Analyse häufiger Fehler und Gegenmaßnahmen für Mittelspannungsvakuumschalter

Die Rolle von Vakuumschaltern in Umspannwerksystemen und die Analyse häufiger Fehler

Wenn in Umspannwerken Störungen auftreten, spielen Vakuumschalter eine entscheidende Schutzfunktion, indem sie Überlast- und Kurzschlussströme unterbrechen und so den sicheren und stabilen Betrieb des Stromnetzes sicherstellen. Es ist wichtig, die regelmäßige Inspektion und Wartung von Mittelspannung (MV) Vakuumschaltern zu verstärken, häufige Ausfallursachen zu analysieren und effektive Korrekturmaßnahmen umzusetzen, um die Zuverlässigkeit der Umspannwerke zu verbessern und damit größere wirtschaftliche und soziale Vorteile zu erzielen.

1. Struktur von Vakuumschaltern

1.1 Grundlegende Komponenten

Ein Vakuumschalter besteht in der Regel aus den folgenden wesentlichen Komponenten: Betriebsmechanismus, Stromunterbrechungseinheit, elektrisches Steuerungssystem, isolierende Unterstützung und Basisrahmen.

Betriebsmechanismen können in elektromagnetische, federbetätigte, permanenter Magnet, pneumatische und hydraulische Typen unterteilt werden. Basierend auf der relativen Position des Betriebsmechanismus und des Unterbrechers werden Vakuumschalter weiter in integrierte, aufgehängte, vollständig abgeschlossene modulare, sokkelmontierte oder bodengestützte Typen unterteilt.

1.2 Vakuumunterbrecher

Der Vakuumunterbrecher ist die Kernkomponente, die den korrekten Betrieb eines Vakuumschalters ermöglicht. Er besteht aus einem Isolierumhüllung, Schild, Faltenbalg, leitfähigen Stab, beweglichen und festen Kontakten und Endkappen.

Um eine effektive Bogenlöschung aufrechtzuerhalten, muss das Innenvakuum erhalten bleiben – typischerweise bei einem Druck unter 1,33×10⁻² Pa. Es wurden bedeutende Fortschritte in Materialien, Fertigungsprozessen, Struktur, Größe und Leistung von Vakuumunterbrechern erzielt.

Die Isolierumhüllung wird in der Regel aus Aluminiumoxidkeramik oder Glas hergestellt. Keramikhüllen bieten eine höhere mechanische Festigkeit und thermische Stabilität und sind heute weit verbreitet. Der bewegliche Kontakt befindet sich unten und ist mit dem leitfähigen Stab verbunden. Ein Führungsrohr sorgt für präzise und reibungslose vertikale Bewegung.

Um den Verschleiß der Kontakte zu überwachen, wird ein Punktmarker auf der Außenseite des Unterbrechers angebracht. Durch Beobachtung der Verschiebung dieses Markers relativ zum unteren Ende kann der Grad des Kontaktverschleißes geschätzt werden.

Der Strompfad und die Bogenunterbrechung finden an der Kontaktlücke zwischen dem beweglichen und festen Kontakt statt. Die metallischen Komponenten werden durch die Isolierumhüllung gestützt und abgedichtet, die an Schild, Kontakte und andere Metallteile gewählt wird, um die Vakuumintegrität aufrechtzuerhalten.

Das aus Edelstahl bestehende Schild, das elektrisch schwebend um die Kontakte herum liegt, spielt eine wichtige Rolle: Während der Stromunterbrechung fängt es Metallvapordämpfe vom Bogen ein, verhindert deren Ablagerung auf dem Isolator und erhält die innere Isolationsstärke.

2. Häufige Fehler in Mittelspannungs-Vakuumschaltern

2.1 Verringertes Vakuumniveau

Vakuumverlust ist ein kritischer, aber oft unentdeckter Fehler. Viele Installationen verfügen nicht über quantitative oder qualitative Vakuumüberwachungseinrichtungen, was die Diagnose erschwert.

Ein Vakuumverlust verkürzt die Lebensdauer des Schalters, beeinträchtigt die Stromunterbrechungsfähigkeit und kann zu katastrophalen Fehlern oder Explosionen führen. Ursachen sind:

• Schlechte mechanische Eigenschaften wie übermäßiger Überlauf, Kontaktfedern oder Phasenasynchronität.

• Übermäßiger Verbindungsgang während des Betriebs.

• Fertigungsfehler im Vakuumflasche (z.B. schlechte Abdichtung oder Materialfehler).

• Leckage im Faltenbalg aufgrund von Ermüdung oder Beschädigung.

2.2 Isolationsausfall

Viele Vakuumschalter verwenden kombinierte Isolation, indem der Unterbrecher in einer Epoxidharzgehäuse eingebettet ist. Wenn jedoch die Hochspannungsteile nicht vollständig eingeschlossen sind, können Umwelteinflüsse die Isolation beeinträchtigen.

Die während des Betriebs erzeugte Wärme kann die Isolationsleistung weiter verschlechtern und das Ausfallrisiko erhöhen.

2.3 Übermäßiges Kontaktfedern und asynchroner Betrieb

Langes Kontaktfedern beim Schließen und asynchrones Öffnen/Schließen können auf folgende Ursachen zurückgeführt werden:

• Mangelnde mechanische Leistung des Schalters.

