Verständnis und Verwaltung von Fehlern in Stickstoff-isolierten Ringklemmgeräten
1. Gas-Systemfehler
Der kritischste Fehler in umweltfreundlichen gasisolierten Ringklemmschaltanlagen betrifft das Gassystem, insbesondere Gaslecks und Druckanomalien. Gaslecks in stickstoffisolierten Ringklemmschaltanlagen resultieren hauptsächlich aus dem Alterungsprozess von Dichtmaterialien und Fehlern im Schweißverfahren. Statistiken zeigen, dass etwa 65% der Gasleckfehler mit dem Altern von O-Ringen zusammenhängen, während 30% auf unzureichende Schweißarbeiten zurückzuführen sind. Gaslecks beeinträchtigen nicht nur die Isolierleistung, sondern können unter extremen Bedingungen auch Sicherheitsprobleme verursachen. Wenn die Stickstoffkonzentration zunimmt und der Sauerstoffgehalt in der Umgebung unter 19,5% fällt, kann es zu Ersticken kommen, was die Sicherheit des Personals gefährdet.
Druckanomalien stellen einen weiteren häufigen Fehler dar, der hauptsächlich durch Regelversagen von Magnetventilen oder Dichtungsfehlern verursacht wird. Der Betriebsdruck von stickstoffisolierten Ringklemmschaltanlagen liegt in der Regel zwischen 0,12 und 0,13 MPa, wobei der Nennabsolutdruck 0,2 MPa nicht überschreiten sollte. Wenn der Druck unter 90% des Nennwertes (ungefähr 0,11 MPa) sinkt, nimmt die Isolierleistung des Systems signifikant ab, sodass sofortiges Nachfüllen oder Wartung erforderlich ist. Bei Hochspannungsimpulsen zeigt Stickstoff eine „Höckererscheinung“ in Bezug auf seine Dielektrizitätsstärke, wobei das Verhältnis zwischen Druck und Isolierleistung nur in homogenen oder leicht inhomogenen elektrischen Feldern linear ist, was die Druckregelung komplexer macht.
Um Gas-Systemfehler zu beheben, sind moderne umweltfreundliche Ringklemmschaltanlagen in der Regel mit fortschrittlichen Gasmontoringsystemen ausgestattet, einschließlich Drucksensoren, Gasleckdetektoren und Feuchtigkeitsüberwachungsmodulen. Zum Beispiel ermöglicht drahtlose Sensortechnologie eine mehrdimensionale Echtzeitüberwachung von Temperatur, Druck, Leckage und Feuchtigkeitsgehalt innerhalb der Gaszelle, was die Fehlalarmfähigkeiten erheblich verbessert. Praktische Anwendungen zeigen, dass die Installation solcher Überwachungssysteme die Rate von Gasleckfehlern um über 75% reduzieren und die Wartungszyklen des Geräts auf 3–5 Jahre verlängern kann.
2. Störungen infolge elektrischer Felder
Teilentladungen und Durchschläge, die durch eine ungleichmäßige Verteilung des elektrischen Feldes verursacht werden, bilden die zweite Hauptkategorie von Fehlern in umweltfreundlichen gasisolierten Ringklemmschaltanlagen. Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, dass die Isolierleistung von Stickstoff nur etwa ein Drittel der von SF₆-Gas beträgt. In inhomogenen elektrischen Feldern verschlechtert sich die Isolierleistung von Stickstoff signifikant, was zu Entladungsphänomenen führt.
Spezifische Ausprägungen von Fehlern infolge elektrischer Felder umfassen Entladungen an den Verbindungsschrauben der Buchsen, Verzerrungen des elektrischen Feldes um Flansche und Oberflächenentladungen an Isolatoren. Untersuchungen zeigen, dass die maximale elektrische Feldstärke an diesen Fehlerstellen 5,4 kV/mm erreichen kann, weit über Sicherheitsschwellen hinaus. So kann zum Beispiel die Installation von Abschirmkappen auf Schraubenköpfen die elektrische Feldstärke auf 2,3 kV/mm reduzieren und das Risiko von Entladungen erheblich verringern.
Die Ursachen für elektrische Feldfehler lassen sich hauptsächlich auf drei Faktoren zurückführen: Erstens die geringe Isolierleistung von Stickstoff (etwa ein Drittel der von SF₆), was eine präzisere elektrische Feldgestaltung erfordert; zweitens die komplexe interne Struktur der Gaszelle, die leicht zu Konzentrationspunkten des elektrischen Feldes führt; und drittens das kompakte Design von umweltfreundlichen Ringklemmschaltanlagen, die typischerweise kleinere Phasenabstände als traditionelle Geräte haben, was die Inhomogenität des elektrischen Feldes verstärkt. In umweltfreundlichen Ringklemmschaltanlagen beträgt der Luftabstand zwischen Leitern und Phasen oder Erdung in der Regel nicht mehr als 125 mm, viel kleiner als die über 350 mm bei SF₆-isolierten Einheiten, was die Kontrolle des elektrischen Feldes besonders wichtig macht.
Die Bewältigung von elektrischen Feldproblemen erfordert eine Optimierung des Designs. Durch die Verwendung von gleichpotentialisierenden Isolierschläuchen und die Optimierung von Buchsenformen und Flanschdesigns mittels elektrischer Feldsimulationen kann das Risiko von Teilentladungen reduziert werden. Darüber hinaus sind die Erhöhung der Radiuswinkel (R-Winkel) der Elektroden und die Verwendung runder Leiter zur Reduzierung des Unsymmetriefaktors des elektrischen Feldes ebenfalls wirksame Methoden. Während der Herstellung ist es entscheidend sicherzustellen, dass die Oberflächenfeldstärke der lebenden Teile und Isolatoren den Standardanforderungen entspricht, insbesondere die Teilentladungssteuerung von Epoxidharzkomponenten.
