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WO2005031774A1 - Vorrichtung zum erfassen von kontaktabbrand in schaltgeräten - Google Patents

Vorrichtung zum erfassen von kontaktabbrand in schaltgeräten Download PDF

Info

Publication number
WO2005031774A1
WO2005031774A1 PCT/DE2004/002121 DE2004002121W WO2005031774A1 WO 2005031774 A1 WO2005031774 A1 WO 2005031774A1 DE 2004002121 W DE2004002121 W DE 2004002121W WO 2005031774 A1 WO2005031774 A1 WO 2005031774A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
optical waveguide
lwl
switching
detector
Prior art date
Application number
PCT/DE2004/002121
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd Adam
Michael Hahn
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to DE502004004315T priority Critical patent/DE502004004315D1/de
Priority to US10/573,818 priority patent/US7408357B2/en
Priority to EP04786837A priority patent/EP1678729B1/de
Publication of WO2005031774A1 publication Critical patent/WO2005031774A1/de
Priority to HK07101142.8A priority patent/HK1095201A1/xx

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Classifications

    • 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
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/0015—Means for testing or for inspecting contacts, e.g. wear indicator
    • H01H2001/0026—Means for testing or for inspecting contacts, e.g. wear indicator wherein one or both contacts contain embedded contact wear signal material, e.g. radioactive material being released as soon as the contact wear reaches the embedded layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02—Details
    • H01H33/26—Means for detecting the presence of an arc or other discharge
    • 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
    • H01H9/50—Means for detecting the presence of an arc or discharge

Definitions

  • the present invention relates to a device for detecting contact erosion in switching devices.
  • the present invention relates to a device for detecting contact erosion at the switch contacts in an electrical switching device according to the preamble of claim 1.
  • the opening and closing switching contacts for switching currents cause switching arcs between the switching contacts. These switching arcs lead to increasing contact erosion on the switching contacts and thus to wear on the switching contacts. Since this wear affects the switching behavior of the switching device, the contact erosion of the switching contacts must be monitored.
  • EP 1 022 904 AI it is known to use a camera for visual monitoring of the wear of the switch contacts.
  • Another device known from EP 1 022 904 A1 for monitoring wear is numerical monitoring with the aid of a switching cycle counter or numerical monitoring based on the summation of the breaking currents.
  • an arrangement is known with which an arcing fault can be detected in an electrical switchgear by means of a lic twellenleiters.
  • the light coming from an arcing fault is radially coupled into the optical waveguide and guided to a detector. Subsequently, in a stray light detection circuit, it is detected on the basis of the injected and detected light whether an arcing fault has occurred.
  • the object of the present invention is to provide a further device for monitoring the wear of switch contacts in electrical switching devices.
  • the device having the features of claim 1, the contact erosion being effected on at least one opening and closing pair of switching contacts in the switching device, and the device having at least one optical waveguide and at least one detector, light emanating from at least one light source the at least one optical waveguide can be coupled in and guided from the optical waveguide to the at least one detector and the at least one optical waveguide is arranged with respect to the at least one switch contact pair such that an intensity of the light coupled into the optical waveguide measured by the at least one detector increases with an increasing number of contact erosion particles generated by the contact erosion in the electrical switching device.
  • this increasing degree of contamination is now used as a measure for assessing the contact erosion and thus for monitoring the wear of the switching contacts of the electrical switching device. According to the present invention, this degree of contamination is determined with the aid of the at least one optical waveguide and the at least one detector.
  • one or more optical fibers are arranged in relation to the at least one switching contact to be monitored in such a way that the light coming from a light source and entering one of the optical fibers increases with an increasing number of contact erosion particles and thus with an increasing number Degree of pollution is dampened more and more.
  • the light entering the one or more optical waveguides is guided from the optical waveguide to one or more detectors.
  • An optical waveguide can lead the incoming light exactly to one but also to several detectors.
  • the light entering several optical waveguides, which are jointly assigned to the at least one switching contact can also be guided to exactly one detector. In all these cases, the intensity of the light coupled into the at least one optical waveguide is measured by the at least one detector.
  • the device according to the invention allows contactless monitoring with optoelectronic means.
  • the device according to the invention allows the contact erosion to be determined without the switching device itself having to be removed from its actual operating location.
  • the necessary calibration of the measured intensity to the state of the switching contacts and thus to the degree of wear is determined as a function of the respective design of the switching device and can be based, for example, on empirically determined values.
  • the arc caused by the opening and closing switching contacts is preferably used as the light source for the device according to the invention.
  • computational standardization must be carried out in a suitable manner. This standardization should also include possible changes in the light intensity of the arc, which increase with increasing contact wear can occur. Such standardization can then be used in the evaluation to assume that the intensity of the light emitted by the arc is almost constant.
  • the contact erosion can be deduced and the wear of the switching contacts can thus be monitored.
  • a light-emitting diode is provided as the light source, which together with the at least one optical waveguide forms a light barrier.
  • the light barrier must be arranged with respect to the at least one pair of switching contacts so that the
  • Light emitting light and coupled into the at least one optical waveguide is attenuated by the contact erosion particles located in the space between the light emitting diode and the optical waveguide. If commercially available light barriers, which comprise exactly one optical waveguide and one light-emitting diode, are preferably used, the wear can be monitored using the simplest means.
  • a further light waveguide is provided as the light source. Since an optical waveguide is in itself a passive element, light from a light source, such as from a light-emitting diode, must of course first be coupled into this further optical waveguide in a suitable manner. If the light is guided by this further optical waveguide in such a way that the light emerges from one of its end faces, this end face can be regarded as a light source for the device according to the invention, and together with the first optical waveguide form a light barrier. This makes it possible for everyone electrical components necessary for the present invention, such as lamps or
  • the light is guided by the further optical waveguide, which acts as a light source, in such a way that it emerges radially over its length. Because of this constant light emission, the intensity remaining in the optical waveguide will continue to decrease with increasing length, that is to say with increasing distance from the illuminant. As a result, the intensity of the emerging light also decreases with increasing distance from the illuminant.
