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Title:
METHOD AND DEVICE FOR REDUCING THE CONTACT EROSION OF A SWITCHGEAR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2002/033716
Kind Code:
A1
Abstract:
In order to reduce the contact erosion of a switchgear (1), in particular a breaker, a switching command (ES) is delayed until the command angle ($g(C)¿K$g(n)?), related to the phase angle ($g(C)) of the control voltage (U¿S?) of a magnetic system (4) coupled to the main contacts (K1, K2, K3) of the switchgear, is reached, which is associated with the main contact (K1, K2, K3) that currently has the greatest erosion. A number of evaluation units (A¿Ln?) for determining the contact erosion ($g(D)m¿n?), a memory unit (10) for determined command angle ($g(C)¿K$g(n)?) and a phase comparator are provided, which, by means of a comparison of the preferred command angle ($g(C)¿K$g(n)?) with the phase angle ($g(C)) of the determined control voltage (U¿S?), generates an impulse (S) for starting the switch process.

Inventors:
ELSNER NORBERT (DE)
GRIEPENTROG GERD (DE)
MAIER REINHARD (DE)
RUNGGALDIER DIETHARD (DE)
STREICH BERNHARD (DE)
Application Number:
PCT/DE2001/003814
Publication Date:
April 25, 2002
Filing Date:
October 04, 2001
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
ELSNER NORBERT (DE)
GRIEPENTROG GERD (DE)
MAIER REINHARD (DE)
RUNGGALDIER DIETHARD (DE)
STREICH BERNHARD (DE)
International Classes:
H01H9/54; H01H1/00; H01H9/56; H01H11/00; (IPC1-7): H01H9/56
Foreign References:
US5440180A1995-08-08
DE4434074A11996-03-28
EP0694937A21996-01-31
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Postfach 22 16 34 München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zur Reduzierung des Kontaktabbrandes eines Schaltgerätes (1), bei dem ein zum elektromagnetischen Be tätigen dessen Hauptkontakte (Kl bis K3) anstehender Ein schaltbefehl (ES) zur Einleitung eines Schaltvorgangs bis zum Erreichen desjenigen auf den Phasenwinkel (T) der Steuer spannung (Us) eines mit den Hauptkontakten (Kl bis K3) gekop pelten Magnetsystems (4) bezogenen Kommandowinkels (? KV) ver zögert wird, der dem Hauptkontakt (K1, K2, K3) mit dem aktuell stärksten Abbrand zugeordnet ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der aktuelle Abbrand jedes Hauptkontaktes (Kl, K2, K3) durch eine Zeitintervallmes sung während eines Ausschaltvorgangs bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem als Zeitintervall die Zeitspanne zwischen einer Trennung eines zur elektromagneti schen Betätigung der Hauptkontakte (K1, K2, K3) dienenden Mag netsystems (4) und der Trennung der Hauptkontakte (K1, K2, K3) erfasst wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem bei Übereinstimmung des dem Hauptkontakt (K1, K2, K3) mit dem aktu ell stärksten Abbrand zugeordneten Kommandowinkels (tKV) mit dem Phasenwinkel (T) der kontinuierlich erfaßten Steuerspan nung (Us) des Magnetsystems (4) ein Impuls (S) zur Einleitung des Schaltvorgangs erzeugt wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer Anzahl von Auswertegliedern (ALn) zur Bestimmung des Abbrandes jedes Hauptkontaktes (Kl, K2, K3) des Schalt gerätes, mit einem Speicherbaustein (10), in dem ein Anzahl von auf den Phasenwinkel (T) einer Steuerspannung (U,) für ein Magnetsystem (4) des Schaltgerätes (1) bezogenen Kommando winkeln (TKV) hinterlegt ist, und mit einem Phasenkomparator (10), der anhand eines Ver gleichs des dem Hauptkontakt (Kl, K2, K3) mit dem aktuell stärksten Abbrand zugeordneten Kommandowinkels (TKv) mit dem Phasenwinkel (T) der erfaßten Steuerspannung (Us) des Magnetsystems (4) einen Impuls (S) zur Einleitung des Schaltvorgangs erzeugt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, mit einer dem Phasenkompara tor (11) nachgeschalteten Kippstufe (13), die mit dem vom Phasenkomparator (11) erzeugten Impuls (S) den Einschaltbe fehl (ES) an einen in einer Steuerleitung (5) des Magnetsys tems (4) angeordneten Schalter (6) übergibt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Phasenkompa rator (10) zur Ermittlung des Phasenwinkels (T) der kontinu ierlich erfassten Steuerspannung (Us) mit einem an eine der Phasen (L1, L2, L3) eines Drehstromnetzes angeschlossenen Pha senausgang (2) des Schaltgerätes (1) verbunden ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei der je des Auswerteglied (ALn) einerseits über eine Messleitung (7) zur Erfassung der Spannung (Un) über dem jeweiligen Hauptkon takt (Kl, K2, K3) und andererseits mit einer Messleitung (8) zur Erfassung der Steuerspannung (Us) des Magnetsystems (4) verbunden ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, mit einem mit den Auswertegliedern (ALn) verbundenen Funktionsbaustein (9) zur Ermittlung des Hauptkontaktes (Kl, K2, K3) mit dem ak tuell stärksten Abbrand.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Impulsfolge (T/2) des vom Phasenkomparator (11) erzeugten Im pulses (S) einer halben Netzperiode entspricht.
Description:
Beschreibung Verfahren und Vorrichtung zur Reduzierung des Kontaktabbran- des eines Schaltgerätes Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reduzierung des Kontaktabbrandes eines Schaltgerätes, insbesondere eines Schütz. Sie bezieht sich weiter auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei einem mit Wechselstrom angesteuerten und elektromagne- tisch betätigten Schaltgerät, dessen nachfolgend als Haupt- kontakte bezeichneten Hauptkontaktanordnungen ein Drehstrom- system schalten, besteht das Bestreben, durch geeignete Be- triebsführung den Kontaktabbrand zu reduzieren und damit die Funktionsdauer des Schaltgerätes zu erhöhen. So kann durch Vermeidung des sogenannten Schaltsynchronisationseffektes ein gleichmäßiger Abbrand in den üblicherweise drei Hauptkontak- ten erreicht werden, wodurch die Funktionsdauer erhöht wird.

