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Title:
METHOD FOR OPERATING AN ELECTROMAGNETIC SWITCHING DEVICE AND ELECTROMAGNETIC SWITCHING DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2001/097239
Kind Code:
A1
Abstract:
The aim of the invention is to achieve an even burn-off of the switching contacts (8) of a switching device (2), especially a contactor, and hereby ensure as long a service life as possible. To this end, an optimum switching point, in terms of the load of one of the switching contacts (8), is determined depending on a current path that is measured during the switching process and the switching point is shifted by a delay time from switching operation to switching operation. The optimal switching point is preferably determined by self-calibration of the switching device (2).

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Inventors:
HERBST REINHARD (DE)
MITLMEIER NORBERT (DE)
Application Number:
PCT/DE2001/002045
Publication Date:
December 20, 2001
Filing Date:
May 30, 2001
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
HERBST REINHARD (DE)
MITLMEIER NORBERT (DE)
International Classes:
H01H9/54; H01H9/56; H01H47/22; (IPC1-7): H01H9/56
Foreign References:
EP0575792A11993-12-29
DE4105698A11992-08-27
DE19808229A11999-09-02
US5361184A1994-11-01
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Postfach 22 16 34 München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb eines elektromagnetisches Schaltge rats (2), insbesondere eines Schützes zum Schalten eines Drehstromverbrauchers (4), wobei an einen Schaltantrieb (12) ein Schaltimpuls (A) über mittelt wird, nach Verstreichen einer konstanten Schaltverzugszeit Schalteinheiten (6) betätigt werden, die jeweils einen Schaltkontakt (8) aufweisen und die jeweils für einen Leiter (L1 bis L3) eines Leiternetzes vorgesehen sind, der Stromverlauf in zumindest einem der Leiter (L1) ge messen wird und in Abhängigkeit des gemessenen Stromverlaufs ein opti mierter Schaltzeitpunkt im Hinblick auf die Belastung eines der Schaltkontakte (8) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei unterschiedlichen Schalthandlungen unterschiedliche Schaltzeitpunkte für eine gleichmäßige Belastung der je weiligen Schaltkontakte (8) gewählt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Schaltgerät (2) sich automatisch auf den optimierten Schaltzeitpunkt kalibriert, indem bei den ersten Schalthandlungen der Schaltzeitpunkt verändert, der zu dem jeweiligen Schaltzeitpunkt gehörige Stromverlauf erfasst und aus einem Vergleich der erfassten Stromverläufe der opti mierte Schaltzeitpunkt ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass nach der Eigenkalibrierung der Schaltzeitpunkt von Schalthandlung zu Schalthandlung um eine konstante Verzö gerungszeit verschoben wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass eine aus dem Leiter netz bereitgestellte oder dem Leiternetz synchrone Steuer spannung (U) für den Betrieb des Schaltgeräts (2) vorgesehen ist, und der optimierte Schaltzeitpunkt auf die Phasenlage der Steuerspannung (U) bezogen wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass der Stromverlauf in jedem der Leiter (L1L3) erfasst wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass zur Gewährleistung ei ner konstanten Schaltverzugszeit der Schaltantrieb (12) mit Gleichstrom betrieben wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h net, dass ein Wechselstrom des Leiternetzes oder ein dem Leiternetz synchroner Wechselstrom zur Erzeugung des Gleich stroms für den Schaltantrieb (12) gleichgerichtet wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche da durch gekennzeichnet, dass der Schaltantrieb (12) zur Gewährleistung einer konstanten Schaltverzugszeit gere gelt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h net, dass der Spulenstrom des als Magnetspule ausgebilde ten Schaltantriebs (12) auf einen konstanten Wert geregelt wird.
10. Elektromagnetisches Schaltgerät (2), insbesondere ein Schütz zum Schalten eines Drehstromverbrauchers (4), mit einem Schaltantrieb (12), der mit Schalteinheiten (6) verbunden ist, die jeweils einen Schaltkontakt (8) um fassen und die für jeweils einen der Leiter (L1 bis L3) eines Leiternetzes vorgesehen sind, einer konstanten Schaltverzugszeit zwischen ein an den Schaltantrieb (12) übermittelten Schaltimpuls (A) und dem Betätigen der Schalteinheiten (6) zumindest einem Strommessgerät (30) zur Erfassung des Stromverlaufs in zumindest einem der Leiter (L1), und mit einer Steuereinheit (16) zur Ermittlung eines optimier ten Schaltzeitpunkts in Abhängigkeit des Stromverlaufs und im Hinblick auf die Belastung eines der Schaltkon takte (8), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) ein Verzögerungsmodul (20) auf weist, durch das der Schaltzeitpunkt zwischen einzelnen Schalthandlungen um eine Verzögerungszeit verschiebbar ist.
11. Schaltgerät (2) nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n zeichnet, dass die Steuereinheit (16) zur automatischen Ermittlung eines optimierten Schaltzeitpunkts einen Spei cher (24) für die ermittelten Stromverläufe sowie einen Kom parator (26) zum Vergleich der ermittelten Stromverläufe um fasst.
12. Schaltgerät (2) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennz e ichn e t, dass die Verzögerungszeit konstant ist.
13. Schaltgerät (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltan trieb (12) intern für Gleichstrom ausgelegt ist.
14. Schaltgerät (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Regelkreis (12,13,14,18) zur Regelung des Schaltantriebs (12) und zur Gewährleistung der konstanten Schaltverzugszeit vorgesehen ist.
Description:
Beschreibung Verfahren zum Betrieb eines elektromagnetischen Schaltgeräts und elektromagnetisches Schaltgerät Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb ei- nes elektromagnetischen Schaltgeräts, insbesondere eines Schützes zum Schalten eines Drehstromverbrauches, bei dem an einen Schaltantrieb ein Schaltimpuls übermittelt wird, und nach Verstreichen einer konstanten Schaltverzugszeit Schalt- einheiten betätigt werden, die jeweils einen Schaltkontakt aufweisen und die jeweils für einen Leiter eines Leiternetzes vorgesehen sind, wobei der Stromverlauf in zumindest einem der Leiter gemessen und in Abhängigkeit des gemessenen Strom- verlaufs ein optimierter Schaltzeitpunkt im Hinblick auf die Belastung eines der Schaltkontakte ermittelt wird. Die Erfin- dung bezieht sich weiterhin auf ein elektromagnetisches Schaltgerät, welches insbesondere zur Durchführung eines sol- chen Verfahrens geeignet ist.