  • a plate is provided between the light source and the at least one optical waveguide, which has a defined transmittance for the light emanating from the light source, and which is arranged in relation to the switching contacts in such a way that contact erosion particles can accumulate on the plate. With increasing contact erosion, more and more contact erosion particles will then adhere to the plate and the transmission factor for the light passing through the plate will decrease further and further. On the basis of the resulting decrease in the intensity of the light coupled into the optical waveguide, the degree of contact erosion and thus the wear of the switching contacts can then be inferred.
  • the device according to the invention allows at least one pair of switching contacts to be monitored, ie several pairs of switching contacts are monitored by a common arrangement comprising at least one optical waveguide and at least one detector. This common arrangement then allows a common statement about the contact erosion at this at least one switch contact pair.
  • at least one optical waveguide can be provided in particular for each switch contact pair of a multipole switching device. Thus the degree of burn-up and thus the wear of the individual switch contact pairs can be monitored separately.
  • the switching device can be controlled by this triggering unit. If the measured light intensity falls below a certain value due to an increasing number of contact erosion particles, the tripping unit will recognize that a critical degree of wear has been reached and prevent further switching of the electrical switching device.
  • the evaluation can also be evaluated at a location further away from the switching device and the switching device can thus be monitored.
  • the state of the switch contacts can then also be remotely reported while the circuit breaker is in operation. Wear of the switch contact can thus be detected early, which then enables preventive maintenance.
  • the device according to the invention is preferably used for detecting contact erosion in low-voltage circuit breakers or in contactors.
  • FIG. 1 schematically shows a first embodiment with a light-emitting diode as the light source
  • 2 shows a second embodiment with a further optical waveguide as the light source
  • 3 schematically shows a third embodiment with the arc as the light source
  • FIG. 4 schematically shows a fourth embodiment with a plate between the light source and the optical waveguide
  • FIG. 6 shows an arrangement of three optical fibers for three pairs of switch contacts.
  • the exemplary embodiments shown in FIGS. 1 to 4 always have only one light source Q, one optical waveguide LWL for coupling in the light emanating from the light source and one detector D for a pair of switching contacts.
  • at least one optical waveguide and instead of one detector D at least one detector for the device according to the invention will be provided instead of the one optical waveguide shown.
  • FIG 1-4 show different embodiments of an electrical switching device S.
  • the switching device S has a first Kl and a second Kl ⁇ switch contact.
  • One of the switch contacts can be moved in a suitable manner, so that the contacts can be moved toward or away from one another with appropriate control.
  • Corresponding switching currents can then be switched using the switching contact pair consisting of switching contacts Kl and Kl ⁇ .
  • the switching contact pair Kl, Kl is opened and closed, an arc occurs between the switching contacts Kl and Kl when switching high currents, as is usually the case with low-voltage circuit breakers or contactors. With an increasing number of switching operations, this arc causes an increasing erosion of the switching contacts Kl and Kl ⁇ and thus an increasing wear of the switching device S. If the burn-up is too great, the switching device S can no longer safely switch the currents to be switched and uss can be replaced.
  • an optical fiber LWL and a light source Q are provided.
  • This light source Q is preferably a light-emitting diode which, together with the optical waveguide LWL, forms a commercially available light barrier LS.
  • the light coming from the light source Q will have a certain intensity depending on the type of light source and its control.
  • a certain part of the light is coupled into the optical waveguide and guided by the latter to a detector D.
  • the intensity of the light coupled into the optical waveguide LWL measured by the detector D will have a defined amount, that is to say a target value.
  • the number of contact erosion particles in the housing G of the electrical switching device S will increase. If these contact erosion particles now reach the area between the light source Q and the optical waveguide, the light emanating from the light source Q and entering the optical waveguide is attenuated by these contact erosion particles. This means that the more contact consumable particles are present within the housing G and thus in the area between the light source Q and the optical waveguide, the lower the intensity of the light coupled into the optical waveguide will be.
  • Figure 2 shows in more detail, a further embodiment of the electrical switching device S with the two switching contacts Kl and Kl ⁇ . Due to the shape of the switching contacts Kl and Kl ⁇ shown here, there will be an increased contact erosion in the marked area and thus an increased contamination. If this locally stronger contamination is to be taken into account when detecting the contact erosion, a development of the device according to the invention is advantageous.
  • the device according to the invention therefore comprises an optical waveguide for coupling in light and a further optical waveguide LWLQ, which is designed as a light source.
  • light from an illuminant Q is coupled at both ends of the further optical waveguide LWLQ into this further optical waveguide, which acts as a light source.
  • the further optical waveguide LWLQ is designed so that the light guided in it radially emerges over its length. As a result of this permanent light emission, the intensity of the light radially emerging from the further optical waveguide LWLQ will continue to decrease with increasing distance from the illuminant Q. This means that in the arrangement shown in FIG. 2, light with the lowest intensity will emerge from the further optical waveguide LWLQ in the marked area. Since this area, which is enclosed by a dashed line, is also the area with the greatest contamination, the light already radially emerging from the further optical waveguide LWLQ with reduced intensity is also attenuated even more than in other areas.
  • the light entering the optical waveguide LWL for example arranged parallel to the further optical waveguide LWLQ, will always have a lower intensity in the marked area than the light entering the optical waveguide LWL in the other areas. is coupled. Since the intensity of all the spatially coupled light components is determined for the light coupled into the optical waveguide and led to the detector D, the light entering from the marked area is weighted differently in the determination of the intensity and thus in the assessment of contact erosion than the light that is injected in other areas.