3. Fehler infolge von Wärmeableitungsproblemen
Der dritte Hauptfehler, dem umweltfreundliche gasisolierte Ringklemmschaltanlagen gegenüberstehen, ist Überhitzung aufgrund unzureichender Wärmeableitung. Die Wärmeableitungsleistung von Stickstoff ist signifikant schwächer als die von SF₆-Gas, was insbesondere unter Hochlastbedingungen deutlich wird. Wenn der Strom über 2100 A steigt, wird die Wärmeableitungsleistung von stickstoffisolierten Ringklemmschaltanlagen unzureichend, was leicht zu Alterung von Isoliermaterialien und Verbindungsfehlern führt.
Spezifische Ausprägungen von unzureichender Wärmeableitung umfassen Überhitzung von Kabelverbindungen, Temperaturanstieg an Busbar-Verbindungen und Verkohlung von Isoliermaterialien. Zum Beispiel wurde ein schwerer Unfall mit dem Verbrennen einer Kabelverbindung analysiert und auf eine Kombination aus mangelhafter Montage und unzureichender Wärmeableitung zurückgeführt. In der langfristigen Nutzung führt Überhitzung zu einer Verschlechterung der Leistungsfähigkeit des Isoliermaterials, was einen Teufelskreis schafft, der letztendlich zu Kurzschlüssen oder Explosionen führt.
Die Ursachen für Wärmeableitungsprobleme lassen sich hauptsächlich auf drei Aspekte zurückführen: Erstens beträgt die thermische Leitfähigkeit von Stickstoff nur ein Viertel der von SF₆, was zu einer schlechten Wärmeleitung führt; zweitens begrenzt das kompakte Design von umweltfreundlichen Ringklemmschaltanlagen den Raum der Gaszelle, was die natürliche Konvektionskühlung einschränkt; und drittens ist die Wärme, die bei Hochlastbetrieb erzeugt wird, schwer effektiv abzuleiten, was zu lokalen Temperaturerhöhungen führt.
In den letzten Jahren sind verschiedene innovative Lösungen entwickelt worden, um Wärmeableitungsprobleme zu bewältigen. Radiative Kühlbeschichtungen können die Oberflächentemperatur von Ringklemmschaltanlagen tagsüber um 30,9°C senken und bieten gute mechanische Eigenschaften, Alterungsbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Entwickelte intelligente Kühl- und Entfeuchtungsvorrichtungen, die durch die koordinierte Arbeit von Ventilatoren und Entfeuchtern arbeiten, können die Temperaturen von Ringklemmschaltanlagen um 40% und die Feuchtigkeit um 58% reduzieren und lösen so effektiv Probleme mit unzureichender Wärmeableitung. Darüber hinaus sind die Optimierung der Lüftung des Gasraums und die Verwendung von Isoliermaterialien mit hoher thermischer Leitfähigkeit gebräuchliche Verbesserungsmethoden.
4. Fehler an mechanischen Komponenten
Der vierte häufige Fehler in umweltfreundlichen gasisolierten Ringklemmschaltanlagen betrifft mechanische Komponenten, insbesondere Verriegelungen der Betätigungseinrichtung, Verschleiß der Übertragungsteile und Alterung der Dichtkomponenten. Obwohl das versiegelte Design der Gaszelle den Einfluss feuchter Umgebungen auf mechanische Komponenten reduziert, kann die langfristige Versiegelung auch zu internen Feuchtigkeitsanhäufungen führen, die die Zuverlässigkeit der Betätigungseinrichtung beeinträchtigen.
Spezifische Ausprägungen von mechanischen Fehlern umfassen das Nichtöffnen oder -schließen, das Verklemmen von Federn und den Verschleiß von Übertragungswellenbolzen. Es wurden mehrere Fälle von Verriegelungen der Betätigungseinrichtung aufgrund des Alterns mechanischer Komponenten dokumentiert, die in der Regel mit längeren Stillstandszeiten oder unzureichender Wartung zusammenhängen. In umweltfreundlicher Ausrüstung können mechanische Fehler auch mit dem kompakten inneren Raum der Gaszelle und dem komplexen Komponentenlayout zusammenhängen.
Die Ursachen für mechanische Fehler lassen sich hauptsächlich auf folgende Punkte zurückführen: Erstens kann die langfristige Versiegelung den Schmierzustand der Betätigungseinrichtung beeinflussen; zweitens erhöht das kompakte Design die Installations- und Wartungskomplexität der mechanischen Komponenten; und drittens haben umweltfreundliche Geräte höhere Anforderungen an die mechanische Festigkeit, um Deformationsrisiken des Gasraums zu bewältigen.
Die Optimierung von Schmierstrategien ist entscheidend, um mechanische Komponentenfehler zu beheben. Es wird empfohlen, Polyurea-basierte Gleitmittel (wie Kl-Gleitmittel) zu verwenden, die ausgezeichnete Temperaturanpassungsfähigkeit (-40°C bis +120°C), Bogenwiderstand und lange Lebensdauer (über 10 Jahre) bieten. Darüber hinaus sind regelmäßige Wartungsmaßnahmen (z.B. Gleitmittelaustausch alle 3 Jahre) und das Vermeiden inkompatibler Gleitmittel (wie Calcium- oder Natrium-basierte Gleitmittel) wichtige Maßnahmen, um mechanische Fehler zu verhindern.
