Procedimiento y dispositivo para la determinación de un desgaste de un elemento de contacto.

Procedimiento para la determinación de un desgaste de un elemento de contacto de un conmutador eléctrico,

en particular de un conmutador de vacío, y especialmente de un conmutador de una instalación de conmutación para alta o media tensión, cuyo procedimiento comprende:

- detección de valores eléctricos (l (t), U (t) ), que representan una magnitud eléctrica relevante para un arco voltaico que se produce durante una operación de conmutación en el conmutador, como función del tiempo; y

-cálculo de un valor de desgaste (d), que representa el desgaste del elemento de contacto, a partir de una pluralidad de valores que contribuyen al desgaste, caracterizado porque los valores que contribuyen al desgaste son calculados utilizando una pluralidad de especificaciones de cálculo de contribución al desgaste (fi) a partir de una pluralidad de cantidades parciales de valores (l ([ti); l ([ti;t'i]) ) de los valores eléctricos registrados, de manera que cada uno de los valores que contribuyen al desgaste es calculado de acuerdo con una respectiva de las especificaciones de cálculo de contribución al desgaste (fi) de una respectiva de las cantidades parciales de valores l ([ti); l ([ti;t'i]) ), y en el que al menos dos de las especificaciones de cálculo de contribución al desgaste (fi) se diferencian entre sí.

Procedimiento y dispositivo para la determinación de un desgaste de un elemento de contacto La invención se basa en el campo de los conmutadores eléctricos, en particular de las instalaciones de conmutación para alta o media tensión. Aspectos de la invención se refieren a un procedimiento para la determinación de un desgaste de un elemento de contacto de un conmutador de este tipo. Otros aspectos de la invención se refieren a una unidad electrónica para un conmutador eléctrico.

Los conmutadores de potencia están sometidos a desgaste constante y, por lo tanto, deberían controlarse y mantenerse regularmente. En particular, el arco voltaico que aparece durante la operación de conmutación (por ejemplo, desconexión de protección) conduce a un desgaste del material de las piezas de contacto y de esta manera contribuye en una medida considerable al desgaste. Los contactos no se pueden verificar, en general, de manera sencilla, sin descomposición intensiva de costes y desconexión de la potencia. Por lo tanto, normalmente se realiza un mantenimiento periódico de los conmutadores de potencia, dado el caso con mantenimiento preventivo cuando se han producido desconexiones de protección con corrientes altas. De este modo, en general, los conmutadores son sometidos a mantenimiento con demasiada frecuencia. El mantenimiento provoca costes inevitables y un riesgo adicional de que durante el mantenimiento se provoquen daños. Por otra parte, en cambio, en el caso de intervalos de mantenimiento demasiado largos, existe el riesgo de que no se detecte precozmente un desgaste o bien un desgaste de los contactos. Aquí existe el riesgo de una función errónea, pero al menos de una pérdida de potencia del conmutador.

Por lo tanto, sería deseable determinar de una manera más fiable el desgaste de las piezas de contacto. No obstante, este desgaste es difícil de medir o de prever, puesto que está influenciado por una pluralidad de factores. En general, se supone que el desgaste de los contactos es provocado por conversión de energía acumulativa (pérdida de potencia) durante la aparición de arcos voltaicos cuando los conmutadores de potencia están abiertos. Por lo tanto, sólo el recuento del número de errores que aparecen en un conmutador de potencia no puede proporcionar una estimación exacta con respecto al desgaste del contacto.

El documento EP 1475813 A1 describe un procedimiento para la determinación del desgaste de los contactos en instalaciones de conmutación eléctrica para alta y media tensión, en el que una corriente de contacto que fluye durante una operación de conmutación a través del conmutador es detectada con la ayuda de un convertidor de corriente y es evaluada con respecto al desgaste de los contactos. Para la determinación de una magnitud de estado que caracteriza el desgaste de los contactos se mide en primer lugar una señal de medición de la corriente del convertidor de corriente como función del tiempo, en el caso de que aparezcan desviaciones entre la corriente de contacto prevista y la señal de medición de la corriente se detecta la presencia de un error de medición, y en el caso de detección del error de medición se determina a partir de la señal de medición e la corriente al menos un valor característico de la corriente y se utiliza para la determinación de la magnitud de estado. El documento DE 10204849 A1 describe un procedimiento para la determinación del desgaste de los contactos.