  • many other arrangements are also conceivable and are included in the invention.
  • optical fibers LWL and LWLQ are not meandering, but only in the form of a simple loop. It is also conceivable that both optical fibers LWL and LWLQ are arranged such that there is between the optical fiber LWL and the other
  • Optical fiber LWLQ the switch contact pair Kl, Kl ⁇ .
  • several optical waveguides or detectors for monitoring the one pair of switching contacts can also be provided in this embodiment.
  • the arc generated by the opening and closing switching contacts Kl and Kl ⁇ is itself the
  • FIG. 4 schematically shows a fourth embodiment, in which the arc is the light source Q.
  • a plate P is additionally provided between the arc Q and the optical fiber LWL, on which the contact erosion particles can accumulate.
  • the wear of the switching device can be indirectly monitored on the basis of the intensity of the light coupled into the optical waveguide and guided to the detector D.
  • the plate P shown in FIG. 4 can also easily be used in grain combination with one of the embodiments shown in FIG. 1 or 2.
  • the plate P itself could also be a window in the housing, the light emerging from the arc being transmitted via the plate P to an optical waveguide LWL arranged outside the housing and being coupled into the latter.
  • an optical waveguide LWL arranged outside the housing and being coupled into the latter.
  • FIG. 5 shows an example of a possible arrangement of the optical waveguide LWL for a multipole switching device. advises with three pairs of switch contacts.
  • the optical waveguide here has three loops, each of the loops being assigned to a switch contact pair of the switching device.
  • the light sources are not shown here. However, as stated in the exemplary embodiments described above, these can either be the arc itself or an additional light source, in particular a light-emitting diode or a further optical waveguide.
  • the intensity of the light emanating from the respective light source Q and coupled into the optical waveguide LWL and transmitted by the latter can be measured by the detector D and then transmitted to a trigger unit A.
  • This release unit will control the electrical switching device as a function of the measured intensity of the light. If the measured light intensity falls below a certain value for only one of the switch contact pairs as a result of an ever increasing number of contact erosion particles, the tripping unit A will recognize that at least for this switch contact pair a critical degree of wear has been reached and further switching of all switch contact pairs of the multi-pole electrical switching device S prevention.
  • a separate optical waveguide LWL1, LWL2 and LWL 3 and an associated detector D1, D2 and D3 can be provided for each switch contact pair, as shown in FIG. If the individual switch contact pairs are connected at different times and this time information is available to a detector, then the three detectors D1, D2 and D3 can be replaced by a single detector D, as indicated by a broken line in FIG. The intensities measured by the detectors D1, D2 and D3 or the detector D can then be transmitted to the trigger unit A again, and this can then react accordingly, as already described above.

Landscapes

  • Keying Circuit Devices (AREA)
  • Switches Operated By Changes In Physical Conditions (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Breakers (AREA)
  • Relay Circuits (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen von Kontaktabbrand an Schaltkontakten (K1,K1') in einem elektrischen Schaltgerät (S), wobei der Kontaktabbrand an zumindest einem sich öffnenden und schließenden Schaltkontaktpaar (K1, K1') im Schaltgerät (S) bewirkt wird. Die Vorrichtung weist einen Lichtwellenleiter (LWL) und einen Detektor (D) auf, wobei von zumindest einer Lichtquelle (Q) ausgehendes Licht in den Lichtwellenleiter (LWL) einkoppelbar und vom Lichtwellenleiter (LWL) zum Detektor (D) führbar ist. Der Lichtwellenleiter (LWL) ist in Bezug auf das zumindest eine Schaltkontaktpaar (K1,K1') dabei so angeordnet, dass eine vom Detektor gemessene Intensität des in den Lichtwellenleiter (LWL) eingekoppelten Lichtes mit einer ansteigenden Anzahl von, durch den Kontaktabbrand erzeugter, Kontaktabbrandpartikel im elektrischen Schaltgerät (S) abnimmt.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zum Erfassen von Kontaktabbrand in Schaltgeräten
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen von Kontaktabbrand in Schaltgeräten. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Erfassen von Kontaktabbrand an den Schaltkontakten in einem elektrischen Schaltgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Im elektrischen Schaltgerät bewirken die sich öffnenden und schließenden Schaltkontakte zum Schalten von Strömen Schaltlichtbögen zwischen den Schaltkontakten. Diese Schaltlichtbögen führen zu einem zunehmenden Kontaktabbrand an den Schalt- kontakten und damit zu einem Verschleiß der Schaltkontakte. Da dieser Verschleiß das Schaltverhalten des Schaltgerätes beeinflusst, muss der Kontaktabbrand der Schaltkontakte überwacht werden.
Aus der EP 1 022 904 AI ist bekannt, eine Kamera zur bildlichen Überwachung des Verschleißes der Schaltkontakte einzusetzen. Eine andere aus der EP 1 022 904 AI bekannte Vorrichtung zur Überwachung des Verschleißes ist die numerische Überwachung mit Hilfe eines Schaltspielzählers oder die nume- rische Überwachung anhand der Aufsummierung der Abschaltströme.
