УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБГОРАНИЯ КОНТАКТОВ В КОММУТАЦИОННЫХ АППАРАТАХ Российский патент 2008 года по МПК H01H9/50 H01H33/26 

Настоящее изобретение относится к устройству для определения обгорания контактов в коммутационных аппаратах. В частности, настоящее изобретение относится к устройству для определения обгорания контактов на коммутационных контактах в электрическом коммутационном аппарате согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

В электрическом коммутационном аппарате открывающиеся и закрывающиеся коммутационные контакты при коммутации токов вызывают появление коммутационных электрических дуг между коммутационными контактами. Эти коммутационные электрические дуги приводят к увеличивающемуся обгоранию контактов на коммутационных контактах и таким образом к износу коммутационных контактов. Так как этот износ влияет на коммутационную способность коммутационного аппарата, обгорание контактов коммутационных контактов должно контролироваться.

Из заявки ЕР 1022904 А1 известно применение камеры для графического контроля износа коммутационных контактов. Другое, известное из заявки ЕР 1022904 A1 устройство для контроля износа является цифровым контролем с помощью счетчика коммутационных циклов или цифровым контролем на основе суммирования токов отключения.

Из заявки DE 10109952 A1 известно устройство, с помощью которого можно обнаруживать аварийную электрическую дугу в электрическом распределительном устройстве посредством световода. Для этого исходящий от возникающей аварийной электрической дуги свет радиально вводят в световод и направляют к детектору. Затем в схеме определения аварийной электрической дуги с помощью введенного и детектированного света узнают, появилась ли аварийная электрическая дуга.

Задачей настоящего изобретения является указание другого устройства для контроля износа коммутационных контактов в электрических коммутационных аппаратах.

Эта задача решается устройством с признаками главного пункта формулы изобретения, причем обгорание контактов вызывается на по крайней мере одной паре открывающихся и закрывающихся коммутационных контактов в коммутационном аппарате, и устройство содержит по крайней мере один световод и по крайней мере один детектор, причем выходящий из по крайней мере одного источника света свет является вводимым в по крайней мере один световод и направляемым световодом к по крайней мере одному детектору, и по крайней мере один световод относительно по крайней мере одной пары коммутационных контактов расположен так, что измеренная по крайней мере одним детектором интенсивность света, введенного в по крайней мере один световод, уменьшается с увеличением числа частиц обгорания контактов, возникших за счет обгорания контактов в электрическом коммутационном аппарате.

С увеличением количества коммутационных циклов и таким образом с увеличением количества повторяющихся электрических дуг вследствие обусловленного этим обгорания контактов на коммутационных контактах происходит увеличивающееся скопление частиц обгорания контактов и тем самым в возрастающей степени загрязнение в электрическом коммутационном аппарате. Согласно основному принципу настоящего изобретения эту возрастающую степень загрязнения привлекают в качестве меры для оценки обгорания контактов и тем самым для контроля износа коммутационных контактов электрического коммутационного аппарата. Согласно настоящему изобретению эту степень загрязнения определяют с помощью по крайней мере одного волновода и по крайней мере одного детектора. Это означает, что один или несколько световодов относительно по крайней мере одного подлежащего контролю коммутационного контакта расположен так, что выходящий от источника света и поступающий в один из световодов свет с увеличением количества частиц обгорания контактов и тем самым с увеличением степени загрязнения все сильнее ослабляется. Поступивший в один или несколько световодов свет направляется световодом к одному или нескольким детекторам. При этом световод может направлять поступивший свет точно к одному или нескольким детекторам. С другой стороны, поступивший в несколько световодов, которые вместе присвоены по крайней мере одному коммутационному контакту, свет может также тогда направляться только точно к одному детектору. Во всех этих случаях интенсивность света, введенного в по крайней мере один световод, измеряют по крайней мере одним детектором. Исходя из измеренной интенсивности поступившего в световод света в заданном состоянии коммутационного аппарата, то есть, например, в случае нового коммутационного аппарата, можно тогда с помощью повторного измерения и оценки интенсивности поступающего в по крайней мере один световод света контролировать обгорание контактов и тем самым износ по крайней мере одного приданного в соответствие коммутационного контакта. Соответствующее изобретению устройство позволяет таким образом производить бесконтактный контроль оптоэлектронными средствами. Кроме того, соответствующее изобретению устройство позволяет определение обгорания контактов без необходимости удаления самого коммутационного аппарата от его собственного места эксплуатации. Необходимая калибровка измеренной интенсивности на состояние коммутационных контактов и тем самым на степень износа устанавливается в зависимости от соответствующего выполнения коммутационного аппарата и может основываться, например, на эмпирически определенных значениях.

