(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開閉器における接触片の焼損を監視するため、スイッチオフ過程において、開いている接触片の間に生ずるアーク電圧の変動度が接触片の損耗状態に対する判断基準として利用されることを特徴とする開閉器における接触片の焼損監視方法。
【請求項２】
接触器の損耗状態を評価するために使用されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
アーク電圧の変動度を検出するためにアーク電圧の１kHzよりも高い周波数成分が利用されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
アーク電圧の1kHzよりも高い周波数成分がフィルタリングの後に二乗されることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
アーク電圧の二乗された成分がアーク電圧の途切れた間に積分され、積分された値がしきい値と比較されることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
それぞれ接触片が閉じられた状態において、積分値がリセットされることを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
アーク電圧の1kHzよりも高い周波数成分のフィルタリングのために高域通過フィルタが使用されることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項８】
アーク電圧の1kHzよりも高い周波数成分が、アーク電圧とアーク電圧の所定の時限にわたる平均値形成により得られた信号との間の差形成により得られることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項９】
評価された信号がしきい値と比較され、その結果から残存寿命が計算され、この情報が監視および制御の目的でバスシステムに供給されることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項１０】
請求項１または請求項２ないし９のいずれか１つによる方法を実現するための装置であって、接触器の損耗状態がスイッチオフ過程の間のアーク電圧の1kHzよりも高い周波数成分の評価により検出される装置において、アーク電圧の変動度を検出し、接触片の損耗状態を評価するために利用する回路装置（10）を含んでいることを特徴とする開閉器の接触片の焼損監視装置。
【請求項１１】
回路装置（10）が1kHzよりも高い周波数成分を通過させる高域通過フィルタ（１）、二乗要素（２）、積分器（３）および指標信号を発生するためのユニット（４）から成っていることを特徴とする請求項10記載の装置。
【請求項１２】
指標信号を発生するためのユニットが比較要素（４）であることを特徴とする請求項11記載の装置。
【請求項１３】
積分器（３）がリセットユニット（５）により駆動可能であることを特徴とする請求項12記載の装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は、開閉器における接触片の焼損を監視するための、特に接触器の損耗状態を評価するための方法であって、スイッチオフ過程で開いている接触片の間に生ずるアーク電圧が接触片の損耗状態の指標として検出かつ評価される方法に関する。さらに本発明は本方法を実現するための適切な装置にも関する。
開閉接触片の寿命は、焼損、すなわち開閉過程で生ずるアークの影響下での接触片材料の徐々の喪失、により決定される。焼損はその際に開閉接触片を一般に不均等に損耗する。開閉接触片の寿命は、接触範囲のなかで少なくとも１つの個所において接触片材料が完全に浸食され、もしくは定められた最小厚みまで損耗したときに尽きる。
多様な理論的な試みにもかかわらず実際には開閉接触片の状態はいまだに開閉器を開いて目視検査をすることにより評価されている。このことは特に、なお期待される残存寿命の評価に対して当てはまる。残存寿命を知ることは開閉器の機能能力、従ってまた開閉される負荷の作動の確実さに対して中心的な意義を有する。
国際特許出願第94/22153 A1号明細書から、接触片が裏面にスリットを付けられ、分割された接触片保持体の上に取付けられている開閉器は既に知られている。この配置により簡単な仕方で接触片の残存寿命が決定され得る。即ち焼損によりスリットの上に位置している材料が浸食し尽くされると、２つの接触片半部が生ずる。この状態での開閉の際に両接触片半部の間に電位差が生じ、この電位差が電圧として測定され、接触片焼損を指示するために用いることができる。それとならんでドイツ特許出願公開第3714802A1号明細書から、接触片の少なくとも１つに光導体が対応付けられており、その伝達特性が外部から適当な光学的補助装置により測定され得る電子的スイッチが知られている。その際に許容限度を超えて進行した接触片焼損は光学的伝達特性の変化に、また最後に光導体の破壊に通ずる。
接触片の機械的な浸食が検出される上記の装置は別として、電気的信号を相応の仕方で評価する提案もされている。たとえばドイツ特許第40288721C2号明細書から開閉器の残存寿命を確かめるための方法であって、開閉過程の間に流された電荷が電子的に確かめられ、開閉過程中に合計される方法は知られている。この方法はその原理から、定義された残存寿命を指示するのに適しているだけでなく、さらに接触片の焼損状態を任意の時点で指示するのにも適している。
本発明の課題は、それに対し、接触器の機能能力を評価するために適している最も簡単な方法およびそれを実施するための装置を提供することである。