Dazu ist bereits die Beschaltung der Schaltgeräte-bzw.

Schützspule mit einer Kapazität vorgeschlagen worden. Darüber hinaus kann eine angestrebte Vergleichmäßigung des Kontakt- abbrandes durch Vermeidung der sogenannten Autosynchronisa- tion des Schaltgerätes erhöht werden. Dazu können beispiels- weise Schaltbefehle nach bestimmten Methoden derart verzögert werden, dass eine gleichmäßige Verteilung der Schaltwinkel hervorgerufen wird.

Um sowohl den Autosynchronisationseffekt als auch den z. B. durch Fertigungstoleranzen hervorgerufen mechanischen Syn- chronisationseffekt auszugleichen, könnte durch geeignete Wahl des Schaltzeitpunktes die vom aktuellen Abbrand am stärksten betroffene Hauptkontaktanordnung bezüglich des Ab- brandes entlastet werden. Dadurch würden die beiden anderen Hauptkontaktanordnungen stärker belastet, wodurch ebenfalls eine Nivellierung herbeigeführt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Reduzierung des Kontaktabbrandes eines Schaltgerätes, insbe- sondere eines Schützes, anzugeben, mit dem einerseits ein, insbesondere durch den Schaltsynchronismus hervorgerufener, divergierender Abbrand der Hauptkontakte und andererseits der summarische Abbrand aller drei Hauptkontaktanordnungen des Schaltgerätes reduziert wird. Des Weiteren soll eine zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung angegeben werden.

Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1. Dazu wird bei ei- nem Schaltgerät nach Erhalt eines Einschaltbefehles dieser bis zum Erreichen eines bevorzugten Phasen-oder Kommando- winkels verzögert, der demjenigen Hauptkontakt mit dem aktu- ell stärksten Abbrand zugeordnet ist. Der Kommando-oder Ein- schaltkommandowinkel ist dabei ein bestimmter, auf die Pha- senlage der Steuer-oder Spulenspannung zum elektromagneti- schen Betätigen der Hauptkontakte bezogener Zeitpunkt. Der Einschaltkommandowinkel berücksichtigt dabei die von diesem abhängige Kontaktschließzeit zwischen dem Anlegen der Spulen- oder Steuerspannung des mit den Hauptkontakten gekoppelten Magnetsystems des Schaltgerätes und der Berührung der Kon- taktelemente der jeweiligen Hauptkontakte.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass in je- der halben Netzperiode drei bevorzugte Zeitpunkte oder Kom- mandowinkel existieren, zu denen ein Schaltvorgang einen im statistischen Mittel geringeren summarischen Abbrand aller drei Hauptkontakte verursacht als ein beliebiger anderer Zeitpunkt oder ein beliebiger anderer gleich verteilter Kom- mandowinkel. Dabei kann jedem der bevorzugten Zeitpunkte oder Kommandowinkel genau ein Hauptkontakt zugeordnet werden, der einem zu diesem Zeitpunkt bzw. zu diesem Kommandowinkel ein- geleiteten Schaltvorgang im statistischen Mittel einen gegen- über den anderen beiden Hauptkontakten geringeren Abbrand aufweist. Diese Zuordnung zwischen den bevorzugten Zeitpunk-

