Forschung zur mechanischen Fehleranalyse und -verbesserungstechniken von Hochspannungs-Abschaltschaltern

Mit der ständigen Fortschreitung der Mechanisierung in der modernen Gesellschaft hat sich der Bedarf an elektrischer Energie im täglichen Leben erheblich erhöht. Um sicherzustellen, dass die Stromversorgung diesem wachsenden Bedarf gerecht wird, muss das Stromsystem mit größerer Stabilität, Sicherheit und Echtzeit-Reaktionsfähigkeit arbeiten. Dies unterstreicht die entscheidende Bedeutung der Qualität von Hochspannungs-Schaltisolatoren während der Herstellung.

Hersteller müssen ihr Bewusstsein für diese Verantwortung stärken, um eine zuverlässige Betriebsführung von Hochspannungsübertragungsleitungen sicherzustellen und die Häufigkeit von Ausfällen zu reduzieren. Es ist wichtig zu erkennen, dass Schaltisolatoren verantwortlich sind, elektrische Ausrüstung bei Notständen unter Lastfreien Bedingungen sicher zu isolieren. Daher ist eine umfassende Analyse bestehender mechanischer Fehler notwendig, gefolgt von gezielten Lösungen, um Risiken zu minimieren.

1. Gängige Mängel und Fehleranalyse

Hochspannungsübertragungsleitungen erfordern regelmäßige Wartung, was häufige Betriebshandhabungen von Hochspannungs-Schaltisolatoren zur Isolierung von Energiequellen erfordert – um die Sicherheit des Wartungspersonals zu gewährleisten. Aufgrund von inhärenten Design- und Materialmängeln bleiben jedoch mechanische Fehler die häufigste Art von Fehlern. Untersuchungen zeigen, dass falsche Montage, unzureichende Inbetriebnahme oder mechanische Korrosion oft zu übermäßig hoher Temperatur im Leiterkreis, Isolierstoffrissen und sogar schwerwiegenden Sicherheitsvorfällen führen.

Ein besonders gefährlicher mechanischer Fehler ist das Bruch von tragenden Porzellanisolatoren. Dieser Fehler birgt das höchste Risiko und kann zu katastrophalen Folgen führen. Die Ursachen können aus mehreren Aspekten analysiert werden:

• Materialqualitätsprobleme: Untermaßstäbliche Isolatorqualität, bedingt durch mangelhafte Produktionskontrolle, führt zu ernsthaften Sicherheitsrisiken. Untersuchungen gebrochener Isolatoren offenbaren stets interne Verunreinigungen, Mikrorisse, schlechte Bindungsqualität und in einigen Fällen das Fehlen von Asphalt als Stoßdämpfer.

• Design- und Prozessfehler: Inhärente Konstruktionsfehler, unzureichende Handwerkskunst oder unangemessene Brennprozesse während der Herstellung können zu schwachen Verbindungen zwischen dem Isolator und dem Flansch führen, was die Lebensdauer und Zuverlässigkeit verringert.

• Umweltbedingte Verschlechterung: Langfristige Exposition gegenüber harschen Bedingungen, einschließlich starken elektromagnetischen Feldern, chemischer Korrosion und Witterung, beschleunigt den Alterungsprozess.

• Erdbebenauswirkungen: Während Erdbeben können starke Vibrationen aufgrund struktureller Resonanz oder mechanischer Spannung zum Bruch von Isolatoren führen.

Ein weiterer häufiger Fehler ist das Betriebsversagen des Schaltisolators, bei dem eine fehlerhafte Handhabung zu einem unvollständigen Öffnen oder Schließen (Fehlstellung) führt, was zu schlechter Kontaktaufnahme, erhöhtem Widerstand, Überhitzung und potenzieller Geräteschädigung führt. Einflussfaktoren sind:

• Konstruktionsfehler oder falsche Materialauswahl: Unzureichende Strukturdesigns oder ungeeignete Materialien beeinträchtigen die Leistungsfähigkeit.

• Schwere Korrosion: Drehbare Komponenten, die in der Regel aus Metall bestehen, sind den Außenbedingungen ausgesetzt. Hohe Luftfeuchtigkeit, Fehlen von Schmierung und langfristige Exposition beschleunigen die Korrosion und verringern die Betriebsflexibilität.

• Ausfall der elektrischen Steuerungssysteme: Defekte elektrische Bauteile in motorisierten Betriebsmechanismen können zu Betriebsversagen führen.

• Umweltfaktoren: Die Belastung durch Regen, Schnee und Verschmutzung im Freien. In den letzten Jahren haben schwere Smog und erhöhte atmosphärische Feuchtigkeit die Korrosion verstärkt.

• Chemische Korrosion: Atmosphärischer Staub und Feuchtigkeit reagieren und bilden korrosive Elektrolyte. Wenn diese Substanzen auf den Schaltflächen abgelagert werden, führen sie zu elektrochemischer Korrosion.

