Leitfaden zur elektrischen Lebensdauer und Zuverlässigkeit von Vakuumschaltgeräten

1. Rationale Auswahl der elektrischen Lebensdauer für Hochspannungsvakuumschaltkreise

Die elektrische Lebensdauer eines Hochspannungsvakuumschaltkreises bezieht sich auf die in technischen Normen festgelegte Anzahl von Vollastunterbrechungen, die durch Typentests bestätigt werden. Da jedoch die Kontakte von Vakuumschaltkreisen im tatsächlichen Einsatz nicht repariert oder ersetzt werden können, ist es entscheidend, dass diese Schaltkreise eine ausreichend hohe elektrische Lebensdauer aufweisen.

Neuere Vakuumschütze verwenden längs magnetische Feldkontakte und Kupfer-Chrom-Kontaktmaterialien. Die längsmagnetischen Feldelektroden reduzieren erheblich die Bogen-Spannung bei Kurzschluss- und Unterbrechungsströmen. Kupfer-Chrom-Materialien helfen, den Bogen gleichmäßiger über die Kontaktoberfläche zu verteilen und reduzieren somit erheblich die Kontaktverwitterung pro Einheit Bogenenergie. Diese Kombination hat zu einem Durchbruch bei der Verbesserung der elektrischen Lebensdauer von Hochspannungsvakuumschaltkreisen geführt. Derzeit sind die Unterbrechungs- und Schließleistungen von Hochspannungsvakuumschaltkreisen in China sowohl hoch als auch stabil.

In frühen chinesischen Modellen betrug die elektrische Lebensdauer nur etwa 30 Operationen. Einige Geräte sind seit über 20 Jahren im Einsatz, und bis heute wurden keine Vakuumschaltkreise aufgrund der Erschöpfung der elektrischen Lebensdauer durch Kurzschlussunterbrechungen außer Betrieb genommen, noch wurden Unfälle durch unzureichende elektrische Lebensdauer verursacht. Dies zeigt deutlich, dass bestehende Hochspannungsvakuumschaltkreise im Allgemeinen den Anforderungen an die elektrische Lebensdauer von Energiesystemen gerecht werden. Daher muss die elektrische Lebensdauer für Kurzschlussunterbrechungen nicht übermäßig hoch sein.

2. Temperaturanstieg bei Hochspannungsvakuumschaltkreisen

Der Schleifwiderstand eines Hochspannungsvakuumschaltkreises ist die Hauptquelle der Wärme, die den Temperaturanstieg verursacht, und der Schleifwiderstand des Schützes macht in der Regel mehr als 50 % des Gesamtwiderstands aus. Der Kontaktwiderstand am Kontaktabstand ist der Hauptbestandteil des Widerstands des Schützes. Da das Kontaktsystem in der Vakuolkammer versiegelt ist, kann die Wärme nur über die beweglichen und stationären Leiterstäbe abgeführt werden.

Das stationäre Ende des Vakuumschützes ist direkt mit dem festen Träger verbunden, während das bewegliche Ende über eine Kontaktklemme und einen flexiblen Verbindungsteil mit dem beweglichen Träger verbunden ist. Obwohl die Bewegung des beweglichen Endes die Wärmeabfuhr unterstützt, führen der längere thermische Pfad und die vielen Verbindungspunkte dazu, dass der höchste Temperaturanstieg in der Regel an der Verbindung zwischen dem beweglichen Leiterstab und der Kontaktklemme auftritt.

In der Praxis ist es eine effektive Methode, die bessere Wärmeabfuhr am stationären Ende nutzend, um die Wärme vom beweglichen Ende abzuleiten, um so einen übermäßigen Temperaturanstieg zu kontrollieren.

3. Leckagen bei Vakuumschützen

Die Biegestege in den meisten Vakuumschützen werden durch Stanzen aus 0,15 mm dickem rostfreiem Stahl hergestellt. Eine unangemessene Wahl der Umgebung—wie Verschmutzungsgrad, Feuchtigkeit, Salznebel—oder die Exposition gegenüber schädlichen Gasen und Kondensation kann zu Pittingkorrosion an den Biegestegen führen, was zu Leckagen an den Biegestegen, Deckplatten und Abdichtstellen führt.

Eine korrekte Ausrichtung bei der Montage sowie die Auswahl geeigneter Betriebs- und Lagerbedingungen sind Schlüsselmaßnahmen, um Leckagen bei Vakuumschützen zu verhindern.

4. Bedeutung der Justierung mechanischer Parameter bei Hochspannungsvakuumschaltkreisen

Die mechanische Lebensdauer von Hochspannungsvakuumschaltkreisen in China beträgt typischerweise 10.000 bis 20.000 Operationen, wobei laufende Forschungen darauf abzielen, dies auf 30.000–40.000 zu erhöhen. Elektromagnetische Betriebsmechanismen werden aufgrund ihrer einfachen Struktur, hoher Zuverlässigkeit, einfacher Justierung und Wartung sowie der Bekanntheit bei den Bedienern weit verbreitet eingesetzt. Allerdings werden in einigen Regionen auch Federbetriebsmechanismen häufig verwendet. Der Betriebsmechanismus ist der komplexeste und präzisionskritischste Teil der mechanischen Struktur des Schaltkreises, und viele Hersteller verfügen nicht über die Fertigungskapazitäten, um die erforderliche Bearbeitungspräzision zu erreichen.

Um die Zuverlässigkeit sicherzustellen, hat China ein modulares Design eingeführt, das den Betriebsmechanismus vom Schaltkreisgehäuse trennt. Spezialisierte Fabriken mit besseren Produktionsbedingungen fertigen die Mechanismen, die dann über die Ausgangswelle mit dem Schaltkreis integriert werden. Eine angemessene Konfiguration der mechanischen Parameter steht in direktem Zusammenhang mit der technischen Leistung und der mechanischen Lebensdauer. Daher ist eine optimale Justierung der mechanischen Parameter entscheidend. Eine ideale Dämpfungseigenschaft sollte beim ersten Kontakt des beweglichen Teils mit dem Dämpfer nur geringe Gegenkräfte ausüben und dann schnell mit zunehmender Wegstrecke steifer werden, um die kinetische Energie maximal zu absorbieren und somit den Kontaktsprung und die Wegstrecke beim Öffnen effektiv zu begrenzen.

5. Verbesserung der Betriebszuverlässigkeit von Hochspannungsvakuumschaltkreisen

• Verständnis der grundlegenden Struktur von Vakuumschaltkreisen, Kenntnis ihrer technischen Spezifikationen, Auswahl geeigneter Betriebsbedingungen, enge Kommunikation mit den Herstellern und korrekte Nutzung fortschrittlicher Funktionen;

• Sorgfältige Justierung der mechanischen Parameter und Sicherstellung der Einhaltung der spezifizierten mechanischen Anforderungen, um die grundlegende Funktionalität zu gewährleisten;

• Standardisierung des Managements und der Lagerung von Ersatzteilen, um die Konsistenz, Interoperabilität und Zuverlässigkeit ihrer technischen Leistung und Qualität zu gewährleisten;

• Erstellung detaillierter Betriebsprotokolle und Durchführung von Unfallanalysen. Zusammenfassung von Erfahrungen, enge Zusammenarbeit mit den Herstellern und kontinuierliche Verbesserung der Fortschrittlichkeit, Zuverlässigkeit und Kosteneffizienz von Vakuumschaltkreisen.