ten oder Kommandowinkeln und den Hauptkontakten ist einein- deutig, so dass jedem Hauptkontakt oder jeder Hauptkontakt- anordnung auch exakt ein bevorzugter Kommandowinkel zugeord- net ist. Jedem bevorzugten Kommandowinkel sind dabei zwei we- sentliche Eigenschaften, nämlich einerseits ein minimaler Ab- brand für einen bestimmten Hauptkontakt. Andererseits ist bei Wahl dieses bevorzugten und nur einem der Hauptkontakte zuge- ordneten Kommandowinkels für alle Hauptkontakte der Abbrand im statistischen Mittel kleiner als bei einem beliebigen anderen Kommandowinkel.

Die Verzögerung kann beispielsweise durch ein diskret reali- siertes Verzögerungsglied oder durch einen Mikrokontroller bewerkstelligt werden. Da insgesamt drei bevorzugte Komman- dowinkel oder Zeitpunkte für jede halbe Netzperiode existie- ren, beträgt die Verzögerung höchstens 180°, was bei einer Netzfrequenz von 50 Hz einer Verzögerungszeit von 10 ms ent- spricht. Auf diese Weise ist einerseits die Vermeidung jeg- licher Schaltsynchronisation sichergestellt. Andererseits wird eine Reduzierung des kumulierten Kontaktabbrandes in al- len drei Hauptkontakten oder Hauptkontaktanordnungen er- reicht.

Der aktuelle Abbrand der drei Hauptkontakte wird vorzugsweise durch eine Zeitintervallmessung während des Ausschaltvorgangs bestimmt. Hierbei wird die Zeitspanne zwischen einer Trennung des zur elektromagnetischen Betätigung der Hauptkontakte vor- gesehenen Magnetsystems und der Trennung der Hauptkontakte erfasst. Die Trennung des Magnetsystems kann hierbei durch einen charakteristischen Spannungsimpuls an der zugeordneten Magnetspule detektiert werden. Die Trennung der Hauptkontakte resultiert ebenfalls in einem Spannungsimpuls, dessen Höhe mindestens der Anoden-Kathoden-Spannung eines entstehenden Lichtbogens entspricht. Eine derartige Zeitintervallmessung ist beispielsweise beschrieben in der DE 196 03 310 AI und der DE 196 03 319 A1. Die Zeitintervallmessung nutzt die Er- kenntnis, dass sich der Abbrand der Hauptkontakte primär in

einer Verringerung der Dicke der Kontaktauflage und damit in einem verkürzten Weg äußert.

Bezüglich der Vorrichtung wird die genannte Aufgabe erfin- dungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruches 5. Vor- teilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der auf diesen rückbezogenen Unteransprüche.

So umfasst die Vorrichtung eine Anzahl von Auswertegliedern zur Bestimmung des Abbrandes jedes Hauptkontaktes des Schalt- gerätes. Dazu führt jedes Auswerteglied anhand der Spannung über dem jeweiligen Hauptkontakt und der Spannung der Magnet- spule des Magnetsystems eine Zeitintervallmessung durch. Die drei bevorzugten Kommandowinkel, die den drei Phasen des Drehstromnetzes zugeordnete Phasenwinkel der Spulen-oder Steuerspannung für das Magnetsystem des Schaltgerätes sind, sind zweckmäßigerweise als Tabelle in einem Speicherbaustein hinterlegt.