Ein elektromagnetisch betätigtes Schaltgerät, beispielsweise ein Schütz oder ein Relais, dessen Schaltkontakte oder Haupt- kontakte die Leiter insbesondere eines Drehstromsystems schalten, weist in der Praxis häufig eine unterschiedliche Abnutzung seiner Schaltkontakte auf. Dies führt zu einem Aus- fall des Schaltgeräts sobald einer der bei einem Drehstromsy- stem vorgesehenen drei Schaltkontakte funktionsunfähig wird.

Dies stellte eine erhebliche Einschränkung der Lebensdauer des Schaltgeräts dar. Denn die verbleibenden Schaltkontakte wären oftmals durchaus noch geraume Zeit funktionsfähig.

Dieser Effekt der unterschiedlichen Abnutzung der Schaltkon- takte, auch als Synchronisationseffekt bezeichnet, entsteht dadurch, dass die beim Schalten einem Abbrand unterworfenen Schaltkontakte zu statistisch nicht gleich verteilten Zeit- punkten geschaltet werden. Eine Ursache hierfür liegt bei- spielsweise in einer netzsynchronen Ansteuerung eines

Schaltantriebs, über den die Schaltkontakte betätigt werden.

Hierbei erfolgt die Betätigung der Schaltkontakte zu einem festen Schaltzeitpunkt bezüglich derjenigen Phase des Netzes, die für den Schaltantrieb verwendet wird. Da die Belastung der Schaltkontakte bei unterschiedlichen Phasenlagen sehr un- terschiedlich sein kann, führt dies zu unterschiedlichen Ab- bränden der einzelnen Schaltkontakte.