Предпочтительным образом в качестве источника света для соответствующего изобретению устройства привлекается сама вызванная открывающимися и закрывающимися коммутационными контактами электрическая дуга. Чтобы также использовать различные интенсивности света различных электрических дуг, подходящим образом должно производиться вычислительное нормирование. В это нормирование должны включаться, в частности, также возможные изменения интенсивности света электрической дуги, которые могут появляться с увеличением обгорания контактов. За счет такого нормирования тогда при оценке можно исходить из того, что интенсивность исходящего от электрической дуги света является приблизительно постоянной. Тем самым на основе измерения интенсивности света, исходящего от электрической дуги, ослабленного в возрастающей степени частицами обгорания контактов и введенного по крайней мере в один волновод, можно делать вывод об обгорании контактов и тем самым об износе коммутационных контактов.

В следующей форме выполнения, в частности, в качестве источника света предусмотрен светоизлучающий диод, который вместе с по крайней мере одним световодом образует фотоэлектрическое реле. При этом фотоэлектрическое реле относительно по крайней мере одной пары коммутационных контактов расположено так, что исходящий от светоизлучающего диода и введенный в по крайней мере один световод свет ослабляется частицами обгорания контактов, находящимися в пространстве между светоизлучающим диодом и световодом. Если предпочтительным образом используются обычно принятые в торговле фотоэлектрические реле, которые содержат точно один световод и один светоизлучающий диод, то износ можно контролировать простыми средствами.

В дальнейшей форме выполнения в качестве источника света предусмотрен дополнительный световод. Так как световод сам по себе является пассивным элементом, естественно, сначала нужно ввести подходящим образом в этот дополнительный световод свет от средства свечения, например от светоизлучающего диода. Если этим дополнительным световодом свет направляют так, что свет выходит на одной из его торцовых сторон, то эта торцовая сторона может быть предусмотрена для соответствующего изобретению устройства в качестве источника света и образовывать вместе с первым световодом фотоэлектрическое реле. За счет этого является возможным располагать все необходимые для соответствующего изобретения электрические компоненты как средства свечения или также детекторы вне собственно коммутационного аппарата.

В альтернативной форме выполнения свет от действующего в качестве источника света дополнительного световода направляют так, что он выходит радиально по его длине. Вследствие этого постоянного выхода света остающаяся в световоде интенсивность с увеличением длины, то есть с увеличением расстояния от средства свечения, постоянно уменьшается. За счет этого с увеличением расстояния от средства свечения все больше уменьшается также интенсивность выходящего света. За счет подходящего расположения дополнительного световода относительно подлежащей контролю пары коммутационных контактов тем самым существует возможность вводить местное взвешивание при определении обгорания контактов.

В дальнейшей форме выполнения между источником света и по крайней мере одним световодом предусмотрена пластина, которая имеет определенный коэффициент пропускания для света, исходящего от источника света, и которая относительно коммутационных контактов расположена так, что на пластине могут откладываться частицы обгорания контактов. С увеличением обгорания контактов тогда на пластине будет откладываться все больше частиц обгорания контактов и тем самым коэффициент пропускания для проходящего через пластину света все больше уменьшаться. На основе обусловленного этим уменьшения интенсивности введенного в световод света можно тогда снова делать заключение о степени обгорания контактов и тем самым об износе коммутационных контактов.

