für die Wicklung geltenden Lebensdauergesetz basiert, wird in dem Element 11 eine Größe t_v(k)/Δt gewonnen, die die Alterung des Motors in bezug auf die laufende Betriebszeit beschreibt. In einer Multi­ plikationsstufe 12 erhält man daraus den eigentlichen Lebensdauerverbrauch, der in einer Integrationsstufe 13 auf­ summiert und unverlierbar in einen Speicher 14 abgelegt wird. Durch Differenzbildung in dem Glied 15 zwischen der im Speicher 14 eingegebenen oder einer bei beliebiger Last gewünschten Normallebensdauer L₀ und dem kummulierten Lebensdauerverbrauch t_v wird diejenige Restlebensdauer des Motors erhalten, die er erzielen würde, wenn er den Rest seiner Betriebszeit unter Normalbedingungen, also z. B. bei der Wicklungsgrenztemperatur, laufen würde (in Fig. 2 entspricht diese Größe dem senkrechten Abstand des Aufpunktes von der horizontalen Linie t_v=L₀). Dieser sehr wichtige Wert wird bei 16 zur Anzeige gebracht. Möglich ist auch aus diesem Wert eine Anzeige 25 der Restlebensdauer L_R bei verschiedener Belastung als Vielfaches n der Nennleistung P_N vom Motor 1. Weiterhin wird t_v zusammen mit der Zeit einer Echtzeituhr 17 in einem Quotientenbildner 18 verarbeitet. Das Ausgangssignal der Echtzeituhr 17 ist dabei diejenige Zeit, innerhalb der während der gesamten Motor­ betriebszeit der Lebensdauerverbrauch nicht vernachlässigbar ist. In Phasen sehr niedriger Wicklungstemperatur kann sie also abgeschaltet sein.

Der ermittelte Quotient t_v/t charakerisiert die Lage des Aufpunktes im Lebensdauerdiagramm und dieser Wert ist deshalb in einer Entscheidungslogik 19 zu verarbeiten. Wird durch die k₁ festgelegte untere Grenzlinie erreicht oder unterschritten, dann wird der Komparator so beeinflußt, daß selbst bei sehr großen Werten von t_v(k)/Δt der Schwellwert für eine Auslösung nicht erreicht wird. Wird die durch k₂ bestimmte obere Grenzlinie im Lebensdauerdiagramm erreicht oder überschritten, dann erfolgt eine Signalisierung oder Anzeige z. B. auf einem Display 22 und bei Andauern der Über­ lastung eine direkte oder über das Zeitglied 23 eine zeit­ verzögerte Auslösung des Motors 1 durch den Schwellwertschalter 21, falls keine Rückstellung durch die Resettaste 24 erfolgt. Gleichzeitig wird der invertierende Einzug des Komparators 20 so beschaltet, daß die Werte t_v(k)/Δt entsprechend dem ermittelten m-Wert begrenzt werden.

Da, wie beschrieben, alle Parameter frei eingegeben werden können, erhält man so ein sehr flexibles Schutzsystem relativ geringen Aufwandes, welches in der Lage ist, einen hoch­ ausgelasteten Motor, der aus Gründen der Energie- und Materialeinsparung Betriebsphasen mit teilweise erheblich über der bisherigen traditionellen Grenze liegender Wicklungstem­ peratur hat oder haben muß, wirkungsvoll zu schützen.

Da ein Großteil der in Fig. 6 dargestellten Funktionen in einen Mikrorechner implementiert werden können, ergeben sich beispielsweise bei Verwendung eines Einchipmikrorechners bzw. Mikrocontrollers besonders kostengünstige Lösungen für ein entsprechendes Schutz- oder Regelgerät.

Auf die Darstellung der oben bereits im Text beschriebenen Regelfunktionen wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit in Fig. 6 verzichtet.

Claims (12)