Ein Verfahren zum Betrieb eines elektromagnetischen Schaltge- räts gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE 41 05 698 C2 bekannt. Gemäß diesem Dokument werden die drei Phasen eines Drehstromnetzes bei einer Schalthandlung zu ei- nem günstigen Zeitpunkt bezogen auf die jeweilige Phasenlage der einzelnen Ströme geschaltet. Hierzu ist vorgesehen, dass die Phasenlage des Stroms in einer Bezugsphase gemessen und hieraus ein optimierter Schaltzeitpunkt mittels eines Prozes- sors abgeleitet wird. Um eine gleichmäßige Belastung der drei Schaltkontakte zu erzielen ist ein Schaltantrieb mit einem konstanten und gleichbleibenden Ein-und Ausschaltverzug vor- gesehen, so dass die Schaltkontakte zu einem günstigen Zeit- punkt schließen bzw. öffnen. Der unterschiedlichen Phasenlage der drei Phasen wird dadurch Rechnung getragen, dass zum Be- tätigen der Schaltkontakte geometrisch unterschiedlich ausge- staltete Schaltstücke vorgesehen sind. Sie weisen beispiels- weise einen unterschiedlichen Hub auf, so dass bei Betätigung des Schaltantriebs zuerst die erste Phase und nach einer be- stimmten Verzögerung die zweite Phase und nach einer weiteren bestimmten Verzögerung die dritte Phase geschaltet wird.

Gemäß der DE 41 05 698 C2 werden also ausgehend von der Er- mittlung eines optimierten Schaltzeitpunkts bezüglich einer Bezugsphase die weiteren Phasen mit Hilfe mechanischer Ele- mente verzögert geschalten, so dass auch diese zu einem gün- stigen Zeitpunkt schließen bzw. öffnen. Die Einstellung einer Verzögerungszeit mit mechanischen Mitteln ist jedoch kon- struktiv aufwendig und nur bedingt zuverlässig.

Aus der US 5,430,599 ist ein Schaltsystem zu entnehmen, wel- ches insbesondere für die Anwendung in der Starkstromtechnik vorgesehen ist, und welches Temperatureinflüsse aus der Umge- bung einer Schaltvorrichtung berücksichtigt. Um einen mög- lichst günstigen Schaltzeitpunkt bezüglich der Phasenlage zu erreichen, wird eine Schaltverzugszeit zwischen einem Schalt- impuls und dem tatsächlichen Öffnen bzw. Schließen eines Schaltkontakts ermittelt. Diese Schaltverzugszeit kann auf diesem Gebiet der Starkstromtechnik für die unterschiedlichen Phasen unterschiedliche Werte annehmen. Aufgrund der unter- schiedlichen Schaltverzugszeiten für die unterschiedlichen Phasen ist zur Erzielung eines möglichst günstigen Schalt- zeitpunkts vorgesehen, dass jede Phase separat geschalten wird. Dies hat den Nachteil, dass für jede Phase eine eigen- ständige Unterbrechereinheit vorgesehen sein muss, und dass für jede Phase ein günstiger Schaltzeitpunkt ermittelt werden muss.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Schaltge- rät einen gleichmäßigen Abbrand der unterschiedlichen Schalt- kontakte mit einfachen Mitteln zu ermöglichen.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Verfah- ren zum Betrieb eines elektromagnetisches Schaltgeräts, ins- besondere eines Schützes zum Schalten eines Drehstromverbrau- chers, wobei -an einen Schaltantrieb ein Schaltimpuls übermittelt wird, -nach Verstreichen einer konstanten Schaltverzugszeit Schalteinheiten betätigt werden, die jeweils einen Schaltkontakt aufweisen, und die jeweils für einen Lei- ter eines Leiternetzes vorgesehen sind der Stromverlauf in zumindest einem der Leiter gemessen wird, -in Abhängigkeit des gemessenen Stromverlaufs ein opti- mierter Schaltzeitpunkt im Hinblick auf die Belastung eines der Schaltkontakte ermittelt wird, und

-bei unterschiedlichen Schalthandlungen unterschiedliche Schaltzeitpunkte für eine gleichmäßige Belastung der je- weiligen Schaltkontakte gewählt werden.