Соответствующее изобретению устройство позволяет контролировать по крайней мере одну пару коммутационных контактов, то есть одну или несколько пар коммутационных контактов контролируют совместным расположением по крайней мере одного световода и по крайней мере одного детектора. Это совместное расположение тогда позволяет делать общее высказывание относительно обгорания контактов на по крайней мере одной паре коммутационных контактов. В следующей форме выполнения, в частности для каждой пары коммутационных контактов многополюсного коммутационного аппарата может быть предусмотрен по крайней мере один световод. Таким образом можно контролировать в отдельности степень обгорания и тем самым износ отдельных пар коммутационных контактов.

Если сигнал, соответствующий измеренной по крайней мере одним детектором интенсивности света передают на пусковой блок для электрического коммутационного аппарата, то коммутационный аппарат может управляться этим пусковым блоком. Если измеренная интенсивность света вследствие все увеличивающегося количества частиц обгорания контактов отклоняется ниже определенного значения, то пусковой блок определяет, что достигнута критическая степень износа и будет препятствовать дальнейшему включению электрического коммутационного аппарата.

Если измеренную по крайней мере одним детектором интенсивность света подходящими средствами, например беспроволочно, передают для последующей оценки, то оценку и тем самым контроль коммутационного аппарата можно производить также в удаленном от коммутационного аппарата месте. В частности, можно тогда производить дистанционную сигнализацию о состоянии коммутационных контактов также во время эксплуатации силового выключателя. Тем самым можно распознавать заблаговременно износ коммутационного контакта и тем самым делать возможным профилактическое техническое обслуживание.

Предпочтительным образом соответствующее изобретению устройство используют для определения обгорания контактов в случае низковольтных силовых выключателей или в случае контакторов.

Изобретение, а также предпочтительные формы выполнения его описывают в последующем более подробно с помощью следующих чертежей. При этом показывают:

фиг.1 - схематически первую форму выполнения со светоизлучающим диодом в качестве источника света,

фиг.2 - вторую форму выполнения с дополнительным световодом в качестве источника света,

фиг.3 - схематически третью форму выполнения с электрической дугой в качестве источника света,

фиг.4 - схематически четвертую форму выполнения с пластиной между источником света и световодом,

фиг.5 - расположение световодов для нескольких пар коммутирующих контактов.

фиг.6 - расположение трех световодов для трех пар коммутирующих контактов.

Показанные на фиг.1-4 примеры выполнения для более простого описания настоящего изобретения содержат всегда точно только один источник света Q, один световод LWL для ввода исходящего от источника света и один детектор D для одной пары коммутационных контактов. В более сложных устройствах вместо показанного одного световода LWL могут быть предусмотрены по крайней мере один световод и вместо одного детектора D по крайней мере один детектор для соответствующего изобретению устройства.

Фиг.1-4 показывают различные формы выполнения электрического коммутационного аппарата S. Коммутационный аппарат S содержит первый К1 и второй К1' коммутационный контакты. При этом один из коммутационных контактов является подходящим образом подвижным так, что при соответствующем управлении контакты могут перемещаться друг к другу или друг от друга. Состоящей из коммутационных контактов К1 и К1' парой коммутационных контактов можно тогда коммутировать соответствующие токи переключения. При открывании и закрывании пары коммутационных контактов К1, K1' при переключении больших токов, которые обычно коммутируются в низковольтных силовых выключателях или в контакторах, между коммутационными контактами К1, К1' появляется электрическая дуга. Эта электрическая дуга приводит при увеличивающемся количестве циклов коммутации к возрастающему обгоранию коммутационных контактов К1 и К1' и тем самым к увеличивающемуся износу контактов коммутационного аппарата S. Если обгорание является слишком большим, коммутационный аппарат S больше не может надежно переключать подлежащие переключению токи и должен быть заменен.