Ein Phasenkomparator erzeugt anhand eines Vergleichs des dem Hauptkontakt mit dem aktuell stärksten Abbrand zugeordneten Kommando-oder Phasenwinkels mit dem Phasenwinkel der aktuell erfaßten Steuerspannung des Magnetsystems einen Impuls zur Einleitung des Schaltvorgangs. Dabei entspricht die Impuls- folge des erzeugten Impulses zweckmäßigerweise einer halben Netzperiode. Eine dem Phasenkomparator nachgeschaltete Kipp- stufe, vorzugsweise ein Flipflop, übergibt mit dem vom Pha- senkomparator erzeugten Impuls den Einschaltbefehl an einen Schalter zum Anlegen der Steuer-oder Spulenspannung an das Magnetsystem. Zur Ermittlung des Phasenwinkels der vorzugs- weise kontinuierlich erfassten Steuerspannung ist der Phasen- komparator mit einem Phasenausgang des Schaltgerätes verbun- den, an den eine der Phasen des Drehstromnetzes angeschlossen ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbeson- dere darin, dass durch Verzögerung und damit durch gezielte

Beeinflussung des Einschaltvorgangs eines mit Wechselstrom angesteuerten, elektromagnetisch betätigten Schaltgerätes, insbesondere eines Schützes, unter Nutzung dessen spezifi- scher Eigenschaften einerseits der Synchronisationseffekt vermieden und andererseits der Abbrand der Hauptkontakte ins- gesamt reduziert wird. Dabei wird eine Veränderung sowohl des durch die Hauptkontakte zu schaltenden Hauptstromkreises als auch des Schaltgerätes selbst vermieden.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen : FIG 1 ein Prinzipschaltbild eines Schaltgerätes mit einer Anordnung zur Reduzierung des Kontaktabbrandes, FIG 2 in einem Winkel/Zeit-Diagramm die vom Einschalt- kommandowinkel abhängige Schließzeit, FIG 3 in einem Winkel/Geschwindigkeits-Diagramm die vom Einschaltkommandowinkel abhängige Schließgeschwin- digkeit, FIG 4 in einem Winkel/Zeit-Diagramm die vom Einschalt- kommandowinkel abhängige Abhebedauer von Hauptkon- takten des Schaltgerätes, FIG 5 in einem Winkel/Winkel-Diagramm die vom Einschalt- kommandowinkel abhängigen Schließwinkel der Haupt- kontakte, und FIG 6 in einem weiteren Diagramm die vom Einschaltkomman- dowinkel abhängige relative Prellladung.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

FIG 1 zeigt ein Schütz als Schaltgerät 1 mit drei nachfolgend als Hauptkontakte K1 bis K3 bezeichneten Hauptkontaktanord- nungen, deren unbeweglichen Kontaktelemente Kla, K2a bzw. K3a einerseits mit Phasenanschlüssen 2 eines Drehstromnetzes L1, L2, L3, N und andererseits mit einer Last 3 verbunden sind.

Die beweglichen Kontaktelemente Klb, K2b und K3b der Hauptkon-

takte K1 bis K3 werden von einem gemeinsamen Magnetsystem mit einer Magnetspule 4 betätigt. Die Magnetspule 4, mit der die Hauptkontakte Kl bis K3 mechanisch gekoppelt sind, ist über eine Steuerleitung 5 einerseits mit dem Phasenanschluss 2 des Phasenleiters L3 und andererseits mit dem Anschluss 2 des Neutralleiters N verbunden. In der Steuerleitung 5 liegt ein Schalter 6 zum Ansteuern der Magnetspule 4 und somit zum Betätigen, d. h. zum Ein-und Ausschalten des Magnetsystems des Schaltgerätes 1.

Jedem Hauptkontakt Kl bis K3 ist ein Auswerteglied AL3, AL2, AL zur Ermittlung des Kontaktabbrandes des jeweiligen Hauptkon- taktes Kl bis K3 zugeordnet. Jedem dieser Auswerteglieder AL3, AL2, ALl wird einerseits über eine Messleitung 7 die Span- nung U1, U2, U3 über dem jeweiligen Hauptkontakt Kl bis K3 und andererseits über Messleitungen 8 die Steuer-oder Spulen- spannung Us an der Magnetspule 4 zugeführt. Anhand dieser Spannungen Us, U2, U3 und Us führen die Auswerteglieder AL3, AL2, AL1 eine Zeitintervallmessung durch und bestimmen damit die aktuellen Abbrandwerte Aml, Am2, Am3 der Hauptkontakte K1 bis K3, d. h. die jeweilige Dicke der verbleibenden Kontaktauf- lagen der Hauptkontakte Kl bis K3.