• Defekte isolierende Zugstangen oder Trägerstrukturen.

• Fehlalimentierung zwischen der Kontaktelebene und der zentralen Achse des Schalters.

2.4 Unvollständige Federenergiespeicherung

Nach dem Schließen kann der Federmechanismus aufgrund folgender Gründe die Energie nicht vollständig speichern:

• Vorzeitige Trennung des Speicherkreises aufgrund falscher Grenzwertschaltereinstellungen.

• Zahnradverschleiß aufgrund starken Verschleißes.

• Alterung des Speichermotors.

• Hohe Federbelastung, die zu unvollständigem Wellenhub führt.

2.5 Fehlfunktionen und Betriebsausfälle

• Kontaktdeformation: Weiche Kontaktmaterialien können nach wiederholtem Gebrauch deformiert werden, was zu schlechten Kontakten und Phasenverlust führt.

• Ausschaltversagen: Bedingt durch unzureichende Ausschaltklammerbefestigung, Pinrutsch, niedrige Ausschaltspannung oder schlechte Hilfsschalterkontakte.

• Einschaltversagen: Resultiert aus niedriger Einschaltspannung, deformierten Verbindungsplatten, falschen Klammermaßen, Verkabelungsfehlern oder schlechten Hilfsschalterkontakten.

3. Maßnahmen zur Verhinderung und Behebung von Fehlern

3.1 Verhinderung des Vakuumverlusts

Regelmäßige Inspektion des Vakuumflasches ist essenziell. Verwenden Sie einen Vakuumtester für quantitative Messungen oder führen Sie Spannungsfestigkeitsprüfungen für qualitative Bewertungen durch. Bei Erkennung eines Vakuumverlusts ersetzen Sie den Unterbrecher und testen Sie Reisegang, Synchronisation und Federn, um die Einhaltung zu gewährleisten.

3.2 Verhinderung und Behandlung von Isolationsausfällen

Wenden Sie APG-Technologie (Automatisierte Druckgelation) und solide versiegelte Polensäulen an, um den Unterbrecher und die Ausgangsklemmen einzukapseln. Dies reduziert die Größe und schützt vor Umwelteinflüssen.

Testen Sie regelmäßig die Isolationsleistung und prognostizieren Sie die Isolationslebensdauer mit spezialisierten Geräten. Befolgen Sie strenge Installations-, Inbetriebnahm- und Wartungsverfahren, um menschliche Fehler zu vermeiden. Reinigen und inspizieren Sie regelmäßig Isolatoren und Zugstangen, um staubbedingte Ausfälle zu verhindern.

3.3 Behandlung von Kontaktfedern und Asynchronität

Setzen Sie eine Flachwelle zwischen der isolierenden Zugstange und dem Übertragungshebel ein, um das Kontaktfedern zu reduzieren. Justieren Sie die vertikale Ausrichtung der Kontaktkante, um das Federn zu minimieren.

Bei asynchronem Betrieb verwenden Sie einen Schaltcharakteristikentester, um den Einschaltfedergang, die Dreiphasenbetriebszeiten und die Phasensynchronisation zu messen. Anhand der Ergebnisse justieren Sie die Länge der Zugstange innerhalb der vorgesehenen Reisegangs- und Überlauffgrenzen, um die Synchronisation zu erreichen.

3.4 Behebung unvollständiger Federenergiespeicherung

• Ersetzen Sie alternde Speichermotoren.

• Verbessern Sie die Montagegenauigkeit von Ausschalt- und Verriegelungskomponenten.

• Verbessern Sie die Wärmebehandlung von Speichergetrieben, um Verschleiß und Rutschen zu verhindern.

3.5 Verhinderung von Fehlfunktionen und Betriebsausfällen

Verbessern Sie die Zuverlässigkeit der Steuerkreise, indem Sie die Hilfsschalterkontakte sichern und die Verbindungsmechanismen optimieren, um Deformationen oder Fehlalimentierungen zu verhindern. Stellen Sie sichere Verkabelungsverbindungen sicher.

Halten Sie die Arbeitsumgebung sauber und schmieren Sie bewegliche Teile, um Rost und Verschmutzungsbedingte Ausfälle zu verhindern.

Bei Fehlern im Einschaltschaltkreis inspizieren Sie den bodengestützten Hilfsschalter. Verwenden Sie einen Multimeter, um die Kontinuität am Sekundärstecker zu überprüfen. Wenn der Stecker offen ist, überprüfen Sie die Kontinuität zwischen den Hilfsschalterkontakten und dem Stecker, um den Fehler zu lokalisieren.

4. Schlussfolgerung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Unternehmen und Personal, um den zuverlässigen Betrieb von Vakuumschaltern sicherzustellen, die Ursachen häufiger Fehler wie Vakuumverlust, Isolationsausfall, Kontaktfedern, Federenergiespeicherprobleme und Fehlfunktionen identifizieren und effektive Präventions- und Korrekturmaßnahmen ergreifen müssen. Proaktive Wartung und technische Optimierung sind entscheidend, um Ausfälle zu minimieren und die Sicherheit, Effizienz und Haltbarkeit der Umspannwerksysteme zu verbessern.