Der gleichmäßige Abbrand oder die gleichmäßige Belastung der unterschiedlichen Schaltkontakte über die Lebensdauer des Schaltgeräts wird also dadurch erreicht, dass bei jeweils ei- ner Schalthandlung jeweils eine Phase zu einem optimierten Zeitpunkt geschalten wird, und dass bei unterschiedlichen Schalthandlungen unterschiedliche Phasen zu einem optimierten Zeitpunkt geschalten werden. Eine wichtige Voraussetzung hierfür ist in der konstanten Schaltverzugszeit zu sehen, die ein definiertes Schalten der Schaltkontakte zu einem ge- wünschen Zeitpunkt ermöglicht. Je nachdem welche Phase opti- miert geschaltet werden soll, wird zusätzlich zu der konstan- ten Schaltverzugszeit eine von Schalthandlung zu Schalthand- lung unterschiedliche Verzögerungszeit hinzugefügt.

Durch diese Maßnahme des wechselweisen Schaltens der einzel- nen Phasen zu optimierten Schaltzeitpunkten wird ein gleich- mäßiger Abbrand aller Schaltkontakte über die Lebensdauer des Schaltgeräts hinweg mit einfachen Mitteln ermöglicht. Eine aufwendige mechanische Einstellung von unterschiedlichen Ver- zögerungszeiten für die verschiedenen Phasen oder unabhängig voneinander ansteuerbare Schaltmechanismen für die einzelnen Phasen sind nicht notwendig.

In einer besonders zweckdienlichen Ausbildung kalibriert sich das Schaltgerät automatisch auf einen optimierten Schaltzeit- punkt, indem bei den ersten Schalthandlungen des Schaltgeräts der Schaltzeitpunkt verändert, der zu dem jeweiligen Schalt- zeitpunkt gehörige Stromverlauf erfasst und aus einem Ver- gleich der erfassten Stromverläufe der optimierte Schaltzeit- punkt ermittelt wird.. Bei der Ermittlung des Stromverlaufs wird hierbei bevorzugt sowohl die Phasenlage des Stroms als auch die Stromstärke ermittelt.

Mit der automatischen Kalibrierung ist ein aufwendiges Ein- stellen eines optimierten Schaltzeitpunkts nicht notwendig.

Vielmehr erkennt das Schaltgerät selbst den günstigsten Schaltzeitpunkt. Dabei fließen automatisch die speziellen Ei- genschaften des Lastkreises ein, welcher mit dem Schaltgerät geschaltet wird. Die Parameter des Lastkreises müssen demnach nicht explizit bekannt sein. Vielmehr erkennt das Schaltgerät anhand des gemessenen Stromverlaufs selbst, wann ein günsti- ger Schaltzeitpunkt vorliegt. Es ist daher für die Funktion des Schaltgeräts unerheblich, ob das Schaltgerät zum Schalten einer kapazitiven, induktiven oder ohmschen Last vorgesehen ist. Die automatische Kalibrierung ist insbesondere auch dann von entscheidendem Vorteil, wenn an dem Lastkreis Modifika- tionen vorgenommen werden. Diese werden ebenfalls automatisch erfasst.

Vorzugsweise wird nach der Eigenkalibrierung der Schaltzeit- punkt von Schalthandlung zu Schalthandlung um eine konstante Verzögerungszeit verschoben, die insbesondere einer Strom- Phasendifferenz von 120° in den Leitern eines Drehstromnetzes entspricht. Damit wird in einfacher. Weise gewährleistet, dass die unterschiedlichen Leiter/Phasen abwechselnd zu einem gün- stigen Zeitpunkt geschalten werden.

Vorzugsweise ist für den Betrieb des Schaltgeräts eine aus dem Leiternetz bereitgestellte oder dem Leiternetz synchrone Steuerspannung vorgesehen, wobei der Schaltzeitpunkt auf die Phasenlage der Steuerspannung bezogen wird. Die Steuerspan- nung bietet damit eine gute Referenzmöglichkeit zur Bestim- mung des Schaltzeitpunkts.

Vorteilhafterweise wird der Stromverlauf in jedem der einzel- nen Leiter erfasst, um zu ermöglichen, dass für jede Phase ein optimierter Schaltzeitpunkt ermittelt und ggf. die Verzö- gerungszeit entsprechend eingestellt wird.