No obstante, los procedimientos conocidos para la determinación de un desgaste son siempre todavía dignos de mejora en lo que se refiere a su fiabilidad. También es deseable obtener procedimientos, que proporcionen en una pluralidad de situaciones de conmutación diferentes resultados tan fiables que sean adecuados para una (tele) diagnosis y mantenimiento automáticos. De esta manera, se pueden reducir los trabajos de mantenimiento intensivos de costes. Al mismo tiempo se puede realizar una supervisión continua fiable del estado. También hay que pretender detectar y eliminar problemas y desgastes, antes de que sean críticos.

Para al menos mejorar por lo menos algunos de los puntos mencionados anteriormente, se propone, por lo tanto, un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, un control de los conmutadores de acuerdo con la reivindicación 13 y una instalación de conmutación de acuerdo con la reivindicación 14. Otras ventajas, características, aspectos y detalles de la invención así como formas de realización preferidas y aspectos especiales de la invención se deducen a partir de las reivindicaciones dependientes, de la descripción y de las figuras.

De acuerdo con un aspecto de la invención, se proporciona un procedimiento para la determinación de un desgaste de un elemento de contacto de un conmutador eléctrico (por ejemplo, de un conmutador de vacío) , en particular de una instalación de conmutación para alta y media tensión. El procedimiento comprende la detección de valores eléctricos, que representan una variable eléctrica relevante para un arco voltaico que se produce durante una operación de conmutación en el conmutador, como función del tiempo, de manera que los valores eléctricos se puede detectar, por ejemplo, como función continua o como serie de datos (vector) con valores explorados discretamente, pero puede comprender también valores virtuales, por ejemplo valores (parcialmente) simulados, interpolados u optimizados, en cuyo caso se detectan valores virtuales. Por ejemplo, los valores eléctricos pueden ser valores de la corriente, que representan una corriente de contacto, que fluye durante una operación de conmutación a través del conmutador, como función del tiempo. El procedimiento comprende, además, el cálculo de un valor de desgaste, que representa el desgaste del elemento de contacto, a partir de una pluralidad de valores que contribuyen al desgaste, siendo calculados los valores que contribuyen al desgaste utilizando una pluralidad de

especificaciones de cálculo de contribución al desgaste a partir de una pluralidad de cantidades parciales de los valores eléctricos detectados, de manera que cada uno de los valores que contribuyen al desgate es calculado de acuerdo con una respectiva de las especificaciones de cálculo de contribución al desgaste a partir de una respectiva de las cantidades parciales de valores, y distinguiendo entre sí al menos dos de las especificaciones de cálculo de contribución al desgaste. En este caso, una cantidad parcial de valores debe entenderse en el sentido de que puede comprender también todos los valores eléctricos detectados.

De acuerdo con otro aspecto de la invención, se proporciona una unidad electrónica, en particular un sistema de control y/o sistema de supervisión, para un conmutador eléctrico (por ejemplo un conmutador de vacío) , en particular para una instalación de conmutación para alta o media tensión. La unidad electrónica comprende un módulo de entrada de valores para la recepción de valores eléctricos (por ejemplo, de valores de la corriente) , que representan una variable eléctrica relevante para un arco voltaico que se produce durante una operación de conmutación en el conmutador como función del tiempo. El módulo de entrada de valores puede estar equipado, por lo tanto, por ejemplo, para la recepción de valores eléctricos detectados desde un aparato de medición de valores, pero posiblemente también de valores eléctricos detectados a través de simulación (parcial) o interpolación, etc. La unidad electrónica comprende, además, un módulo de determinación del desgaste, que presenta una unidad de cálculo y una memoria de datos con código de programa que puede ser ejecutado a través de la unidad de cálculo. El código de programa comprende una pluralidad de especificaciones de cálculo de contribución al desgaste, que están previstas para el cálculo de valores respectivos de contribución al desgaste a partir de cantidades parciales de valores respectivos de los valores eléctricos registrados, distinguiendo entre sí al menos dos de las especificaciones de cálculo de contribución al desgaste, y comprende una rutina de calculo del valor de desgaste para el cálculo de un valor de desgaste, que representa el desgaste del elemento de contacto, a partir de los valores de contribución al desgaste. En particular, el código de programa comprende especificaciones para la realización de cualquiera de los procedimientos mencionados aquí.

