用于评估开关设备的机械性能的方法和开关设备 |
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| 申请号 | CN201210599292.6 | 申请日 | 2012-11-28 | 公开(公告)号 | CN103197235B | 公开(公告)日 | 2017-01-18 |
| 申请人 | 施耐德电器工业公司; | 发明人 | F·卡扎尔斯; J-P·涅瑞奥; | ||||
| 摘要 | 一种用于评估包括至少一个 电极 的 开关 设备的机械性能的方法，该电极具有：一对触头(12、14)；第一触头(14)的 支撑 臂(16)的驱动机构(22)，该驱动机构包括：旋转电极轴(20)和将该驱动机构(22)耦合至支撑臂(16)的至少一个 连杆 (60)，用于促使所述臂运动从而使触头(12、14)闭合的 能量 存储系统。该方法包括测量在触头(12、14)闭合过程中电极轴(20)的转动 角 度(θ)；根据所述测量重新设定至少两个特定值并将它们与运行参考进行比较从而根据比较状态诊断驱动机构(22)的机械磨损性能。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于评估包括至少一个电极的开关设备的机械性能的方法，每个电极包括： |
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| 说明书全文 | 用于评估开关设备的机械性能的方法和开关设备技术领域[0001] 本发明涉及一种用于评估包括至少一个电极的开关设备的机械性能的方法。每个电极包括在打开位置和闭合位置之间相对彼此可动的一对主触头。第一主触头的支撑臂的驱动机构包括旋转电极轴和将该驱动机构以枢转方式耦合到该支撑臂的至少一个杆。所述机构包括用于促使所述臂运动从而将主触头置于闭合位置的能量存储系统。 [0002] 本发明还涉及一种用于实施所述方法的开关设备。 背景技术[0003] 所要控制的电负载的电源线通常设置有至少一个开关设备，对于每相而言，该开关设备包括多对相对彼此可动的触头以切换该负载。可通过不同的方式执行触头的促动；特别地，对于例如为安全目的作为进线器的某些大功率的开关装置(特别是大于600A)，需要高电动强度并且由耦合到旋转心轴的杠杆系统驱动这些触头，而该旋转心轴本身由具有两个枢转杆的肘杆机构促动，如同例如在EP0222645、EP0789380、EP1347479中描述的那样。 [0004] 公知的开关设备的故障的一个原因与上面描述的肘杆执行机构有关。该执行机构也被称作为OCO(打开-闭合-打开)机构，弹簧式机械致动器使其运动。该弹簧加载机构也被称作为“榴弹"机构，其因此用于执行断路器的闭合。该“榴弹”机构为OCO机构提供所需的能量并且还能够使操作人员绝对安全地在开关设备上进行操作。后者的使用实际上限制了在错误闭合的情况下与电弧的存在有关的暴露的风险。断路器一般地包括用于使该“榴弹”机构复位的电机。从该OCO机构的闭合阶段的终了时起促动所述电机，从而设置该“榴弹”机构。 [0005] 该“榴弹”机构可在其使用过程中及时地显示出运行故障。该“榴弹"机构能量性能的下降易于使得该OCO机构不完全闭合。该“榴弹”机构的故障的原因是多种的。特别是，它们可能与该“榴弹”机构的弹簧的刚度的丧失、断路器中不同移动部件的运动链的机械摩擦的增加、或者断路器的棒上的阻力矩的增加有关。 [0006] 如果该“榴弹”机构的动作不足以操作该OCO机构，那么该开关装置仍然可位于闭合位置，并且同时未被锁定。OCO机构的肘杆实际上由于该“榴弹”的动作而伸展开，但是不会越过其运行死点。然后，断路器闭合同时未被锁定，并且可以有电流从其中流过。在后面的位置中，该“榴弹”机构将该OCO机构保持在闭合位置，而在被称作“正常操作”的操作中，OCO机构必须以自动的方式锁定在止动上。