Zur Gewährleistung einer konstanten Schaltverzugszeit wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Schaltantrieb in- tern mit Gleichstrom betrieben. Dabei kann er extern mit Gleich-oder Wechselspannung angesteuert werden. Bei intern wechselstrombetriebenen Schaltantrieben besteht generell das Problem, dass die Schalthandlung nur zu bestimmten Phasenla- gen der Steuerspannung vorgenommen wird. Selbst bei einer statistisch gleichmäßigen Verteilung über die Phasenlagen der Steuerspannung für den Schaltantrieb kommt es daher zu einer Häufung der Schalthandlungen bei bestimmten Phasenlagen. Die- se Synchronisation bewirkt, dass bei wechselstromangetrie- benen Schaltantrieben in der Regel kein konstanter Schaltver- zug möglich ist, und dass damit ein gleichmäßiger Abbrand der Schaltkontakte kaum erreichbar ist.

Vorzugsweise wird der Wechselstrom einer Phase des Leiternet- zes, die insbesondere auch die Steuerspannung für das Schalt- gerät bereitstellt, oder ein dem Leiternetz synchroner Wech- selstrom zur Erzeugung des Gleichstroms für den Schaltantrieb gleichgerichtet.

Zur Gewährleistung einer konstanten Schaltverzugszeit wird zudem in einer bevorzugten Ausführung der Schaltantrieb ins- besondere elektronisch geregelt. Die Schaltverzugszeit wird damit also durch einen Regelkreis permanent überwacht und eingestellt. Damit ist ein geeigneter Schaltverzug über die gesamte Lebensdauer selbst bei Alterungserscheinungen gewähr- leistet.

Vorzugsweise wird hierbei der Spulenstrom für eine Magnet- spule des Schaltantriebs auf einen konstanten Wert geregelt.

In weiteren bevorzugten Alternativen kann die Geschwindigkeit des Schaltvorgangs, also die des Schaltantriebs, oder der Ma- gnetfluss in der Spule geregelt werden. Im Hinblick auf die Geschwindigkeit des Schaltvorgangs ist eine kleine Geschwin-

digkeit von Vorteil, um ein günstiges Prellverhalten beim Be- tätigen der Schaltkontakte zu erzielen.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung weiterhin gelöst durch ein elektromagnetisches Schaltgerät, insbesondere ein Schütz zum Schalten eines Drehstromverbrauchers, mit -einem Schaltantrieb, der mit Schalteinheiten verbunden ist, die jeweils einen Schaltkontakt umfassen und die für jeweils einen der Leiter eines Leiternetzes vorgese- hen sind, -einer konstanten Schaltverzugszeit zwischen einen an den Schaltantrieb übermittelten Schaltimpuls und dem Betäti- gen der Schalteinheiten, also dem Schließ-bzw. Öff- nungszeitpunkt der jeweiligen Schaltkontakte, -zumindest einem Strommessgerät zur Erfassung des Strom- verlaufs in zumindest einem der Leiter, und mit -einer Steuereinheit zur Ermittlung eines optimierten Schaltzeitpunkts in Abhängigkeit des Stromverlaufs und im Hinblick auf die Belastung eines der Schaltkontakte, und mit -einem Verzögerungsmodul, durch das der Schaltzeitpunkt zwischen einzelnen Schalthandlungen um eine Verzöge- rungszeit verschiebbar ist.

Ein derartiges Schaltgerät dient insbesondere zur Durchfüh- rung des beschriebenen Verfahrens. Die im Hinblick auf das Verfahren angeführten bevorzugten Ausführungsformen und Vor- teile sind sinngemäß auf das Schaltgerät zu übertragen. Be- sonders bevorzugte Ausführungsformen des Schaltgeräts sind in den Unteransprüchen niedergelegt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeich- nung näher erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung ist eine stark vereinfachte Blockbilddarstellung eines an einem Leiternetz angeschlossenen Schaltgeräts.

Gemäß der Figur ist ein Schaltgerät 2 zum Schalten der Pha- sen-Leiter L1 bis L3 eines Leiternetzes vorgesehen. Die Lei- ter L1 bis L3 sind insbesondere Teil eines Drehstromsystems und versorgen eine Last 4. Das Schaltgerät 2 ist als elektro- magnetisches Schaltgerät und insbesondere als Schütz ausge- bildet.