Aus den dadurch ermittelten aktuellen Abbrandwerten AMI, Am2, Am3 wird in einem Funktionsbaustein 9 nach einem vorgegebenen funktionalen Zusammenhang, z. B. nach einer sogenannten max- index-Funktion, der Hauptkontakt K1, K2 oder K3 mit dem größ- ten Abbrand bestimmt. Mittels eines Speicherbausteins 10, in dem tabellarisch drei bevorzugte Einschaltkommandowinkel VK1, TK2, tK3 hinterlegt sind, wird der für den folgenden Schalt- vorgang maßgebliche Kommandowinkel wK9 entnommen und an einen Phasenkomparator 11 weitergeleitet.

Der Phasenkomparator 11 vergleicht kontinuierlich den Phasen- winkel t der Spulen-oder Steuerspannung Us mit dem bevorzug- ten Kommandowinkel #kv und gibt bei Übereinstimmung einen kurzen Impuls S aus, der beispielsweise etwa 100 us lang ist.

Dazu ist der Phasenkomparator 11 über eine Steuerleitung 12 mit dem Anschluß 2 des Nullleiters N und einem der Phasenan- schlüsse 2, im Ausführungsbeispiel der Phase L3, des Dreh- stromnetzes verbunden. Im Phasenkomparator 11 bleibt dabei die Polarität der Spulenspannung Us unberücksichtigt, so dass die Impulse S im Abstand von einer halben Netzperiode T/2 ausgegeben werden. Der Impuls S wird an einen Eingang E1 ei- nes Flipflops 13 geführt, an dessen weiteren Eingang E2 ein externer Schaltbefehl, d. h. der externe Einschaltbefehl ES, ansteht. Das ausgangsseitig mit dem Schalter 6 verbundene Flipflop 13 übernimmt mit dem am Eingang E1 anstehenden Im- puls S den am Eingang E2 anstehenden Schaltbefehl ES und lei- tet somit über den verzögerungsfreien Schalter 6 den Ein- schaltvorgang ein.

Die Ableitung der bevorzugten Kommandowinkel vKV aus dem Schaltverhalten des elektromagnetisch betätigten Schaltgerä- tes oder Schützes 1 wird nachfolgend anhand der FIG 2 bis 6 näher beschrieben. Beispielhaft wird hierzu der durch Messun- gen verifizierte Einschaltvorgang eines 37kW-Schützes heran- gezogen.

FIG 2 zeigt die vom Einschaltkommandowinkel tK abhängige Schließzeit ts. Diese gibt die Zeit vom Anlegen der Steuer- oder Spulenspannung Us bis zur Berührung der Kontaktelemente Kla bis K3b der Hauptkontakte Kl bis K3 an. Der Einschalt- kommandowinkel TK ist hierbei der auf die Phasenlage der si- nusförmigen Steuer-bzw. Schutzspulenspannung Us bezogene Phasenwinkel. Aus dem Verlauf ist ersichtlich, dass die vom Einschaltkommandowinkel tK abhängige Schließzeit ts nicht konstant, sondern einer Schwankung von mehr als 10 ms unter- worfen ist. Dies entspricht bei einer Netzfrequenz von 50 Hz einem Winkel TK von mehr als 180°.

Für K = n'180°, mit n e N, ist die Schaltzeit ts minimal.

Grund hierfür ist, dass dort bei Einschaltung der fast aus- schließlich induktiven Schütz-oder Magnetspule 4 ein maxi-

males transientes Gleichstromglied hervorgerufen wird, was insgesamt eine höhere Anzugskraft zur Folge hat. Bei konstan- tem Einschaltkommandowinkel TK ist die Schließzeit ts nahezu keinen statistischen Schwankungen unterworfen. Somit kann in Kenntnis des Kommandowinkels TK die Schließzeit ts und damit auch der Schließzeitpunkt der Hauptkontakte K1, K2, K3 sehr ge- nau bestimmt werden. Wesentlich dabei ist, dass zwar die Schließzeit ts aller drei Hauptkontakte K1, K2, K3 konstant ist, der auf die jeweilige Netzspannung bezogene Schließwin- kel jedoch in den drei Hauptkontakten K1, K2, K3 bei einem Schaltvorgang aufgrund der Phasenverschiebung im Drehstrom- system jeweils um 120° versetzt ist.