La invención se refiere también a un dispositivo para la realización de los procedimientos publicados y comprende también partes del dispositivo para la realización de etapas del procedimiento individuales respectivas.... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la determinación de un desgaste de un elemento de contacto de un conmutador eléctrico, en particular de un conmutador de vacío, y especialmente de un conmutador de una instalación de conmutación para alta o media tensión, cuyo procedimiento comprende:

- detección de valores eléctricos (l (t) , U (t) ) , que representan una magnitud eléctrica relevante para un arco voltaico que se produce durante una operación de conmutación en el conmutador, como función del tiempo; y -cálculo de un valor de desgaste (d) , que representa el desgaste del elemento de contacto, a partir de una pluralidad de valores que contribuyen al desgaste, caracterizado porque los valores que contribuyen al desgaste son calculados utilizando una pluralidad de especificaciones de cálculo de contribución al desgaste (fi) a partir de una pluralidad de cantidades parciales de valores (l ([ti) ; l ([ti;t'i]) ) de los valores eléctricos registrados, de manera que cada uno de los valores que contribuyen al desgaste es calculado de acuerdo con una respectiva de las especificaciones de cálculo de contribución al desgaste (fi) de una respectiva de las cantidades parciales de valores l ([ti) ; l ([ti;t'i]) ) , y en el que al menos dos de las especificaciones de cálculo de contribución al desgaste (fi) se diferencian entre sí.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el cálculo comprende: cálculo de un instante de transición (ti;t'i) característico para un cambio de la especificación de cálculo de contribución al desgaste, en el que el al menos un instante de transición representa especialmente una transición respectiva entre diferentes fases de un arco voltaico que aparece durante una operación de conmutación.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el cálculo comprende: definición de al menos una de las cantidades parciales de valores (l ([ti) ; l ([ti;t'i]) ) teniendo en cuenta al menos un instante de transición (ti;t'i) calculado.

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el cálculo comprende: cálculo de al menos un instante límite (ti;t'i) , en el que el al menos un instante límite es en particular el al menos un instante de transición, y en el que el al menos un instante límite es calculado teniendo en cuenta al menos uno evento respectivo, que está seleccionado de la lista que comprende los siguientes eventos:

a. comienzo de un arco voltaico;

b. transición desde un estado estacionario del arco voltaico hacia un estado móvil del arco voltaico;

c. transición desde un arco voltaico difuso hacia un arco voltaico enlazado;

d. final del arco voltaico;

e. separación de un elemento de contacto de otro elemento de contacto del conmutador;

f. retirada del elemento de contacto de otro elemento de contacto del conmutador a una distancia que excede un valor límite predeterminado de la distancia:

g. obtención o evaluación de una instrucción de conmutación;

h. se excede o no se alcanza un valor umbral predeterminado a través de un valor registrado, siendo seleccionado el valor registrado especialmente a partir de una lista que comprende los siguientes valores de medición:

- valor de la corriente;

- valor de la tensión;

- valor de un campo eléctrico o magnético;

- porción de ruido o bien componente de frecuencia de un valor de la corriente;

- porción de ruido o bien componente de frecuencia de un valor de la tensión;

- porción de ruido o bien componente de frecuencia de un campo eléctrico o magnético;

- valor de la claridad de un arco voltaico;

- valor de posición, que describe una posición de la superficie de contacto y/o una distancia entre dos superficies de contacto;

- valor de desgaste hasta ahora o bien valor total de desgaste hasta ahora;

- periodo de tiempo transcurrido desde la entrada de cualquier otro evento, en particular uno de los eventos mencionados en este enumeración; y/o

- dado el caso, periodo de tiempo transcurrido a partir de un instante límite anterior.

5. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el cálculo comprende: calcular al menos uno de los instantes límite (ti;t'i) , en el que el al menos un instante límite es en particular el al menos un instante de transición, y en el que el al menos un instante límite se calcula teniendo en cuenta al menos un valor respectivo, que está seleccionado de la lista que comprende los siguientes valores;

- valor de la corriente;

- valor de la tensión;

- valor de un campo eléctrico o magnético;

- porción de ruido o bien componente de frecuencia de un valor de la corriente;

- porción de ruido o bien componente de frecuencia de un valor de la tensión;

- porción de ruido o bien componente de frecuencia de un campo eléctrico o magnético;

- valor de la claridad de un arco voltaico;

- valor de posición, que describe una posición de la superficie de contacto y/o una distancia entre dos superficies de contacto;

- valor de desgaste hasta ahora;

- valor total de desgaste hasta ahora;

- periodo de tiempo transcurrido desde la entrada de cualquier otro evento, en particular uno de los eventos mencionados en este enumeración; y/o

- dado el caso, periodo de tiempo transcurrido a partir de un instante límite anterior.