• Interne Konstruktionschwächen: Mangelhafte Abdichtung ermöglicht die Eindringung von Feuchtigkeit. Ungünstige Materialauswahl, wie Metalle mit geringer Korrosionsbeständigkeit, oder unzureichende Korrosionsschutzbeschichtungen verschlechtern die Leistung zusätzlich. Zusammen mit unzureichender Wartung und Inspektion führen diese Faktoren zu schwerwiegendem mechanischem Verschleiß.

2. Verbesserungsmaßnahmen für mechanische Fehler

2.1 Produktion und Qualitätskontrolle

Hersteller müssen während der Produktion strikt den Konstruktionsvorgaben folgen und sicherstellen, dass Materialauswahl und allgemeine Qualitätskontrolle angemessen sind. Um Brüche von Porzellanisolatoren zu adressieren:

• Sicherstellen, dass das Schaltdesign technischen und betrieblichen Anforderungen entspricht.

• Qualitätskontrolle in der Produktion durch Einsatz hochwertiger Rohstoffe stärken.

• Nur mit renommierten, technisch qualifizierten Lieferanten zusammenarbeiten.

• Qualitätssicherungsvereinbarungen mit Lieferanten abschließen, einschließlich vor Ort-Inspektionen und Produkttests.

• Während der Produktion streng den Arbeitsabläufen folgen; technische Fehler oder Mängel sofort beheben – niemals zwingend betreiben.

2.2 Überhitzungsvorbeugung

Überhitzung im Leiterkreis stellt eine ernsthafte Sicherheitsgefahr dar. Effektive Gegenmaßnahmen umfassen:

• Anpassung der Kontakteinfügetiefe, um optimale Kontaktaufnahme zu gewährleisten.

• Reinigung der Kontaktoberflächen oder Nutzung von selbstreinigenden Kontaktdesigns.

• Installation von Temperatursensoren, um Abnorme Erwärmung zu überwachen und frühzeitig einzuschreiten.

• Durchführung von Live-Line-Reinigungen, um die Wartungseffizienz zu verbessern.

2.3 Korrosionsschutz

Da Korrosion ein Hauptbeitrag zu mechanischen Fehlern ist:

• Regelmäßige Schmierung beweglicher Teile.

• Verwendung von rostfreiem Stahl oder anderen korrosionsbeständigen Materialien.

• Verbesserung der Abdichtung, um Wasserdichtigkeit zu erhöhen.

• Sicherstellen, dass hochwertige Korrosionsschutzbeschichtungen ordnungsgemäß aufgetragen werden.

2.4 Wartung und Inspektion

Regelmäßige Inspektion und rechtzeitige Reparatur sind unerlässlich. Allerdings muss die Wartung sinnvoll sein – nicht nur Routine oder Formalität. Oberflächliche Reparaturen verschwenden Ressourcen und garantieren keine sichere Betriebsführung. Nur gründliche, zustandsbasierte Wartung kann unerwartete Ausfälle verhindern.

3. Diagnosemethoden für mechanische Fehler

Verschiedene Diagnosetechniken bieten unterschiedliche Vor- und Nachteile. Fachpersonal sollte Methoden basierend auf den tatsächlichen Bedingungen auswählen und Ansätze kombinieren, um genaue Fehlersuche zu erreichen.

• Ultraschallprüfung: Bevor die Installation erfolgt, Ultraschallprüfung durchführen, um Risse in Porzellanisolatoren zu entdecken und latente Mängel zu vermeiden.

• Spannungsüberwachung: Nach der Installation überwachen, ob Isolatoren unter abnormaler mechanischer Spannung stehen.

• Infrarot-Thermografie: Lokale Überhitzung im Kreislauf erkennen. Bei Identifizierung von Heißpunkten schnell Maßnahmen ergreifen.

• Motorstromüberwachung: Den Motorstrom während des Betriebs messen, um die Schaltleistung zu bewerten und Anomalien zu identifizieren.

• Dehnungsmessung: Widerstandsdehnungsmessstreifen verwenden, um abnormale Spannungen auf Isolatoren zu detektieren.

• Signalanalyse: Motorstromsignale analysieren, um die Gesundheit des Antriebssystems zu bewerten.

4. Schlussfolgerung

Erst nachdem alle diagnostischen Prüfungen eine normale Betriebsführung und das Fehlen von Sicherheitsrisiken bestätigt haben, sollte der Schaltisolator in Betrieb genommen werden.

Dieser Artikel analysiert gängige mechanische Fehler an Hochspannungs-Schaltisolatoren, einschließlich Bruch von Porzellanisolatoren, abnormer Spannung, Überhitzung des Kreislaufs, Betriebsversagen und Korrosion metallischer Komponenten. Basierend auf aktuellen technischen Herausforderungen wurden gezielte Verbesserungs- und Präventivmaßnahmen vorgeschlagen. Durch die Implementierung dieser Empfehlungen können Wartungspersonal die Prävention von Hochspannungs-Isolationsfehlern verbessern, die Systemzuverlässigkeit erhöhen und die Sicherheit des Betriebspersonals gewährleisten.