Aus der DE 101 09 952 AI ist eine Anordnung bekannt, mit der ein Störlichtbogen in einer elektrischen Schaltanlage mittels eines Lic twellenleiters erkannt werden kann. Dazu wird das von eine auftretenden Störlichtbogen ausgehende Licht radial in den Lichtwellenleiter eingekoppelt und zu einem Detektor geführt. Anschließend wird in einer Störlichterfassungsschal- tung anhand des eingekoppelten und detektierten Lichtes er- kannt, ob ein Störlichtbogen aufgetreten ist. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine weitere Vorrichtung zur Überwachung des Verschleißes von Schaltkontakten in elektrischen Schaltgeräten anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, wobei der Kontaktabbrand an zumindest einem sich öffnenden und schließenden Schaltkontaktpaar im Schaltgerät bewirkt wird, und die Vorrichtung wenigstens einen Lichtwellenleiter und wenigstens einen Detektor aufweist, wobei von zumindest einer Lichtquelle ausgehendes Licht in den wenigstens einen Lichtwellenleiter einkoppelbar und vom Lichtwellenleiter zu dem wenigstens einen Detektor führbar ist und der wenigstens eine Lichtwellenleiter in Bezug auf das zumindest eine Schaltkontaktpaar so angeordnet ist, dass eine von dem wenigstens einen Detektor gemessene Intensität des in den Lichtwellenleiter eingekoppelten Lichtes mit einer ansteigenden Anzahl von durch den Kontaktabbrand erzeugten Kontaktabbrandpartikeln im elektrischen Schaltgerät abnimmt.
Mit zunehmender Zahl von Schaltvorgängen und damit mit zunehmender Zahl von wiederkehrenden Schaltlichtbögen kommt es infolge des dadurch bewirkten Kontaktabbrandes an den Schaltkontakten zu einer vermehrten Ansammlung von Kontaktabbrandpartikeln, und damit zu einem ansteigenden Grad an Verschmut- zung im elektrischen Schaltgerät. Gemäß dem Grundprinzip der vorliegenden Erfindung wird nun dieser ansteigende Grad an Verschmutzung als Maß für die Beurteilung des Kontaktabbrandes und damit für die Überwachung des Verschleißes der Schaltkontakte des elektrischen Schaltgerätes herangezogen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieser Grad an Verschmutzung unter Zuhilfenahme des wenigstens einen Lichtwellenleiters und des wenigstens einen Detektors ermittelt. Das heißt, ein oder mehrere Lichtwellenleiter sind in Bezug auf den zumindest einen zu überwachenden Schaltkontakt so ange- ordnet, dass das von einer Lichtquelle ausgehende und in einen der Lichtwellenleiter eintretende Licht mit zunehmender Anzahl von Kontaktabbrandpartikeln und damit mit zunehmendem Grad an Verschmutzung immer stärker gedämpft wird. Das in den einen oder in die mehreren Lichtwellenleiter eintretende Licht wird vom Lichtwellenleiter zu einem oder auch zu mehreren Detektoren geführt. Dabei kann ein Lichtwellenleiter das eintretende Licht genau zu einem aber auch zu mehreren Detektoren führen. Andererseits kann das in mehrere Lichtwellenleiter, die gemeinsam dem zumindest einen Schaltkontakt zugeordnet sind, eintretende Licht auch nur zu genau einem Detektor geführt werden. In all diesen Fällen wird von dem wenigs- tens einen Detektor die Intensität des in den wenigsten einen Lichtwellenleiter eingekoppelten Lichtes gemessen. Ausgehend von der gemessenen Intensität des in den Lichtwellenleiter eintretenden Lichtes im Sollzustand des Schaltgerätes, das heißt beispielsweise bei einem neuen Schaltgerät, kann dann durch wiederholtes Messen und Auswerten der Intensität des in den wenigstens einen Lichtwellenleiter eintretenden Lichtes der Kontaktabbrand und damit der Verschleiß des zumindest einen zugeordneten Schaltkontaktes überwacht werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt somit eine kontaktlose Über- wachung mit optoelektronischen Mitteln. Zudem erlaubt die erfindungsgemäße Vorrichtung die Ermittlung des Kontaktabbrandes, ohne dass dazu das Schaltgerät selbst von seinem eigentlichen Betriebsort entfernt werden muss. Die notwendige Kalibrierung der gemessenen Intensität auf den Zustand der Schaltkontakte und damit auf den Grad des Verschleißes wird in Abhängigkeit von der jeweiligen Ausführung des Schaltgerätes festgelegt und kann beispielsweise auf empirisch ermittelten Werten beruhen.
Vorzugsweise wird der, durch die sich öffnenden und schließenden Schaltkontakte bewirkte, Lichtbogen selbst als Lichtquelle für die erfindungsgemäße Vorrichtung herangezogen. Um auch unterschiedliche Lichtintensitäten verschiedener Schaltlichtbögen zu nutzen, ist dazu in geeigneter Weise eine rech- nerische Normierung herbeizuführen. In diese Normierung sollten insbesondere auch mögliche Veränderungen der Lichtintensität des Lichtbogens, die mit zunehmendem Kontaktabbrand auftreten können, einfließen. Durch eine solche Normierung kann dann bei der Auswertung davon ausgegangen werden, dass die Intensität des vom Lichtbogen ausgehenden Lichtes nahezu konstant ist. Somit kann dann anhand der Messung der Intensität des vom Lichtbogen ausgehenden, durch die Kontaktabbrandpartikel zunehmend gedämpften und in den wenigstens einen Lichtwellenleiter eingekoppelten Lichtes auf den Kontaktabbrand geschlossen und damit der Verschleiß der Schaltkontakte überwacht werden.
In einer weiteren Ausführung ist insbesondere eine Leuchtdio- de als Lichtquelle vorgesehen, die zusammen mit dem wenigstens einen Lichtwellenleiter eine Lichtschranke ausbiXdet. Dabei muss die Lichtschranke in Bezug auf das zumindest eine Schaltkontaktpaar so angeordnet sein, dass das von der
Leuchtdiode ausgehende und in den wenigstens einen Lichtwellenleiter eingekoppelte Licht durch die sich im Raum zwischen Leuchtdiode und Lichtwellenleiter befindlichen Kontaktabbrandpartikel gedämpft wird. Werden vorzugsweise handelsübli- ehe Lichtschranken, die genau einen Lichtwellenleiter und eine Leuchtdiode umfassen, eingesetzt, kann der Verschleiß mit einfachsten Mitteln überwacht werden.