FIG 3 zeigt die vom Einschaltkommandowinkel TK abhängige Schließgeschwindigkeit vs, d. h. die Geschwindigkeit, mit der die Hauptkontakte K1, K2, K3 aufeinander treffen. Ebenso wie die Schließzeit ts ist auch die Schließgeschwindigkeit vs ab- hängig vom Einschaltkommandowinkel £'K. Im Gegensatz zur Schließzeit ts ist jedoch der Verlauf der Schließgeschwindig- keit vs erheblich von den konstruktiven Gegebenheiten des je- weiligen Schützes oder Schaltgerätes 1 abhängig, so dass all- gemein gültige Aussagen praktisch nicht gemacht werden kön- nen. Darüber hinaus ist die Schließgeschwindigkeit vs bei konstantem Einschaltkommandowinkel TK einer statistischen Streuung unterworfen, was aus dem entsprechend der gemessenen Standardabweichung ermittelten Fehlerband hervorgeht. Dennoch ist die Schließgeschwindigkeit vs aller drei Hauptkontakte K1, K2, K3 näherungsweise gleich, was sich in dem einzigen Gra- phen widerspiegelt.

FIG 4 zeigt die vom Einschaltkommandowinkel TK abhängige Ab- hebedauer tab aller drei Hauptkontakte K1, K2, K3 während des sogenannten Einschaltprellens. Die Abhebedauer tab ist hier- bei die kumulierte Zeit, während derer die Hauptkontakte K1, K2, K3 nach der ersten Berührung erneut voneinander getrennt sind. Hierbei wird ein für den Abbrand maßgeblicher Lichtbo-

gen zwischen den Kontaktelementen la bis 3b der Hauptkontakte K1 bis K3 hervorgerufen.

Aus einem Vergleich der Graphen gemäß den FIG 3 und 4 ist ein deutlicher Zusammenhang zwischen der Schließzeit ts und der Abhebedauer tab ersichtlich. Demnach ruft eine hohe Schließ- geschwindigkeit vs auch eine vergleichsweise lange Abhebe- dauer tab hervor. Daher sowie auch aus einfachen Überlegungen zum elastischen Stoß und zu Feder-Masse-Systemen kann bei Mittlung über viele Schaltungen bei gleicher Schließgeschwin- digkeit vs für alle drei Hauptkontakte Kl bis K3 auch von etwa gleicher Abhebedauer tab ausgegangen werden. Dies lässt sich durch die Beziehung tab = C ¢ Vs (K) audrücken, wobei C eine schaltgerätespezifische Konstante ist.

Zusätzlich zur Schließgeschwindigkeit vs und damit zur Abhe- bedauer tab ist für den Abbrand auch die Höhe des fließenden Stromes i während der Prellabhebungen der Hauptkontakte K1 bis K3 von Bedeutung. Dabei kann davon ausgegangen werden, dass der Abbrand proportional zum Integral des Lichtbogen- stromes i über die Zeit ist. Dabei wird zusätzlich der Licht- bogenstrom i in der Regel mit einer kontaktspezifischen Kon- stante k potenziert gemäß der Beziehung : Dabei sind Am der Kontaktabbrand und C und k insbesondere von den Eigenschaften des Hauptkontaktes Kl bis K3, z. B. dessen Geometrie und Material, abhängige Konstanten.

Obwohl die erste Berührung der Kontaktelemente la bis 3b der Hauptkontakte K1 bis K3 im absoluten, zeitlichen Maßstab na- hezu gleichzeitig stattfindet, ist der auf die jeweilige