この課題は、本発明によれば、冒頭に記載されている種類の方法において、アーク電圧の変動度が接触片の損耗状態に対する規範として利用されることにより解決される。好ましくは、アーク電圧の変動度を検出するためにアーク電圧の周波数の高いほうの成分、特に約1kHzよりも高い周波数の成分、が利用される。その際にアーク電圧の周波数の高いほうの成分はフィルタリングの後に二乗される。二乗された値は合計され、しきい値と比較され得る。
その結果として本発明による装置は、アーク電圧の変動度を検出し、接触片の損耗状態の評価のために利用する回路装置により特徴付けられている。詳細には回路装置は、有利な仕方で、高域通過フィルタ、二乗要素、積分器および欠陥信号発生のためのユニットから成っている。
本発明により、開閉器としての接触器での応用のために特に開閉接触器の電気的寿命に対して責任のある主接点の状態を簡単な仕方で認識し得る方法およびこの方法を実現するための装置が得られる。有利な仕方でその際に開閉器に既に存在しているユニットも信号検出のために使用され得る。
本発明では開閉器または接触片の，冒頭に記載した従来の技術では行われなければならない連続的な監視は必要でないという利点が得られる。この連続的な監視はドイツ特許第2727378C2号明細書に記載されている電気開閉器の信頼性を検査するための装置においても必要であり、連続的な測定を介して接触片における電流が測定かつ合計される。それに対しドイツ特許出願公開第4416781A1号および第4132533A1号明細書による装置は電力開閉器における火花の経過を測定するため、または回転電機の摺動接触子におけるアークを評価するための特殊な方法を含んでいる。
接触片の上のアークのマイグレーション挙動に関する指摘はVDE−Fachbericht42“接触挙動および開閉”（カールスルーエ大学における1991年９月25〜27日の11.接触ゼミナール）に与えられている。そこには主として、アークのマイグレーション現象は説明されているが、接触片の損耗状態の評価に関する十分な結論はされていない。
本発明の他の詳細および利点は以下に他の請求項と結び付けて１つの実施例を図面により説明するなかで明らかになる。ただ１つの図面は開閉器のスイッチオン過程の際に開く接触片の間に生ずるアーク電圧の評価ユニットを示す。
開閉器においてスイッチオフ過程の間に接触片の間に生ずる溶融ブリッジが、最初は非常に短いが接触片が大きく開くと共に広がるアークに移行する。このアークは，特に接触器において有利な仕方で銀−金属酸化物を主体とする接触片材料、たとえばAgSnO2、から成る開閉片の接触片被覆上に脚点を形成する。短い接続時間の後にアークは、自己磁気的な力により駆動されて、通常存在している消弧室のなかで所望のマイグレーションが開始する。この移動の間にアークは接触片被覆の上の脚点を転位するべく強制されており、このことはエネルギーの変動する状況と結び付けられている。その際に変動する損失電力を補填するため、アークにより電流回路から対応する電力が取り去られる。実際上たいてい電流回路に存在しているインダクタンスに基づいて電流はこの強い度合いで変化し得ないので、アークの電圧は変動する状況に順応することになり、それによっていわゆる変動度が生ずる。
変動度は生ずるアーク電圧の最大と最小との間の差として定義される。それは因果関係として、一方では約20ないし40m/sの速度を有するアークの運動と、また他方では約100ないし500μｍの粗さを有する接触片表面の不均一性と結び付けられている。たとえば20m/sの速度および200μｍの接触片表面の平均粗さの際には100kHzの範囲内の評価すべき周波数が生ずる。すべての大きさは接触片の形式および状態に関係し、その際にどの場合にも1kHzよりも上側の周波数が生ずるので、アーク電圧のこの周波数の高いほうの成分が検査される。
開閉片の接触片被覆の損耗の進行と共に、接触片表面の粗さおよび亀裂の増大が認められる。このことは再びマイグレーション過程の間のアーク電圧のより強い変動度を結果として生ずる。
後者の効果は特に、開閉片の接触片被覆が、少なくとも部分的にもはや接触片材料被覆が存在しなくなるまで使い減らされているときに、強められて現れる。この場合、アークは脚点を通常銅から成る保持体材料の上に生じなければならないが、このことは電荷担体放出のために必要な陰極降下電圧に跳躍を生ずる。
接触片損耗の増大と共に上昇するアーク電圧の変動度を検出することができ、開閉接触片の損耗状態を予測するために利用され得る。そのために図面には図示されていない開閉器における第１の端子が符号ULBで示されている。端子ULBの後に高域通過フィルタ１が接続され、高域通過フィルタ１はスイッチオフ過程の間にアーク電圧の高い周波数成分を通過させ、それによってアーク電圧の低い周波数成分は阻止される。その結果として生ずる信号は絶対値形成演算を受け、そのためにたとえば二乗器２に与えられ、二乗の後に積分器３により合計される。
積分器３の出力端における値が開閉器の各形式に関係する値を上回ると、しきい値発生器４の信号との比較により相応する欠陥信号が発生され、指示される。そのために相応する指示装置が適切な仕方で構成される。こうして与えられた信号は中央への通信のためにバスシステムに与えられ得る。
図面による回路装置においてオプションとして積分器３は、それぞれ定義された出発状態を各開閉の前に保証するため、主接触片が閉じられている際に、すなわちＵ≒０の際に、リセットされ得る。
図面による回路の変形例として、高域通過フィルタ１はソフトウェアにより低域通過フィルタからの信号の差形成によりエミュレートすることができる。その際に指数的平均の方法が用いられ、またこうして形成された信号が元の信号から差し引かれる。
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