Для определения износа уже известны различные методы и устройства. С помощью некоторых примеров выполнения должно быть описано теперь соответствующее изобретению устройство для контроля, то есть для определения обгорания контактов. Для этого, как показано на фиг.1, предусмотрены световод LWL и источник света Q. Предпочтительным образом этот источник света Q является светоизлучающим диодом, который вместе с световодом LWL образует обычное принятое в торговле фотоэлектрическое реле LS. Исходящий из источника света Q свет имеет определенную интенсивность в зависимости от типа источника света и его управления. Соответственно расположению источника света Q и световода LWL определенная часть света вводится в световод LWL и направляется им к детектору D. В новом коммутационном аппарате S при этом измеренная детектором D интенсивность введенного в световод LWL света имеет определенную величину, то есть заданное значение. С увеличением обгорания контактов на коммутационных контактах К1, К1' количество частиц обгорания контактов в корпусе G коммутационного аппарата S будет увеличиваться. Если эти частицы обгорания контактов теперь попадают в область между источником света Q и световодом LWL, то исходящий от источника света Q и поступающий в световод LWL свет ослабляется этими частицами обгорания контактов. Это означает, что чем больше частиц обгорания контактов имеется внутри корпуса G и тем самым в области между источником света Q и световодом LWL, тем меньше будет измеренная детектором D интенсивность введенного в световод LWL света. Если зависимость между обгоранием контактов и количеством находящихся в коммутационном аппарате S частиц обгорания контактов один раз установлена, то с помощью вызванного количеством частиц обгорания контактов уменьшения интенсивности введенного в световод LWL света можно контролировать износ коммутационных контактов К1 и К1' и тем самым износ коммутационного аппарата S.

Фигура 2 показывает более детально другую форму выполнения электрического коммутационного аппарата S с двумя коммутационными контактами К1 и К1'. Вследствие показанной здесь формы коммутационных контактов К1 и К1' как раз в маркированной области будет появляться усиленное обгорание контактов и тем самым усиленное загрязнение. Если это локально усиленное загрязнение должно учитываться при определении обгорания контактов, предпочтительным является дальнейшее развитие соответствующего изобретению устройства. В показанной на фиг.2 форме выполнения соответствующее изобретению устройство содержит один световод LWL для введения света и дополнительный световод LWLQ, который выполнен в качестве источника света. В показанной здесь форме выполнения свет от средства свечения Q на обеих концах дополнительного световода LWLQ вводят в этот действующий в качестве источника света дополнительный световод. Дополнительный световод LWLQ при этом выполнен таким образом, что направляемый в нем свет выходит по его длине радиально. За счет этого постоянного выхода света интенсивность выходящего радиально из дополнительного световода LWLQ света с увеличением расстояния от средства свечения Q все больше уменьшается. Это означает, что в случае показанного на фиг.2 расположения в маркированной области из дополнительного световода LWLQ будет выходить свет с самой малой интенсивностью. Так как эта ограниченная штриховой линией область является, однако, также областью с самой большим загрязнением, радиально выходящий из дополнительного световода LWLQ с уже уменьшенной интенсивностью, свет ослабляется еще сильнее, чем в других областях. Тем самым тогда также входящий в расположенный, например, параллельно к дополнительному световоду LWLQ световод LWL свет в маркированной области всегда имеет меньшую интенсивность, чем свет, который вводится в световод LWL в других областях. Так как для введенного в световод LWL и направленного к детектору D света интенсивность определяют по всем пространственно введенным составляющим света, поступивший из маркированной области свет будет входить в определение интенсивности и тем самым в оценку обгорания контактов с другим взвешиванием, чем свет, введенный в других областях. Наряду с показанным на фиг.2 расположением световода LWL и дополнительного световода LWLQ можно представить себе также множество расположений, охватываемых изобретением. Так возможным является также расположение, при котором световоды LWL и LWLQ выполнены не в виде меандра, а только в виде простой петли. Далее, можно представить себе также, что оба световода LWL и LWLQ расположены так, что между световодом LWL и дополнительным световодом LWLQ находится пара коммутационных контактов К1, К1'. Далее, как уже описано перед этим, вместо одного световода LWL и одного детектора D можно без проблем предусматривать также в этой форме выполнения несколько световодов или детекторов для контроля пары коммутационных контактов.