在所描述实施例的特定情况下，在闭合位置，越过该死点的肘杆机构将OCO机构向上抵靠着止动。如果该开关装置位于闭合非锁定状态并且该复位电机被促动，那么断路器于是处于称作慢打开阶段的阶段，该阶段是完全被禁止的。实际上，当在复位过程中“榴弹”机构不再保护OCO机构时，所述OCO机构往往自发地打开。然后，电弧可以发生并对断路器表现出风险，因为会使后者“爆炸”。 发明内容[0007] 因此，本发明的目的是弥补现有技术中的不足，从而推荐一种用于评估开关设备的机械性能的诊断方法，特别是实现OCO执行机构闭合的弹簧加载机构。 [0008] 根据本发明的方法包括测量在触头的闭合时间过程中电极轴的转动角度以及根据所述测量重新设定至少两个特定值。然后，将所述特定值与开关设备的特定初始运行参考进行比较，从而根据得到的特定值与那些运行参考之间的比较状态诊断驱动机构的机械磨损性能。 [0009] 根据本发明的优选实施例，该方法包括确定第一特定值，其等于达到该转动角度的变化曲线上的第一拐点所需的第一时间。所述拐点对应于当该电极轴到达最大转动速度的时刻。确定等于达到该变化曲线上一点的第二时间所需的第二特定值。该第二点对应于当这对触头位于闭合位置时达到的理论最终转动角度。计算出该第一时间和第二时间之间的耗用时间，从而根据该计算出的耗用时间值与理论值之间的差值诊断驱动机构的能量存储系统的过剩能量水平。 [0010] 根据本发明的特定实施例，该方法包括确定在转动角度的变化曲线上的对应于达到该变化曲线上的第一局部最大值的时间的第三特定值。所述第一局部最大值对应于在闭合过程中该电极轴达到的最大转动角度。确定该转动角度变化曲线上的第四特定值，该第四特定值对应于当这对可动主触头位于闭合位置时所达到的最终转动角度。计算出该最大转动角度与该最终转动角度之间的角度差，从而根据所述角度差诊断该电极轴的驱动机构的肘杆装置的锁定状态。 [0011] 用于实施如上定义的方法的开关设备包括能够在打开位置和闭合位置之间相对彼此运动的一对可动触头。第一触头的支撑臂的驱动机构包括旋转电极轴和以枢转方式将该驱动机构耦合到该支撑臂的至少一个杆。设置有能量存储系统以促使所述臂运动，从而将该主触头置于闭合位置。该开关设备包括多个相同的电极和所有电极共用的电极轴，该电极轴是该驱动机构的转动心轴。 [0012] 优选地，该支撑臂包括支撑该第一触头的第一部分和第二部分，这两个部分相对彼此滑动，从而在这对触头的闭合位置，该第二部分可占据第一邻接位置和第二行程终点位置，其中在该第二行程终点位置，该第一部分沉入到该第二部分中。 [0013] 根据该开关装置的发展模式，该电极轴的驱动机构包括具有带有弹性装置的能量存储系统的复位设备，该弹性装置包括至少一个闭合弹簧，从而使该可动触头运动至闭合位置，通过复位凸轮执行该闭合弹簧的加载，该复位凸轮通过手动杠杆或伺服电机驱动旋转。 [0014] 优选地，该电极轴的驱动机构包括与锁扣以及打开弹簧相连的肘杆装置，从而使该可动触头的支撑臂运动，该装置包括两个杆。 [0018] 从本发明的特定实施例的下列描述中，其它的优点和特征将变得更加清晰明朗，给出的这些实施例仅是为了示意性及非限制性示例的目的并且示出在附图中。 [0019] 图1示出了用于执行根据本发明的方法的开关设备； [0020] 图2示出了根据图1的开关设备的执行机构的详细透视图； [0021] 图3示出了根据图1的开关设备的执行机构的另一详细透视图； [0022] 图4示出了根据图1的开关设备的旋转传感器的详细透视图； [0023] 图5A-5E示出了在闭合步骤过程中根据图2的执行机构； [0024] 图6示出了用于本发明的特定实施例的传感器； [0025] 图7示出了在闭合过程中执行机构的触头支撑电极轴的旋转角度的变化曲线。 具体实施方式[0026] 参考图1，用于超过600A的高电流的开关设备10通常包括用于每个电极的一对电触头12、14。每个电触头优选地与由合适的材料例如银基合金制成的焊盘相连。