In einer weiteren Ausführung ist ein weiterer Lichtwel_lenlei- ter als Lichtquelle vorgesehen. Da ein Lichtwellenleiter an sich ein passives Element ist, ist natürlich zuerst in geeigneter Weise Licht von einem Leuσhtmittel, wie zum Beispiel von einer Leuchtdiode, in diesen weiteren LichtwellenLeiter einzukoppeln. Wird das Licht von diesem weiteren Lichtwellen- leiter so geführt, dass das Licht an einer seiner Stirnseiten austritt, kann diese Stirnseite für die erfindungsgemäße Vorrichtung als Lichtquelle angesehen werden, und zusammen mit dem ersten Lichtwellenleiter eine Lichtschranke bilden.. Dadurch ist es möglich, alle für die vorliegende Erfindung not- wendigen elektrischen Bauteile, wie Leuchtmittel oder auch
Detektoren, außerhalb des eigentlichen Schaltgerätes anzuordnen. In einer alternativen Ausführung wird das Licht von dem als Lichtquelle wirkenden weiteren Lichtwellenleiter so geführt, dass es über dessen Länge radial austritt. Aufgrund dieses ständigen Lichtaustritts wird die im Lichtwellenleiter verbleibende Intensität mit zunehmender Länge, das heißt mit zunehmender Entfernung vom Leuchtmittel, immer weiter abnehmen. Dadurch nimmt mit zunehmender Entfernung vom Leuchtmittel auch die Intensität des austretenden Lichtes immer weiter ab. Durch eine geeignete Anordnung des weiteren Lichtwellen- leiters in Bezug auf das zu überwachende Schaltkontaktpaar besteht damit nun die Möglichkeit, eine örtliche Gewichtung bei der Erfassung des Kontaktabbrandes einzuführen.
In einer weiteren Ausführung ist zwischen Lichtquelle und dem wenigstens einen Lichtwellenleiter eine Platte vorgesehen, die für das von der Lichtquelle ausgehende Licht einen definierten Transmissionsgrad aufweist, und die in Bezug auf die Schaltkontakte so angeordnet ist, dass sich an der Platte Kontaktabbrandpartikel anlagern können. Mit zunehmendem Kon- taktabbrand werden sich dann immer mehr Kontaktabbrandpartikel an der Platte anlagern und damit der Transmissionsgrad für das durch die Platte durchtretende Licht immer weiter abnehmen. Anhand der dadurch bewirkten Abnahme der Intensität des in den Lichtwellenleiter eingekoppelten Lichtes kann dann wiederum auf den Grad des Kontaktabbrandes und damit auf den Verschleiß der Schaltkontakte geschlossen werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt zumindest ein Schaltkontaktpaar zu überwachen, das heißt ein aber auch meh- rere Schaltkontaktpaare werden von einer gemeinsamen Anordnung aus wenigstens einem Lichtwellenleiter und wenigstens einem Detektor überwacht. Diese gemeinsame Anordnung erlaubt dann eine gemeinsame Aussage zu dem Kontaktabbrand an diesem zumindest einen Schaltkontaktpaar. In einer weiteren Ausfüh- rung kann insbesondere für jedes Schaltkontaktpaar eines mehrpoligen Schaltgerätes wenigstens ein Lichtwellenleiter vorgesehen sein. Somit kann der Grad des Abbrandes und damit der Verschleiß der einzelnen Schaltkontaktpaare separat überwacht werden.
Wird ein, der vom wenigstens einem Detektor gemessenen Licht- intensität entsprechendes, Signal an eine Auslöseeinheit für das elektrische Schaltgerät übermittelt, so kann das Schaltgerät von dieser Auslöseeinheit gesteuert werden. Unterschreitet die gemessene Lichtintensität infolge einer immer größer werdenden Anzahl von Kontaktabbrandpartikeln einen be- stimmten Wert, wird die Auslöseeinheit erkennen, dass ein kritischer Grad an Verschleiß erreicht ist und ein weiteres Schalten des elektrischen Schaltgerätes unterbinden.
Wird die vom wenigstens einen Detektor gemessene Intensität über geeignete Mittel, beispielsweise drahtlos, zur weiteren Auswertung übertragen, so kann die Auswertung auch an einem von Schaltgerät weiter entfernten Ort ausgewertet und damit das Schaltgerät überwacht werden. Insbesondere kann damit dann der Zustand der Schaltkontakte auch während des Betrie- bes des Leistungsschalters ferngemeldet werden. Ein Verschleiß des Schaltkontaktes kann damit frühzeitig erkannt werden, womit dann eine vorbeugende Wartung ermöglicht wird.
Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erfas- sen von Kontaktabbrand bei Niederspannungsleistungsschalter oder bei Schützen eingesetzt.
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungsformen derselben werden im Weiteren anhand der nachfolgenden Figuren näher be- schrieben. Es zeigen:
Fig.l schematisch eine erste Ausführungsform mit einer Leuchtdiode als Lichtquelle,
Fig.2 eine zweite Ausführungsform mit einem weiteren Lichtwellenleiter als Lichtquelle, Fig.3 schematisch eine dritte Ausführungsform mit dem Lichtbogen als Lichtquelle,
Fig.4 schematisch eine vierte Ausführungsform mit einer Platte zwischen Lichtquelle und Lichtwellenleiter,
Fig.5 eine Lichtwellenleiteranordnung für mehrere Schaltkontaktpaare,
Fig.6 eine Anordnung von drei Lichtwellenleitern für drei Schaltkontaktpaare .
