Relaisschaltung - AT-Testerbetrieb

Relaisschalttechniken - Die 20-Knoten-Relaismatrix

Der Voltech AT5600 verwendet eine 20-Knoten-Relaismatrix, die in Paaren von Federsonden endet, um den Anschluss von Standardvorrichtungen an die Einheit zu ermöglichen.
Jedes Paar Federsonden (ein Knoten) ist mit vier Hochspannungsrelais verbunden, die für die Messung der vollen Kelvin-Spannung (4-Leiter) konfiguriert sind.
Zwei dieser Relais, „Source Hi“ und „Source Lo“ (das „Strom“-Paar), werden aktiviert, um die Spannungs-/Stromquelle an die zu testende Komponente zu liefern.
Die verbleibenden zwei Relais, „Measure Hi“ und „Measure Lo“ (das „Sense“-Paar), werden aktiviert, um die Spannungs-/Stromquelle zum Messkreis zu leiten.
Diese Konfiguration ist unten in Abbildung 1 für einen der Knoten dargestellt, der mit einem Ende einer zu testenden Transformatorwicklung verbunden ist.

Abbildung 1

Diese Art von Kelvin-Relais-Anordnung für jeden der 20 Knoten wird vollständig vom AT5600 gesteuert und ist über die mitgelieferte AT-Editor-Software programmierbar.
Es bestehen keine Einschränkungen, welcher Knoten für welche Transformatorwicklung verwendet wird.

Abbildung 2
Das Bild rechts ist ein Screenshot der AT Editor-Software.
Es handelt sich um eine grafische Darstellung der tatsächlichen 20-Knoten-Relaismatrix auf dem AT-Tester selbst.
Jeder nummerierte Knoten (1-20) stellt das in Abbildung 1 oben gezeigte Vier-Relais-Schema dar.
Es gibt vier Relais pro Knoten und 20 Knoten, also insgesamt 80 Relais.

Optimierung der Relaiszuverlässigkeit

Relais gelten als minderwertige Alternative zu Halbleiterschaltern als Schaltgeräte. Allerdings können Relais Tausende von Volt aushalten, wenn sie geöffnet sind, und bieten im geschlossenen Zustand immer noch einige zehn Milliohm Kontaktwiderstand – Eigenschaften, die weder jetzt noch in absehbarer Zukunft von Halbleitergeräten erreicht werden können.
Der Hauptgrund, warum Relais als minderwertige Komponenten angesehen werden, liegt in ihrer vermeintlichen Unzuverlässigkeit.
Die mechanische Lebensdauer eines Relais beträgt jedoch mehr als 100.000.000 Schaltvorgänge – genug, um in einem Transformatorprüfgerät mit hoher Beanspruchung mehr als zehn Jahre zu halten, vorausgesetzt, es wird die richtige Technik zum Schalten des Relais verwendet. Voltech hat eine solche Technik entwickelt.

Um die Lebensdauer der Relais zu maximieren, werden die Spannungs- und Stromquellen des AT3600 vor dem Öffnen und Schließen der 80 Hochspannungsrelais abgeschaltet.
Zu Beginn eines Tests werden die Relais geschlossen, bevor die Spannung hochgefahren wird.
Am Ende eines Tests prüft das AT3600 den Strom durch die Relais und wenn immer noch Strom fließt, wartet das AT3600, bis dieser auf Null abgeklungen ist, bevor es die Relais öffnet.
Diese Technik wird als Kaltschalten bezeichnet und minimiert jegliche Lichtbogenbildung über den Relaiskontakten. Sie stellt sicher, dass die Kontakte nur minimaler Abnutzung ausgesetzt sind und maximiert somit die Lebensdauer der Relais und des AT3600 selbst.

Die Bedeutung der Strommessung für das Kaltschalten wird in Abbildung 3 unten veranschaulicht.

Wenn Relais eine feste Zeit nach dem Abschalten der Stromversorgung geöffnet werden, müsste diese Zeit lang sein, um mit der Worst-Case-Komponente fertig zu werden, wodurch für die Mehrheit der Komponenten unnötig Testzeit verschwendet würde.
Wenn andererseits die Zeit zu kurz gewählt wird, kommt es bei den Relais zu Abschaltströmen, die Lichtbögen verursachen und deren Lebensdauer verkürzen.

Die meisten Transformatortestlösungen mit einer externen Matrix verwenden einfach eine feste Zeit, um zu bestimmen, wann Relais geöffnet werden müssen, was mit der daraus resultierenden Gefahr einer Lichtbogenbildung und Leistungsminderung der Relais einhergeht.
Bei seiner Produktreihe AT maximiert Voltech sowohl die Geschwindigkeit als auch die Zuverlässigkeit durch den Einsatz einer integrierten Matrix mit Quelle und Messung, einer aktiven Entlademethode, um den Strom so schnell wie möglich abfallen zu lassen, und einer Messung, wann der Strom vor dem Öffnen auf Null fällt.
Der Öffnungs- und Schließvorgang der Relais erfolgt extrem schnell (ca. drei Millisekunden Schließzeit und eine Millisekunde Abfallzeit).

Um die Betriebsgenauigkeit des AT3600 aufrechtzuerhalten, wurde in das AT5600 eine sehr umfassende Selbsttestroutine integriert.
Die Selbsttestsequenz wird vom Benutzer nach Abschluss der Einschaltsequenz eingeleitet. Der Selbsttest wurde entwickelt, um den Betriebsbereich des Produkts vollständig zu testen, einschließlich des Kontaktwiderstands seiner 40 Quell- und 40 Messrelais.
Der Kontaktwiderstand kann sich im Laufe vieler Monate des Gebrauchs erhöhen, da Verunreinigungen in Molekülgröße an die Kontaktoberfläche wandern.
Wenn an einem Relaiskontakt ein Kontaktwiderstand über einem festgelegten Wert erkannt wird, wird automatisch ein einzigartiger elektronischer Reinigungsprozess eingeleitet, bis der Relaiskontakt seinen ursprünglichen niedrigen Wert erreicht. Diese Aktion maximiert die Lebensdauer der Relais zusätzlich.

Schlussfolgerungen

Jedes der 80 Relais des AT3600 verfügt über eine durchschnittliche, praxiserprobte mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen (MTBF) von über 100.000.000 Schaltvorgängen, eine Hochspannungsfestigkeit von 10 kV DC oder Spitzenwechselstrom und einen Schaltstrom von bis zu 3 Ampere DC oder Spitzenwechselstrom.
In Kombination mit der integrierten Selbsttestsequenz, den Relaisschaltgeschwindigkeiten, dem Kelvin-Messsystem, den tatsächlichen Schaltmethoden und dem einzigartigen elektronischen Relaisreinigungsprozess des AT3600 ist dies eine der genauesten und zuverlässigsten Methoden zur Befestigung und Prüfung von Transformatoren, die in einem Gerät verfügbar ist.

Beachten

Die Anordnung mehrerer Relais, Signalquellen und Messkreise, die in Testern der Voltech AT-Serie verwendet werden, ist durch die folgenden Patente geschützt:
USA: US5500598 ; Großbritannien: 2261957B ; Europa: 0621953B .