所述触头之一14安装在能够在打开位置和闭合位置之间枢转的臂16上，其中在打开位置，该触头与固定触头12分离，而在闭合位置，在触头12、14之间建立机械及电接触。所述电极还包括灭弧室18和用于连接到连接带上的一对主端子(未示出)。对于这些高范围，开关设备10包括布置在平行平面内的多个电极，这些平行平面垂直于由这些电极所共用的电极轴20：这些电极的闭合或打开川页序通过带有杠杆(图2)的驱动机构22从电极轴20传递到每个可动触头14。 [0027] 将电极轴20安装在开关设备10的外壳上旋转并通过适当的装置而被驱动。特别地，对于打开的带有中间电极轴20且具有高电动强度的开关设备10来说，驱动机构22是肘杆式的，带有的两个杆24、26相对于彼此枢转。将旋转的所述杆之一24铰接至枢转地安装在固定心轴上的锁扣28上；另一杆26机械地耦合到电极轴20的曲柄30，其对于这组电极来说也是共用的并进一步形成所述电触头的驱动机构22的杠杆之一。 [0028] 将打开弹簧32锚定在曲柄30与固定的安全销之间并使曲柄30偏置到其打开位置。由绕着固定心轴枢转的杠杆形成的打开棘轮34由半月形的打开锁36控制。由弹簧使打开棘轮34朝向锁扣28偏置，从半月形部件36移动开。将滚轴布置在打开棘轮34的端部之间的打开棘轮上从而与锁扣28的V形凹陷配合，由弹簧(未示出)使该锁扣28偏置，往往缩短锁扣28上的肘杆机构24、26的铰接轴与曲柄30上的肘杆机构的铰接轴之间的距离。 [0029] 在优选实施例中，开关设备10能够被复位，也就是其设有能量存储装置，从而有助于闭合功能，例如在文献EP0222645中描述的“榴弹”机构。特别地，安装驱动杠杆40，其绕着固定心轴42枢转，并且安装包括至少一个闭合弹簧44的弹性能量存储装置，其在固定点上以及在驱动杠杆40的指部上枢转。驱动杠杆40支撑用于与楔装在轴50上的加载凸轮48配合的滚轴52。滚轴52用于与绕着固定心轴枢转的闭合棘轮54配合。用于锁定棘轮54的闭合锁56被弹簧弹性地偏置到其闭合位置；棘轮54自身被弹簧偏置到其锁定位置。 [0030] 电极轴20通过这些不同的元件而被起动，然后驱动可动触头14。为了这个目的，其曲柄30设置有连杆60，对于每个电极，杆60将其连接到可动触头14的支撑臂16。支撑臂16设置有相对彼此滑动的两部分：杆60直接使电极笼62相对于其被枢转安装的部件运动。臂16的支承触头焊盘14的部分64在电极笼62内滑动，优选地围绕心轴66以铰接的方式。弹簧67，例如一个以上的触头压力弹簧，布置在支撑64和电极笼62之间，形成该弹簧的装置促使焊盘14相对于该笼到凸出位置。这种构型能够使得触头焊盘14相对于邻接产生闭合超行程，从而在触头12、14之间流过电流的位置，电极笼62可继续其运动而不会增强在触头焊盘12、14上的压力。臂16因此经由围绕第一心轴68的其笼62而被枢转地安装在所述闭合位置和打开位置之间，并且可动触头14的支撑64被铰接在电极笼62的第二心轴66上。 [0031] 当触头12、14闭合时，在第一阶段，因此使电极轴20转动，并且所述肘杆机构直接驱动触头臂16。一旦闭合，两个触头焊盘12、14就接触。轴20然后可继续其行程，并且臂16的电极笼62继续运动到超过邻接位置，可动触头14“沉入”到电极笼62中。 [0032] 此外，在示出的实施例中，连接到偏置电极轴20的肘杆系统24、26使得这些运动能够减速。在所述电极闭合之后，电极轴20的转动行程继续超过大角度θ2。特别地，电极轴20的总行程θfinal为大约50到55°，该总行程是固定的并且由该设备的设计决定。在轴20的中间转动中，可动触头14已经覆盖其行程的3/4，并且所述触头的打开仅为10mm。因此，当触头12、14邻接时并且在行程θ1之后，轴20优选地仍然具有其转动的约30％用于执行。 [0033] 根据本发明，传感器70测量在电极轴20的运动的起始和所述轴20的行程的结束之间的电极轴20的转动。