Zum Schalten der Leiter Li bis L3 weist das Schaltgerät 2 für jede der Phasen eine Schalteinheit 6 mit einem jeweiligen Schaltkontakt 8 auf. Die Schaltkontakte 8 sind über eine Schaltmechanik 10 mit einem gemeinsamen Schaltantrieb 12 ver- bunden. Der Schaltantrieb 12 ist insbesondere als Magnetspule ausgebildet. Zum Schaltantrieb 12 zugehörig ist eine Mess- einrichtung 13 für eine Regelgröße.

Die Schalteinheit 12 steht mit einer Leistungsstufe 14 einer Steuereinheit 16 in Verbindung. Die Steuereinheit 16 weist darüber hinaus einen Regler 18, ein Verzögerungsmodul 20 so- wie eine Auswerteeinheit 22 auf, die zur Ermittlung eines günstigen Schaltzeitpunkts dient. Die Auswerteeinheit 22 um- fasst einen Speicher 24 sowie einen Komparator 26, die zum Datenaustausch miteinander verbunden sind. Die Auswerteein- heit 22 ist über Datenleitungen 28 jeweils mit den jeweiligen Leiter Ll bis L3 zugeordneten Strommessgeräten 30 verbunden.

Vom Leiter L1 des Leiternetzes greift im Ausführungsbeispiel ein Gleichrichter 34 den Wechselstrom ab, richtet ihn gleich und versorgt die Steuereinheit 16 mit Gleichstrom. Der Wech- selstrom kann alternativ auch von einer zu einer der Phasen L1 bis L3 des Leiternetzes synchronen Spannungsquelle abge- griffen werden. Der Schaltantrieb 12 wird von der Steuerein- heit 16 über die Leistungsstufe 14 mit Gleichstrom versorgt.

Der gleichstrombetriebene Schaltantrieb 12 ist wesentlich für eine konstante Schaltverzugszeit. Unter Schaltverzugszeit wird hierbei die Zeit verstanden, die von der Übermittlung eines Schaltimpulses A an den Schaltantrieb 12 bis zum Schließen bzw. Öffnen der Schaltkontakte 8 verstreicht.

Die Wechselspannung des Leiters L1 wird als Steuerspannung U für die Steuereinheit 16 herangezogen. Sie wird an die Aus- werteeinheit 22 übermittelt, um ihre Phasenlage auszuwerten und als Referenzphasenlage zu verwenden.

Beim Betrieb des Schaltgeräts 2 wird bei einem Schaltbefehl, also sowohl beim Einschalten als auch beim Ausschalten der Last 4, von der Auswerteeinheit 22 in Abhängigkeit der Steu- erspannung U ein nächster Schaltzeitpunkt ermittelt, der für das Schalten einer der Schalteinheiten 6 möglichst günstig ist. Beispielsweise ermittelt die Auswerteeinheit 22 einen optimierten Schaltzeitpunkt für den Leiter L1, von dem die Steuerspannung U abgegriffen wird.

Bei der Ermittlung des optimierten Schaltzeitpunkts wird die Schaltverzugszeit berücksichtigt. Nach der Ermittlung gibt die Auswerteeinheit 22 ein Schaltsignal S an das Verzöge- rungsmodul 20 weiter. Dort wird das Schaltsignal S ggf. um eine Verzögerungszeit zurückgehalten, bis es an die Lei- stungsstufe 14 übermittelt wird. Von dort wird als Schaltim- puls A ein Steuerstrom an den Schaltantrieb 12 weitergelei- tet. Daraufhin betätigt der Schaltantrieb 12 über die Schalt- mechanik 10 die Schaltkontakte 8 gleichzeitig. Die Schaltkon- takte 8 schließen bzw. öffnen also zum gleichen Zeitpunkt.