Die in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiele weisen zur einfacheren Beschreibung der vorliegenden Erfin- düng immer nur genau eine Lichtquelle Q, einen Lichtwellenleiter LWL zum Einkoppeln des von der Lichtquelle ausgehenden Lichtes und einen Detektor D für ein Schaltkontaktpaar auf. In komplexeren Anordnungen werden anstelle des gezeigten einen Lichtwellenleiters LWL wenigstens ein Lichtwellenleiter und anstelle des einen Detektors D wenigstens ein Detektor für die erfindungsgemäße Vorrichtung vorgesehen sein.
Figur 1-4 zeigen verschiedene Ausführungsformen eines elektrischen Schaltgerätes S. Das Schaltgerät S weist einen ersten Kl und einen zweiten Kl ^ Schaltkontakt auf. Einer der Schaltkontakte ist dabei in geeigneter Weise bewegbar, so dass bei entsprechender Ansteuerung die Kontakte aufeinander zu oder voneinander weg bewegt werden können. Mit dem aus den Schaltkantakten Kl und Kl Λ bestehenden Schaltkontaktpaar lassen sich dann entsprechende Schaltströme schalten. Beim Öffnen und Schließen des Schaltkontaktpaares Kl,Kl kommt es beim Schalten von hohen Strömen, so wie sie üblicherweise bei Nie- derspannungsleistungsschalter oder bei Schützen geschaltet werden, zu einem Lichtbogen zwischen den Schaltkontakten Kl und Kl . Dieser Lichtbogen bewirkt mit steigender Anzahl an Schaltvorgängen einen zunehmenden Abbrand der Schaltkontakte Kl und Kl λ und damit einen zunehmenden Verschleiß des Schalt- gerätes S. Ist der Abbrand zu groß kann das Schaltgerät S die zu schaltenden Ströme nicht mehr sicher schalten und uss ausgetauscht werden.
Verschiedene Methoden und Vorrichtungen zum Erkennen des Verschleißes sind bereits bekannt. Anhand von einigen Ausführungsbeispielen soll nun die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Überwachung, das heißt zum Erfassen von Kontaktabbrand beschrieben werden. Dazu sind, wie in Figur 1 gezeigt, ein Lichtwellenleiter LWL und eine Lichtquelle Q vorgesehen. Vorzugsweise ist diese Lichtquelle Q eine Leuchtdiode, die zusammen mit dem Lichtwellenleiter LWL eine handelsübliche Lichtschranke LS ausbildet. Das von der Lichtquelle Q ausgehende Licht wird je nach Art der Lichtquelle und deren An- Steuerung eine bestimmte Intensität aufweisen. Entsprechend der Anordnung von Lichtquelle Q und Lichtwellenleiter LWL wird ein bestimmter Teil des Lichtes in den Lichtwellenleiter LWL eingekoppelt und von diesem zu einem Detektor D geführt. Bei einem neuen Schaltgerät S wird dabei die vom Detektor D gemessene Intensität des in den Lichtwellenleiter LWL eingekoppelten Lichtes einen definierten Betrag, das heißt einen Sollwert, aufweisen. Mit zunehmendem Kontaktabbrand an den Schaltkontakten Kl und Kl wird die Anzahl der Kontaktabbrandpartikel im Gehäuse G des elektrischen Schaltgerätes S zunehmen. Gelangen diese Kontaktabbrandpartikel nun in den Bereich zwischen Lichtquelle Q und Lichtwellenleiter LWL, so wird das von der Lichtquelle Q ausgehende und in den Lichtwellenleiter LWL eintretende Licht durch diese Kontaktabbrandpartikel gedämpft. Das bedeutet, je mehr Kontak abbrand- partikel innerhalb des Gehäuses G und damit im Bereich zwischen Lichtquelle Q und Lichtwellenleiter LWL vorhanden sind, desto geringer wird die vom Detektor D gemessene Intensität des in den Lichtwellenleiter LWL eingekoppelten Lichtes sein. Ist ein Zusammenhang zwischen Kontaktabbrand und der Anzahl der im Schaltgerät S befindlichen Kontaktabbrandpartikel einmal festgestellt, kann anhand der durch die Anzahl der Kontaktabbrandpartikel bewirkte Abnahme der Intensität des in den Lichtwellenleiter eingekoppelten Lichtes der Verschleiß der Schaltkontakte Kl und Kl Λ und damit der Verschleiß des Schaltgerätes S überwacht werden.