电极轴20的行程的终点对应于所述电触头的闭合位置。传感器70也测量在可动及固定触头12、14之间发生邻接即装置10中电流流动开始的时刻与在所述闭合位置轴20的行程的结束之间的电极轴20的转动θ。 [0034] 用于评估根据本发明的开关设备的机械性能的方法包括下列连续步骤。 [0035] 第一步包括测量在由驱动机构22使可动主触头12、14闭合时轴20的轴线的转动角度θ。 [0036] 第二步包括从在上一步做的测量中重新设定至少两个特定值。 [0037] 根据本发明的优选实施例，该方法包括确定等于到达转动角度θ(图7)的变化曲线Sθ上的第一拐点A所需的第一时间T0的第一特定值。所述拐点对应于当电极轴20到达最大转动速度的时刻。如图7所示，电极轴20已经转动通过角度θ0。如图5C所示，第一拐点A还对应于当电触头12、14接触的时刻。 [0038] 在当电触头12、14接触的时刻，所述角度的值的变化给出了关于所述开关设备的磨损的指示。所述设备的空载和带载运行实际上导致触头焊盘的磨损，不管它们是固定触头还是可动触头。由此产生的材料的脱落和破碎延迟了所述电极的接触并且可导致第一时间T0的值的增大。 [0039] 本方法包括确定等于到达转动角度θ的变化曲线Sθ上的第二点B所需的第二时间T1的第二特定值。所述第二点对应于当这对可动主触头12、14位于闭合位置时达到的理论最终转动角度θfinal。该最终转动角度的理论参考值优选地为与该开关装置有关的产品特性。而这个特性是由制造商提供的。当该装置是全新的时，还可按照执行的一系列测量估计出该参考值。记录下该参考值，以使得其在接下来的根据本发明的方法中而被使用。 [0040] 本方法的第三步包括将所述特定值与从该开关装置的特定初始运行参考中得到的理论值进行比较。根据优选实施例，该方法包括计算出在第一和第二时间T0、T1之间的耗用时间△T。然后，将在第一和第二时间T0、T1之间的该耗用时间与代表未磨损开关设备的运行的参考值进行比较。 [0041] 该参考值是根据所述开关设备的“机械”构型而确定的：电极的数目、所述榴弹的弹簧，并且该参考值根据所述开关设备的构造被记录在信息处理模块中以被使用和比较。该参考值优选地是与所述开关装置有关的产品特性。而这个特性是由制造商提供的。当该设备是全新的时，还可按照执行的一系列测量估计出该参考值。记录下该参考值，以使得其在接下来的根据本发明的方法中而被使用。 [0042] 用于评估保护设备的机械性能的方法的最后一步包括根据在所述确定的特定值与由运行参考提供的参考值之间的比较状态来诊断驱动机构22的磨损的某些机械性能。根据优选实施例，根据本发明的方法包括根据计算得到的耗用时间相对于理论参考值的差值来诊断驱动机构22的能量存储系统的过剩能量水平。 [0043] 换句话说，根据本发明的方法的最后一步提供在榴弹里可得到的用于执行闭合的能量储备的信息：过剩能量。如果阻力增加，那么该能量储备就会减小并且电极轴20从电触头12、14接触(拐点A)的时刻的角程会不断地下降。计算得到的耗用时间值相对于所述参考值之间的差值△T往往也会在以后的使用过程中随着开关设备的磨损而增大。 [0044] 根据本发明的特定实施例，该评估方法包括确定在转动角度θ的变化曲线Sθ上的第三特定值C，该角度对应于到达该变化曲线Sθ上的第一局部最大值C的时刻Tmax。如图5D所示，所述第一局部最大值C对应于在闭合过程中电极轴20到达的最大转动角度θmaxi。 [0045] 该步骤对应于通过驱动机构22的肘杆装置26、24的上止点。在该步骤之后，不再是驱动杠杆40而是电极弹簧67推动驱动机构22，该弹簧通过回复力使肘杆装置26、24支承在锁扣28上。转动角度的最大值θmaxi的变化给我们示出了驱动机构22的磨损。 [0046] 根据该特定实施例，本方法然后包括确定在变化曲线Sθ上的第四特定值(点D)。该第四特定值(点D)对应于当这对可动主触头12、14位于闭合位置时达到的最终测量的转动角度θfinal。 [0047] 在下面的步骤中，计算出最大转动角度θmaxi与最终测量的转动角度θfinal之间的角度差△θ。该角度差的确定使得能够诊断驱动机构22的肘杆装置26、24的锁定状态。实际上，如果该计算出的角度差△θ高于一阈值，换句话说，如果该最大转动角度θmaxi大于测得的最终转动角度θfinal，那么在肘杆装置26、24已经正确地越过上止点(图5D)之后，二者被锁定。如果计算出的角度差△θ大于所述锁定阈值，那么所述开关设备位于锁定闭合状态。该锁定阈值对应于由制造商提供的特性。当该装置是全新的时，还可按照执行的一系列测量估计出对应于所述锁定阈值的该特性。记录下该特性，以便其在接下来根据本发明的方法中而被使用。 [0048] 从电触头12、14接触(第一拐点A)的时刻起，驱动机构22的运动促使被包括在电极笼62与可动触头14的支撑64之间的接触弹簧67被压缩。由触头凹陷所表示的该压缩决定了在闭合位置将要施加在电触头12、14上的压力。该压力也限定了所述开关设备的电动强度。 [0049] 根据第一实施例，传感器70优选地设置在电极轴20上，在当发生电流中断时易受到碎片污染的区域的外面，并且远离热气体的任意可能的冲击。具有高电动强度的开关设备10具有高达三十年的寿命，传感器70是自由接触式的从而限制由于在传感器70里的磨损或摩擦而引起的任何倾斜。 [0050] 如图3和4所示，旋转传感器70包括布置在电极轴20上的嵌齿轮112或嵌齿轮的一部分。在未示出的另一实施例中，该轮由一连串的磁性电极形成。将比如是执行感应型灵敏元件的微电装置、霍尔效应单元、或磁致电阻单元的检测装置114安装在开关设备10的外壳上，面对着所述嵌齿轮或磁性电极。嵌齿轮112和检测装置114互通而没有任何接触。检测装置114优选地合并由嵌齿轮的齿的通道或磁性电极的通道所产生的模拟信号的数字处理装置，从而以由四分之一周期偏移的两个方波信号的形式给出其数字转录。在某些类型的实施例中，该检测装置能够集成所述模拟信号的插值函数。 [0051] 根据未示出的第二特定实施例，小体积传感器70优选地设置在棒20的末端，例如位于紧邻开关设备10的外壳的末端。不带有滑动触头的磁式传感器，特别是磁阵列式旋转传感器，是特别适合的，因为其没有特别易于磨损的部分。如图6所示，这种类型的传感器70包括磁性装置72，特别是磁铁，可将其固定到转动有待确定的元件；特别地，磁铁72可通过粘贴在其末端而直接地耦合到电极棒20上，或者任何其它的机械装置。传感器70进一步包括检测装置74，以及特别是具有大约4mm侧面的印刷电路卡型的检测器。将检测器74置于面对着磁性装置72，例如耦合到开关设备10的外壳，特别是安装在合适的壳体中。检测器74以传统的方式连接到用于处理信息和显示结果的装置，例如在增加了新功能的开关装置10上已存在的电子模块。有利地，如在文献EP1830162或EP1921423中描述的那样，传感器70具有大约0.2到0.5°的角度分辨率。 [0052] 根据本方法的一个特定实施例，触头凹陷的估计通过最终角度θfinal与所述触头在时刻T0接触时转动轴的转动角度之间的差值来实现。 [0053] 尽管参照具有高电动强度的开关装置10的触头12、14，已描述了本发明，其中对于破碎过行程的小变化来说，该打开机构意味着电极棒20的角度位置的大变化，但是本发明并不限于此：其它类型的开关设备、接触器和或断路器均可涉及。如果双连杆和肘杆的减速放大了由触头是否被磨损、触头的行程以及检测装置70的精度所决定的角度差，那么可将根据本发明的装置应用到包括转动部分的其它执行机构。 [0054] 根据未示出的本发明的另一实施例，传感器测量电极笼62在电极轴20的运动起始和所述轴20的结束之间的转动。电极轴20的行程结束对应于所述电触头的闭合位置。 |
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