Die Ermittlung des optimierten Schaltzeitpunkts in der Aus- werteeinheit 22 richtet sich danach, zu welchem Zeitpunkt be- zogen auf die Phasenlage der Steuerspannung U die Belastung beim Schaltvorgang für den dem Leiter L1 zugeordneten Schalt- kontakt 8 am günstigsten ist. Unter günstig ist hierbei ein möglichst geringer Abbrand zu verstehen, so dass eine lange Lebensdauer des Schaltkontakts 8 erzielt wird. Ein wesentli- ches Kriterium für die Ermittlung des günstigen Schaltzeit- punkts ist z. B. der beim Einschalten fließende Strom durch den Leiter L1. Bei einem hohen Stromdurchfluss beim Einschal-

ten sind die Belastungen für den Schaltkontakt 8 um ein Viel- faches höher als bei geringen Strömen.

In Abhängigkeit der Art der Last 4, ob es sich um eine kapa- zitive, eine induktive oder eine ohmsche Last 4 handelt, kann unter Umständen die Phasenbeziehung zwischen der Steuerspan- nung U und dem durch den Leiter L1 fließenden Strom I1 kon- stant sein. Bei bekannter Phasenlage der Steuerspannung U kann daher prinzipiell auf die entsprechende Phasenlage des Stroms I1 geschlossen werden und somit der optimierte Schalt- zeitpunkt im Hinblick auf eine günstige Phasenlage des Stroms I1 ermittelt werden. Falls die Last ausgeschaltet werden soll, besteht die Möglichkeit, die Phasenlage des Stroms I1 direkt über das zugeordnete Strommessgerät 30 zu erfassen, da in diesem Fall über das Strommessgerät ein Strom fließt. Die Strommessgeräte 30 erfassen im Allgemeinen sowohl die Phasen- lage der Ströme I1 bis I3 sowie die zugehörigen Stromstärken.

Die Bestimmung des optimierten Schaltzeitpunkts erfolgt bei dem Schaltgerät 2 automatisch. Bei den ersten Schalthandlun- gen wird eine Eigenkalibrierung vorgenommen. Denn beim erst- maligen Schalten ist der Zusammenhang zwischen der Phasenlage der Steuerspannung und des Stroms Il beim Ein-und Ausschal- ten in aller Regel nicht exakt bekannt oder müsste zumindest aufwendig bestimmt werden.

Zur automatischen Kalibrierung wird daher bei den ersten Schalthandlungen von der Auswerteeinheit 22 zunächst zu be- liebigen Schaltzeitpunkten ein Schaltsignal S abgegeben und unverzögert an den Schaltantrieb 12 als Schaltimpuls I wei- tergeleitet. Der beim Schalten fließende Strom I1 bis I3 in den einzelnen Leitern L1 bis L3 wird von den Strommessgeräten 30 erfasst und an den Speicher 24 übermittelt. Bei der nach- sten Schalthandlung wird das Schaltsignal S bezogen auf die Phasenlage der Steuerspannung U zu einem veränderten Zeit- punkt abgegeben und es werden erneut die Ströme I1 bis 13 im Speicher 24 abgespeichert. Dies erfolgt über mehrere Schalt-

handlungen hinweg, wobei jedesmal das Schaltsignal S zu den vorhergehenden Schaltsignalen um einen bestimmten Wert bezo- gen auf die Phasenlage der Steuerspannung U versetzt abgege- ben wird. Die abgespeicherten Stromdaten werden im Komparator 26 miteinander verglichen und aus dem Vergleich wird der bestmögliche Schaltzeitpunkt bezogen auf die Phasenlage der Steuerspannung U ermittelt. Als Indiz hierfür wird beispiels- weise für den Einschaltvorgang das Minimum des beim Schalten auftretenden Stroms herangezogen. Da lediglich die gemessene Stromstärke im Hinblick auf die Belastung der Schaltkontakte 8 von Interesse ist, ist eine tatsächliche Ermittlung der Phasenbeziehung zwischen der Steuerspannung U und dem Strom Il nicht zwingend erforderlich.

Da sich für den Einschaltvorgang und den Ausschaltvorgang un- terschiedliche Kriterien für günstige Schaltzeitpunkte erge- ben, wird diese Eigenkalibrierung für den Einschaltvorgang und den Ausschaltvorgang vorzugsweise getrennt vorgenommen.

Beim Ausschaltvorgang kann als Referenzphasenlage für die Ka- librierung auch eine der drei Stromphasenlagen herangezogen werden.