Figur 2 zeigt mehr detailliert, eine weitere Ausführungs form des elektrischen Schaltgerätes S mit den zwei Schaltkontakten Kl und Kl Λ . Aufgrund der hier gezeigten Form der Schaltkontakte Kl und Kl λ wird es gerade in dem markierten Bereich zu einem vermehrten Kontaktabbrand und damit zu einer vermehrten Verschmutzung kommen. Soll diese lokal stärkere Verschmutzung bei der Erfassung des Kontaktabbrandes berücksichtigt werden, ist eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorteilhaft. In der in Figur 2 gezeigten Ausführung umfasst daher die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Lichtwellenle ter LWL zum Einkoppeln von Licht und einen weiteren Lichtwellenleiter LWLQ, der als Lichtquelle ausgebildet ist. In der hier gezeigten Ausbildung wird Licht von einem Leuchtmittel Q an beiden Enden des weiteren Lichtwellenleiters LWLQ in diesen als Lichtquelle wirkenden weiteren Lichtwellenleiter einge- koppelt. Der weitere Lichtwellenleiter LWLQ ist dabei so ausgelegt, dass das darin geführte Licht über seine Länge radial austritt. Durch diesen permanenten Lichtaustritt wird die Intensität des radial aus dem weiteren Lichtwellenleiter LWLQ austretenden Lichtes mit zunehmender Entfernung von dem Leuchtmittel Q immer weiter abnehmen. Das bedeutet, dass bei der in Figur 2 gezeigten Anordnung im markierten Bereich aus dem weiteren Lichtwellenleiter LWLQ Licht mit der geringsten Intensität austreten wird. Da dieser, mit einer gestrichelten Linie umfasste Bereich aber auch der Bereich mit der größten Verschmutzung ist, wird das bereits mit verringerter Intensität radial aus dem weiteren Lichtwellenleiter LWLQ austretende Licht zudem noch stärker gedämpft als in anderen Bereichen. Somit wird dann auch das in den, beispielsweise parallel zu dem weiteren Lichtwellenleiter LWLQ angeordneten, Lichtwellenleiter LWL eintretende Licht im markierten Bereich immer eine geringere Intensität aufweisen als das Licht, das in den anderen Bereichen in den Lichtwellenleiter LWL einge- koppelt wird. Da für das in den Lichtwellenleiter LWL eingekoppelte und zum Detektor D geführte Licht die Intensität ü- ber alle räumlich eingekoppelten Lichtanteile ermittelt wird, wird das aus dem markierten Bereich eintretende Licht mit ei- ner anderen Gewichtung in die Ermittlung der Intensität und damit in die Beurteilung des Kontaktabbrandes eingehen als das Licht, das in anderen Bereichen eingekoppelt wird. Neben der in Figur 2 gezeigten Anordnung von Lichtwellenleiter LWL und weiterem Lichtwellenleiter LWLQ sind auch viele weitere Anordnungen vorstellbar und von der Erfindung mit umfasst. So ist auch eine Anordnung denkbar, bei der die Lichtwellenleiter LWL und LWLQ nicht mäanderförmig, sondern nur als einfache Schleife ausgebildet sind. Weiterhin ist denkbar, dass beide Lichtwellenleiter LWL und LWLQ so angeordnet sind, dass sich zwischen dem Lichtwellenleiter LWL und dem weiteren
Lichtwellenleiter LWLQ das Schaltkontaktpaar Kl, Kl Λ befindet. Weiterhin können auch ohne weiteres, wie schon zuvor beschrieben, anstelle des einen Lichtwellenleiters LWL und des einen Detektors D auch in dieser Ausführung mehrere Lichtwel- lenleiter oder Detektoren zur Überwachung des einen Schaltkontaktpaares vorgesehen sein.
In der, in Figur 3, schematisch dargestellten dritten Ausführungsform ist der durch die sich öffnenden und schließenden Schaltkontakte Kl und Kl Λ erzeugte Lichtbogen selbst die
Lichtquelle Q. Dann sind zusätzlich nur ein Lichtwellenleiter LWL und ein Detektor D notwendig, um mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung den Kontaktabbrand zu erfassen, und damit den Verschleiß des Schaltgerätes S zu überwachen. Mit zunehmendem Abbrand wird zwischen Lichtbogen Q und Lichtwellenleiter LWL die Anzahl der durch den Abbrand erzeugten Kontaktabbrandpartikel zunehmen und damit das vom Lichtbogen Q ausgehende Licht bis zum Eintritt in den Lichtwellenleiter immer stärker gedämpft. Damit kann wiederum anhand der Intensität des in den Lichtwellenleiter LWL eingekoppelten und zum Detektor D geführten Lichtes indirekt der Verschleiß des Schaltgerätes überwacht werden. Eine sich möglicherweise im Laufe des Be- triebes, das heißt mit zunehmender Anzahl an erfolgten Schaltvorgängen des Schaltgerätes, verändernde Intensität des vom Lichtbogen ausgehenden Lichtes muss empirisch ermittelt und bei der Überwachung in einer entsprechenden Normierung berücksichtigt werden.
Figur 4 zeigt schematisch eine vierte Ausführungsform, bei der wiederum der Lichtbogen die Lichtquelle Q ist. Hier ist zusätzlich zwischen Lichtbogen Q und Lichtwellenleiter LWL eine Platte P vorgesehen, an der sich die Kontaktabbrandpartikel ansammeln können. Das bedeutet, mit zunehmendem Abbrand werden sich immer mehr Kontaktabbrandpartikel an der Platte P anlagern, wodurch der Transmissionsgrad für das vom Lichtbogen zum Lichtwellenleiter transmittierte Licht immer cjerin- ger, das heißt immer stärker gedämpft wird. Damit kann wiederum anhand der Intensität des in den Lichtwellenleiter LWL eingekoppelten und zum Detektor D geführten Lichtes indirekt der Verschleiß des Schaltgerätes überwacht werden. Die in Figur 4 gezeigte Platte P kann auch ohne weiteres in Kornbinati- on mit einer der in Figur 1 oder 2 gezeigten Ausführungsformen verwendet werden. Auch könnte die Platte P selbst ein Fenster im Gehäuse sein, wobei das vom Lichtbogen ausgehende Licht über die Platte P zu einem außerhalb des Gehäuses angeordneten Lichtwellenleiters LWL transmittiert und in diesen eingekoppelt wird. Neben den bisher beschriebenen Ausführungsformen sind noch eine Vielzahl von weiteren Ausftihrungs- formen oder Kombinationen an erfindungsgemäßen Vorrichtungen denkbar, solange das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung erfüllt ist, nämlich dass mit Hilfe der Kontaktabbrandparti- kel indirekt der Kontaktabbrand der Schaltkontakte Kl und Kl λ und somit der Verschleiß der elektrischen Schaltgerätes S überwacht wird.