В схематически представленной на фиг.3 третьей форме выполнения созданная посредством открывающихся и закрывающихся коммутационных контактов K1, K1' электрическая дуга сама является источником света Q. Тогда дополнительно необходимыми являются только один волновод LWL и один детектор D, чтобы определять соответствующим изобретению устройством обгорание контактов и тем самым контролировать износ коммутационного аппарата S. С увеличением обгорания контактов между электрической дугой Q и волноводом LWL количество созданных в результате обгорания контактов частиц обгорания контактов будет увеличиваться и тем самым исходящий от электрической дуги Q свет до входа в световод ослабляться все сильнее. Тем самым опять-таки посредством интенсивности введенного в волновод LWL и направленного к детектору D света можно контролировать косвенно износ коммутационного аппарата. Возможно изменяющаяся в ходе эксплуатации, то есть с увеличением количества произведенных коммутационным аппаратом коммутационных циклов интенсивность исходящего от электрической дуги Q света должна определяться эмпирически и учитываться при контроле с соответствующим нормированием.

Фиг.4 показывает схематически четвертую форму выполнения, в которой снова источником света Q является электрическая дуга Q. Здесь дополнительно между электрической дугой Q и световодом LWL предусмотрена пластина Р, на которой могут скапливаться частицы обгорания контактов. Это означает, что с увеличением обгорания контактов на пластине Р откладывается все больше частиц обгорания контактов, за счет чего коэффициент пропускания для проходящего от электрической дуги к световоду света становится меньше, то есть свет все сильнее ослабляется. Тем самым на основе интенсивности введенного в световод LWL и направленного к детектору D света можно косвенно контролировать износ коммутационного аппарата. Показанную на фиг.4 пластину Р можно использовать без проблем в комбинации с одной из форм выполнения, показанных на фиг.1 или 2. Сама пластина Р может быть также окном в корпусе, причем свет, исходящий от электрической дуги, пропускают через пластину Р к расположенному вне корпуса световоду LWL и вводят в него. Наряду с описанными до сих пор формами выполнения можно представить себе еще множество других форм выполнения или комбинаций устройств, соответствующих изобретению, пока выполняется основной принцип настоящего изобретения, а именно косвенное контролирование обгорания контактов коммутационных контактов K1, K1' с помощью частиц обгорания контактов и тем самым износа электрического коммутационного аппарата S.

До сих пор настоящее изобретение описывалось только относительно электрического коммутационного аппарата S с одной парой коммутационных контактов K1, К1'. Фиг.5 показывает в качестве примера возможное расположение световода LWL для многополюсного коммутационного аппарата с тремя парами коммутационных контактов. Световод имеет здесь три петли, причем каждая из петель придана в соответствие одной паре коммутационных контактов коммутационного аппарата. Не показанными здесь являются источники света. Они могут быть, однако, как поясняется в описанных выше примерах выполнения, или самой электрической дугой или дополнительным источником света, в частности светоизлучающим диодом или дополнительным световодом. Тем самой для каждой из пар коммутационных контактов можно измерять интенсивность света, исходящего от соответствующего источника света Q и введенного в световод LWL и направленного в нем к детектору D, и затем передавать к пусковому блоку А. Этот пусковой блок А в зависимости от измеренной интенсивности света будет управлять электрическим коммутационным аппаратом. Если вследствие все увеличивающегося количества частиц обгорания контактов измеренная интенсивность света отклоняется ниже определенного значения только для одной из пар коммутационных контактов, то пусковой блок А обнаруживает, что по крайней мере для этой пары коммутационных контактов достигнута критическая степень износа и прекращает дальнейшее переключение всех пар коммутационных контактов многополюсного электрического коммутационного аппарата S. Если пары коммутационных контактов многополюсного коммутационного аппарата должны контролироваться раздельно то, как показано на фиг.6, для каждой пары коммутационных контактов можно предусматривать свой собственный световод LWL1, LWL2 и LWL3, а также относящийся к нему детектор D1, D2 и D3. Если отдельные пары коммутационных контактов переключаются со смещением во времени и эта информация имеется в распоряжении детектора, то три детектора D1, D2 и D3, как показано на фиг.6 штриховой линией, могут быть заменены одним единственным детектором D. Измеренные детекторами D1, D2 и D3 или детектором D интенсивности можно тогда снова передавать на пусковой блок А, и он может соответственно реагировать, как описано выше.