Der Vorteil dieser Eigenkalibrierung ist darin zu sehen, dass die spezifischen Eigenschaften der Last 4 nicht bekannt sein müssen, um den bestmöglichsten Schaltzeitpunkt zu ermitteln.

Weiterhin kann diese Eigenkalibrierung zur Überprüfung des optimierten Schaltzeitpunkts immer wieder ohne größeren Auf- wand von Neuem vorgenommen werden. Dadurch werden Alterungs- erscheinungen oder sonstige Effekte, wie beispielsweise Ände- rungen auf der Lastseite 4, automatisch erfasst.

Sobald die Eigenkalibrierung durchgeführt ist, ist die Steu- ereinheit 16 in der Lage, einen optimierten Schaltzeitpunkt bei Auftreten eines Schaltbefehls zu ermitteln. Um nun für einen gleichmäßigen Abbrand der drei Schaltkontakte 8 zu sor- gen, wird das Schaltsignal S von Schalthandlung zu Schalt- handlung durch das Verzögerungsmodul 20 um eine bestimmte

Zeit verzögert, so dass bei unterschiedlichen Schalthandlun- gen jeweils einer der Schaltkontakte 8 zu einem optimierten Schaltzeitpunkt geschaltet wird. Durch das Verzögerungsmo- dul 20 wird also erreicht, dass im Mittel jeder der Schalt- kontakte 8 gleich oft zu einem günstigen Schaltzeitpunkt ge- schaltet wird. Im einfachsten Fall wird hierbei von dem Ver- zögerungsmodul eine Verzögerungszeit entsprechend einer 120°- Phasenverschiebung des Stroms bei aufeinanderfolgenden Schalthandlungen eingebaut, sofern es sich um ein Drehstrom- system mit einer konstanten Phasenbeziehung von 120° zwischen den Stromphasen der einzelnen Leiter L1 bis L3 handelt.

Ein wesentlicher Punkt bei der Gewährleistung eines gleich- Sigen Abbrands aller drei Schaltkontakte 8 ist in der kon- stanten Schaltverzugszeit zu sehen. Es ist daher wesentlich, dass der Schaltverzug konstant gehalten wird. Hierzu ist bei dem Schaltgerät 2 zum einen vorgesehen, dass der Schaltan- trieb 12 mit Gleichstrom betrieben wird. Denn bei wechsel- strombetriebenen Schaltantrieben in Form von Magnetspulen va- riiert die Schaltverzugszeit mitunter stark in Abhängigkeit der Phasenlage und dem Spannungswert der Ansteuerspannung für den Schaltantrieb 12.

Als weitere Maßnahme zur Gewährleistung einer konstanten Schaltverzugszeit ist zudem ein Regelkreis vorgesehen, der neben dem Regler 18 die Leistungsstufe 14, den Schaltan- trieb 12 und die Messeinrichtung 13 für die Regelgröße um- fasst. Von der Messeinrichtung 13 wird die Regelgröße, bei- spielsweise der Spulenstrom, erfasst und an den Regler 18 übermittelt. Der Regler 18 vergleicht den gemessenen Spulen- strom mit einem Sollwert und gibt bei Abweichung vom Sollwert einen entsprechenden Regelimpuls an die Leistungsstufe 14 ab, um den Steuerstrom für den Schaltantrieb 12 derart zu ver- ändern, dass der über die Messeinrichtung 13 gemessene Spu- lenstrom den vorgegebenen Sollwert erreicht. Alternativ zu dem Spulenstrom können beispielsweise auch Parameter wie der Magnetfluss oder die Schaltgeschwindigkeit der Schaltkontakte

8 herangezogen werden. Die Schaltgeschwindigkeit lässt sich beispielsweise aus der Bewegung der Schaltmechanik 10 ablei- ten. Dabei ist eine geringe Schaltgeschwindigkeit der Schalt- kontakte von Vorteil, um beim Schließen der Schaltkontakte 8 ein zu starkes sogenanntes Prellen zu verhindern.

Die Funktionen des Reglers 18, des Verzögerungsmoduls 20 so- wie der Auswerteeinheit 22 sind vorzugsweise in einem Mikro- prozessor integriert.