Netzspannung bezogene elektrische Schließwinkel der Hauptkon- takte K1, K2, K3 nicht gleich, sondern aufgrund der um 120° versetzten Spannungen im Dreiphasen-System ebenfalls um 120° versetzt. Dieser Zusammenhang ist in FIG 5 verdeutlicht, in der die auf 360° normierten Schließwinkel in den drei Haupt- kontaktanordnungen K1, K2, K3 in Abhängigkeit des Einschalt- kommandowinkels TK gezeigt sind. Der in FIG 5 gezeigte Ver- lauf lässt sich unter Nutzung der Schließzeit ts mit Hilfe der nachfolgenden Gleichungen formulieren, wobei die An- steuerung der Schütz-oder Magnetspule 4 kohärent zum Außen- <BR> <BR> <BR> oder Phasenleiter L3 ist und an den Hauptkontakten K1, K2, K3 ein rechtsdrehendes Dreileitersystem geschaltet wird: <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> ts(#K)<BR> #SL1=(#K+#360°+240°0 mod 360° T #SL2=(#K+#######360°+120°) mod 360° tSL3 = (K + 360) mod 360° Dabei ist T die Netzperiode mit in der Regel 20 ms Perioden- dauer. Ts ist der auf die jeweilige Phase oder Phasenleitung <BR> <BR> <BR> LI, L2, L3 bezogene Schließwinkel. Mod 360° bezeichnet den Mo- dulu-Operator, dessen Anwendung den Divisionsrest bei einer Division durch 360° ergibt. Beispielsweise würde sich bei ei- nem Winkel von 540° = 1, 5-360° und einer Division durch 360° der Faktor 1,5 ergeben. Aus dem numerischen Rest von 0,5 würde sich somit eine Divisionsrest von 180° ergeben.

Daraus folgt, dass zwar die Abhebedauer tab der Hauptkontakte K1 bis K3 etwa gleich ist, der fließende Strom bei diesen Ab- hebungen prinzipiell aber unterschiedlich ist. In Näherung kann für den fließenden Strom in den Hauptkontaktanordnungen Kl, K2, K3 während der Prellabhebung angesetzt werden : iL1=C"#sin(#K+#######360°+240°) T

i C"sin (Tt+ ts (). 360°+ 120)<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> iL3=C"#sin(#K+#######360°) Dabei ist C"eine von der zu schaltenden Last 3 und der Netz- spannung abhängige Konstante.

Somit sind am Abbrand der Hauptkontakte Kl, K2, K3 zwei Pro- zesse beteiligt, nämlich einerseits die für alle Hauptkontak- te Kl bis K3 jeweils gleiche Abhebedauer tab und andererseits die für alle Hauptkontakte K1 bis K3 jeweils unterschiedliche Höhe des Lichtbogenstromes i. Dies wird auch anhand des in FIG 6 dargestellten experimentell bestimmten Verlaufs der vom Einschaltkommandowinkel tK abhängigen relativen Prellladung Q der drei Hauptkontakte K1, K2, K3 deutlich. Als relative Prell- ladung Q wird hierbei die auf den Effektivwert des Nennstroms bezogene tatsächliche Prellladung bezeichnet.

Bei der in FIG 6 dargestellten Abhängigkeit der relativen Prellladung Q vom Einschaltkommmandowinkel Tu ist die Steuer- spannung Us wiederum kohärent zum Außen-oder Phasenleiter L3. Zusätzlich ist dort der Mittelwert der drei relativen Prellladungen Q eingezeichnet in Form einer mit Kreuzen mar- kierten Linie. Diese mit Kreuzen markierte Linie weist im Be- reich um etwa TK = 50° und TK = 85° jeweils Minima auf, die deutlich unter dem durchschnittlichen Wert der Prellladung Q liegen. Die Bereiche um diese Minima sind demnach potenzielle Bereiche für bevorzugte Einschaltkommandowinkel TK.

Daraus ergibt sich, dass die bevorzugten Einschaltkommando- winkel bei TKI. = 55° für den Phasenleiter L1, bei tK2 = 80° für den Phasenleiter L2 und bei tK3 = 65° für den Phasenlei- ter L3 liegen. Grund hierfür ist, dass zu diesen Einschalt- kommandowinkeln tK die relative Prellladung Q eines zugeord- neten Hauptkontaktes K1, K2, K3 jeweils ein lokales Minimum aufweist und auch der Mittelwert der Prellladungen Q aller drei Hauptkontakte K1, K2, K3 niedriger als der Durchschnitt

ist. Wird die Steuerphase gewechselt, so dass die Steuer- oder Spulenspannung Us phasensynchron z. B. zur Phasen-oder Außenleitung L1 ist, so sind auch die bevorzugten Einschalt- kommandowinkel tK entsprechend zu rotieren.

Insgesamt wird somit der Einschaltvorgang eines mit Wechsel- strom angesteuerten, elektromagnetisch betätigten Schützes 1 unter Ausnutzung seiner spezifischen Eigenschaften derart be- einflusst, dass einerseits der Schaltsynchronisationseffekt vermieden und andererseits der Abbrand der Hauptkontakte Kl, K2, K3 insgesamt reduziert wird.