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 5, en el que las cantidades parciales de valores (ti) comprenden los valores eléctricos correspondientes a un intervalo de tiempo respectivo ([ti;t'i]) , comprendiendo el procedimiento, además, para cada uno de los intervalos de tiempo: determinación del comienzo (ti) , del final (t'i) o del comienzo y del final del intervalo de tiempo respectivo ([ti;t'i]) a través de al menos un instante límite respectivo (ti; t'i) , en el que el al menos un instante límite es especialmente el al menos un instante de transición.

7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 6, en el que el al menos un instante de transición comprende un primer instante de transición (ti) y un segundo instante de transición (t2) , y en el que la pluralidad de las cantidades parciales de los valores comprende al menos una primera, segunda y tercera cantidad parcial de los valores l ([t0;t1]) ) ; l ([t1;t2]) ) ; l ([t2;t3]) ) .

8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que las cantidades parciales de valores (l ([ti) ; l ([ti;t'i]) ) están determinadas como los valores eléctricos que pertenecen a un intervalo de tiempo respectivo ([ti;t'i]) , y en el que el cálculo del valor de desgaste comprende la formación de una suma o bien de una integral de los valores que contribuyen al desgaste.

9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el cálculo comprende:

la formación de un importe de la forma Ki * l (t) αi para al menos uno, en particular para al menos dos de los importes de desgaste, en el que i indica uno respectivo del al menos un importe de desgaste como importe de desgaste i, y en el que Ki *designa en cada caso un pre-factor i, l (t) designa un valor eléctrico comprendido en la cantidad parcial de valores que pertenece al importe de desgaste i, y αi designa en cada caso un exponente opcional.

10. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el valor de desgaste (d) contiene una expresión de la forma

en particular se calcula o bien se representa en esta forma, en la que fi (l) es una i de las especificaciones de cálculo de las contribuciones del desgaste, ∑ es una suma sobre valores de tiempo t con valores eléctricos l (t) registrados, t

γi (t) designa un [i] factor de peso respectivo dependiente de t que proporciona para t [cada valor-t] dentro de la [i] cantidad parcial de valores respectiva, en cuanto al importe, valores mayores que para t [cualquier valor t] fuera de la cantidad parcial de valores respectiva, y ϕi (l (t) ) designa una [i] función respectiva de l, siendo especialmente ϕi (l (t) ) = *l (t) ) αi.

11. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, que comprende, además, añadir el valor de desgaste calculado a un valor total de desgaste que representa el desgaste total, dado el caso, para varios procesos de conmutación.

12. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que los valores eléctricos comprenden al menos uno de los valores del grupo siguiente:

- valores de la corriente (l (t) ) , que representan la corriente de contacto que fluye durante la operación de 15 conmutación a través del conmutador como función del tiempo;

- valores de la tensión (U (t) ) , que representan la tensión del arco voltaico presente durante la operación de conmutación en el conmutador como función del tiempo; y

- valores de la potencia del arco voltaico (P (t) ) , que representan la potencia del arco voltaico presente en el conmutador como función del tiempo.

13. Unidad electrónica, en particular sistema de control y/o supervisión, para un conmutador eléctrico, en particular para una instalación de conmutación para alta y media tensión, comprendiendo el control del conmutador:

- un módulo de entrada de valores para la obtención de valores eléctricos, que representan una magnitud relevante para la potencia que fluye durante una operación de conmutación a través del conmutador en función del tiempo; y

- un módulo de determinación del desgaste, que comprende una unidad de cálculo y una memoria de datos con código de programa que puede ser ejecutado por la unidad de cálculo, en el que el código de programa comprende:

una pluralidad de especificaciones de cálculo de contribución al desgaste (fi) , que están previstas para el cálculo de valores respectivos de contribución al desgaste a partir de cantidades parciales de valores l ([ti) ; l ([ti;t'i]) ) respectivas de los valores eléctricos registrados, en la que al menos dos de las especificaciones de cálculo de contribución al desgaste (fi) se diferencian entre sí, y una rutina de cálculo del valor de desgaste para calcular un valor de desgaste (d) , que representa el desgaste del elemento de contacto, a partir de los valores de contribución al desgaste de acuerdo con el procedimiento según la reivindicación 1.

14. Instalación de conmutación para alta y media tensión, en particular conmutador de potencia de vacío, que comprende un control de conmutador de acuerdo con la reivindicación 13 y/o está equipado para la realización de un procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 12.

15. Instalación de conmutación para alta y media tensión de acuerdo con la reivindicación 14, en la que el elemento de contacto es una pieza de contacto del tipo TMF.