1. Verfahren zum Schutz und Führen von Elektromotoren, anderen elektrischen Betriebsmitteln oder Elektroanlagen nach Kriterien der Lebensdauer, die insbesondere durch die thermische Belastung bestimmt wird, unter Nutzung von Modelleinrichtungen und/oder Temperatursensoren zum Überwachen der Temperatur und Einrichtungen zum Bilden von Parameter­ werten über die verbrauchte Lebensdauer und Einrichtungen zum Vorhersagen der jeweils verbleibenden Lebensdauer, gekennzeichnet dadurch, daß in definierten bzw. abhängig von der Betriebsweise des zu schützenden Motors bzw. elektrischen Betriebsmittels bestimmbaren Meß-Zeitabschnitten ein dessen Lebensdauerverbrauch charakterisierender Meßwert gebildet wird und daß durch einen Vergleich mit der bis dahin abgelaufenen Betriebszeit der bisherige Lebensdauer­ verbrauch bestimmt wird und daß daraus wiederum Entscheidungen getroffen werden für den Motorschutz bzw. die Motor­ betriebsführung für den nächsten Zeitabschnitt auf Basis der die Motorlebensdauer bestimmenden und durch einen Meßwert erfaßten Parameter.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu einem beliebigen Zeitpunkt bzw. am Ende eines Meß-Zeit­ abschnittes für den Motor oder das elektrische Betriebsmittel der inzwischen angelaufene Lebensdauerverbrauch für eine beliebige oder für festgelegte Belastungen als Vielfaches der Nennbelastung angegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer vorgegebenen zu erreichenden Lebensdauer eines Motors oder elektrischen Betriebsmittels aus dem je­ weils festgelegten Lebensdauerverbrauch die weitere Be­ lastung durch die anzutreibende bzw. zu führende Last so ein­ gestellt wird, daß die gewünschte Lebensdauer erreicht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit bekannten Mitteln ein die thermische Belastung des zu überwachenden Motors bzw. elektrischen Betriebsmittels (1) charakerisierendes Temperatursignal gewonnen wird, dieses Temperatursignal in einem Zeittakt abgetastet wird, daraus eine die Lebensdauer bestimmende Äquivalenttemperatur gebildet wird, daraus mit Hilfe einer gespeicherten Funktion bzw. mathematischen Gleichung eine Größe gewonnen wird, die die Alterung des Motors bzw. elektrischen Betriebsmittels bezogen auf die bisherige Betriebszeit bestimmt, daraus in einer Multiplikationsstufe (12) die damit jeweils verbrauchte Lebensdauer ermittelt und diese integriert und in einem Speicher (14) abgelegt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen Vergleich der ermittelten und der gespeicherten verbrauchten Lebensdauer über eine Differenzbildung (15) mit einer eingebbaren Normallebensdauer die noch ver­ brauchbare Restlebensdauer bei weiterhin gleicher oder ver­ schiedener Belastung des Motors bzw. Betriebsmittels (1) gebildet und angezeigt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3 bzw. 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erfindungsgemäße Verfahren Teil einer größeren Steuerung einer industriellen Anlage ist.

7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für eine gesteuerte Betriebs­ führung des Motors bzw. Betriebsmittels (1) zum Erreichen der gewünschten Lebensdauer und der Möglichkeit einer vollen Auslastung auch bei veränderlichen Belastungen ein Quotient aus Gesamtbetriebszeit t und Lebensdauerverbrauch t gebildet wird, dieser einer Entscheidungslogik (19) zugeführt wird, dessen Ausgang einen Komparator (20) ansteuert, der bei einer Mehrbelastung, die die gewünschte Lebensdauer nicht mehr erreichen läßt, ein Signal gewinnt und sofort oder nach einer über ein Zeitglied (23) gesteuerten Zeitver­ zögerung den Motor bzw. das Betriebsmittel (1) über Auslöser (6) vom Netz trennt bzw. abschaltet.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die den Betriebszustand beurteilenden Größen mittels Anzeige- Display (22; 25) angezeigt werden.

9. Einrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperatursignal ϑt direkt Schwellwertgliedern (4; 5) zugeführt wird, wovon eines bei einer wählbar eingestellten Temperatur des zu überwachenden Motors bzw. Betriebsmittels (1) eine Signalisierung über Anzeigeelemente (27) erzeugt und das andere Schwellwertglied (5) vor Erreichen einer kritischen und irreversiblen Beschä­ digung hervorrufenden Temperatur des Motors bzw. Betriebs­ mittels (1) eine sofortige Abschaltung über Auslöser (6) bei gleichzeitiger Signalisierung bewirkt.

10. Einrichtung nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die gesamte Einrichtung und die dazu benötigten Einzelelemente bzw. Einzelfunktionen in einem Einchipmikro­ rechner integriert sind.

11. Einrichtung nach Anspruch 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen modularen Aufbau der Einrichtung einzelne Funktionen in einer wahlweisen Kombination genutzt werden.

12. Einrichtung nach Anspruch 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Elemente der erfindungsgemäßen Ein­ richtung und die dazu erforderlichen peripheren Teile in einem Gerät bzw. Gehäuse integriert sind und dieses Gerät mit beliebigen Schaltgeräten oder Prozeßleiteinrichtungen zusammenarbeiten bzw. kombiniert werden können.