Изобретение относится к устройству для определения обгорания контактов на коммутационных контактах в электрическом коммутационном аппарате. Обгорание контактов вызывается на по крайней мере одной открывающейся и закрывающейся паре коммутационных контактов в коммутационном аппарате. Устройство содержит световод и детектор, причем исходящий от по крайней мере одного источника света свет является вводимым в световод и направляемым световодом к детектору. Световод при этом расположен относительно по крайней мере одной пары коммутационных контактов так, что измеренная детектором интенсивность света, введенного в световод, уменьшается с увеличением числа частиц обгорания контактов, возникших за счет обгорания контактов в электрическом коммутационном аппарате. Технический результат - расширение арсенала технических средств, позволяющих производить бесконтактный контроль обгорания контактов оптоэлектронными средствами без необходимости удаления самого коммутационного аппарата от его собственного места эксплуатации. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство для определения обгорания контактов на коммутационных контактах (К1, К1') электрического коммутационного аппарата (S), причем обгорание контактов вызывается на по меньшей мере одной паре открывающихся и закрывающихся коммутационных контактов (К1, К1') в коммутационном аппарате (S), с по меньшей мере одним световодом (LWL) и по меньшей мере одним детектором (D), причем выходящий из по меньшей мере одного источника света (Q) свет является вводимым в по меньшей мере один световод (LWL) и направляемым световодом (LWL) к по меньшей мере одному детектору (D), отличающееся тем, что по меньшей мере один световод (LWL) расположен относительно по меньшей мере одной пары коммутационных контактов (К1, К1') так, что измеренная по меньшей мере одним детектором (D) интенсивность света, введенного в по меньшей мере один световод (LWL), уменьшается с увеличением числа частиц обгорания контактов, возникших за счет обгорания контактов в электрическом коммутационном аппарате (S).2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источником света (Q) является созданная парой открывающихся и закрывающихся коммутационных контактов (К1, К1') электрическая дуга.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере одним источником света (Q) является светоизлучающий диод, который вместе с по меньшей мере одним световодом (LWL) образует фотоэлектрическое реле (LS).4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере одним источником света (Q) является дополнительный световод (LWLQ).5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что свет из дополнительного световода (LWLQ) выступает на одной из его торцевых сторон, и эта торцевая сторона вместе с по меньшей мере одним световодом (LWL) образует фотоэлектрическое реле (LS).6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что свет из дополнительного световода (LWLQ) выступает радиально по его длине.7. Устройство по любому из предыдущих пп.1-6, отличающееся тем, что между источником света (Q) и по меньшей мере одним световодом (LWL1, LWL2, LWL3) расположена пластина (Р), которая имеет коэффициент пропускания для исходящего от источника света (Q) света, и которая расположена относительно по меньшей мере одной пары коммутационных контактов (К1, К1') так, что частицы обгорания контактов откладываются на пластине (Р), причем коэффициент пропускания понижается с увеличением количества частиц обгорания контактов.8. Устройство по любому из предыдущих пп.1-6, отличающееся тем, что паре коммутационных контактов многополюсного коммутационного аппарата (S) присвоен световод (LWL1, LWL2, LWL3), причем световод (LWL1, LWL2, LWL3) расположен относительно присвоенной пары коммутационных контактов так, что измеренная детектором (D) интенсивность света, введенного через световод (LWL1, LWL2, LWL3), является мерой обгорания контактов для присвоенной пары коммутационных контактов.9. Устройство по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что детектор (D) передает сигнал, соответствующий измеренной интенсивности, на пусковой блок (А) и этот пусковой блок (А) в зависимости от сигнала управляет коммутационным аппаратом (S).10. Устройство по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что измеренная детектором (D) интенсивность передается через средства связи для дальнейшей оценки.11. Электрический коммутационный аппарат с устройством по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что электрический коммутационный аппарат (S) является низковольтным силовым выключателем или контактором.