Bisher wurde die vorliegende Erfindung nur in Bezug auf ein elektrisches Schaltgerät S mit einem Schaltkontaktpaar Kl,Kl beschrieben. Figur 5 zeigt beispielhaft eine mögliche Anordnung des Lichtwellenleiters LWL für ein mehrpoliges Schaltge- rät mit drei Schaltkontaktpaaren. Der Lichtwellenleiter weist hier drei Schleifen auf, wobei jede der Schleifen einem Schaltkontaktpaar des Schaltgerätes zugeordnet ist. Nicht gezeigt sind hier die Lichtquellen. Diese können aber, wie in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ausgeführt, entweder der Lichtbogen selbst oder eine zusätzliche Lichtquelle, insbesondere eine Leuchtdiode oder ein weiterer Lichtwellenleiter, sein. Somit kann für jedes der Schaltkontaktpaare die Intensität des von der jeweiligen Lichtquelle Q ausgehende und in den Lichtwellenleiter LWL eingekoppelte und von diesem weitergeleitete Licht vom Detektor D gemessen und anschließend an eine Auslöseeinheit A übermittelt werden. Diese Auslöseeinheit wird in Abhängigkeit von der gemessenen Intensität des Lichtes das elektrische Schaltgerät steuern. Unterschreitet die gemessene Lichtintensität infolge einer immer größer werdenden Anzahl von Kontaktabbrandpartikeln nur für eines der Schaltkontaktpaare einen bestimmten Wert, wird die Auslöseeinheit A erkennen, dass zumindest für dieses Schaltkontaktpaar ein kritischer Grad an Verschleiß erreicht ist und ein weiteres Schalten aller Schaltkontaktpaare des mehrpoligen elektrischen Schaltgerätes S unterbinden. Sollen die Schaltkontaktpaare eines mehrpoligen Schaltgerätes getrennt überwacht werden, kann so wie in Figur 6 gezeigt für jedes Schaltkontaktpaar ein eigener Lichtwellenleiter LWL1, LWL2 und LWL 3 sowie ein dazugehöriger Detektor D1,D2 und D3 vorgesehen sein. Werden die einzelnen Schaltkontaktpaare zeitlich versetzt verschaltet und steht diese zeitliche Information einem Detektor zur Verfügung, so können die drei Detektoren D1,D2 und D3 , so wie in Figur 6 mit einer gestri- chelten Linie angedeutet, durch einen einzigen Detektor D ersetzt werden. Die von den Detektoren Dl, D2 und D3 oder dem Detektor D gemessenen Intensitäten können dann wieder an die Auslöseeinheit A übermittelt werden, und diese kann dann, wie bereits zuvor beschrieben, entsprechend reagieren.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Erfassen von Kontaktabbrand an Schaltkontakten (K1,K1Λ) in einem elektrischen Schaltgerät (S) , wo- bei der Kontaktabbrand an zumindest einem sich öffnenden und schließenden Schaltkontaktpaar (Kl, Kl Λ ) im Schaltgerät (S) bewirkt wird, mit wenigstens einem Lichtwellenleiter (LWL) und wenigstens einem Detektor (D) , wobei von zumindest einer Lichtquelle (Q) ausgehendes Licht in den we- nigstens einen Lichtwellenleiter (LWL) einkoppelbar und vom Lichtwellenleiter (LWL) zu dem wenigstens einen Detektor (D) führbar ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s der wenigstens eine Lichtwellenleiter (LWL) in Bezug auf das zumindest eine Schaltkontaktpaar (K1,K1 ) so angeordnet ist, dass eine von dem wenigstens einen Detektor (D) gemessene Intensität des in den wenigstens einen Lichtwellenleiter (LWL) eingekoppelten Lichtes mit einer ansteigenden Anzahl von, durch den Kontaktabbrand erzeugter, Kontaktabbrandpartikel im elektrischen Schaltgerät (S) abnimmt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Lichtquelle (Q) der, von dem sich öffnenden und schließenden Schaltkontaktpaar (K1,K1Λ) erzeugte Lichtbogen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Lichtquelle (Q) wenigstens eine Leuchtdiode ist, die zusammen mit dem wenigstens einen Lichtwellenleiter (LWL) eine Lichtschranke (LS) ausbildet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die wenigstens eine Lichtquelle (Q) ein weiterer Lichtwel- lenleiter (LWLQ) ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s das Licht aus dem weiteren Lichtwellenleiter (LWLQ) an einer seiner Stirnseiten austritt und diese Stirnseite zu- sammen mit dem wenigstens einen Lichtwellenleiter (LWL) eine Lichtschranke (LS) ausbildet.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s das Licht aus dem weiteren Lichtwellenleiter (LWLQ) über seine Länge radial austritt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s zwischen Lichtquelle (Q) und dem wenigstens einen Lichtwellenleiter (LWL) eine Platte (P) angeordnet ist, die für das von der Lichtquelle (Q) ausgehende Licht einen Transmissionsgrad aufweist, und die in Bezug auf das zumindest eine Schaltkontaktpaar (K1,K1>) so angeordnet ist, dass sich Kontaktabbrandpartikel an der Platte (P) anlagern, wobei der Transmissionsgrad mit ansteigender Anzahl von Kontaktabbrandpartikeln abnimmt .
8. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s einem Schaltkontaktpaar eines mehrpoligen Schaltgerätes (S) ein Lichtwellenleiter (LWLl , LWL2,LWL3) zugeordnet ist, wobei der Lichtwellenleiter (LWLl, LWL2,LWL3) in Bezug auf das zugeordnete Schaltkontaktpaar so angeordnet ist, dass die von einem Detektor (D) gemessene Intensität des über den Lichtwellenleiter (LWL1,LWL2, LWL3) eingekoppelten Lichtes ein Maß für den Kontaktabbrand für das zugeordnete Schaltkontaktpaar ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s der Detektor (D) ein der gemessenen Intensität entsprechendes Signal an eine Auslöseednheit (A) übermittelt und diese Auslöseeinheit (A) in Abhängigkeit von dem Signal das Schaltgerät (S) steuert.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die vom Detektor (D) gemessene Intensität über Mittel zur Kommunikation zur weiteren Auswertung übertragen wird.
11. Elektrisches Schaltgerät mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s das elektrische Schaltgerät (S) ein Niederspannungsleis- tungsschalter oder ein Schütz ist.
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