Prüfverfahren für Vakuumschaltkreise

Wenn Vakuumschaltgeräte hergestellt oder im Feld verwendet werden, werden drei Prüfungen durchgeführt, um ihre Funktionalität zu überprüfen: 1. Kontaktwiderstandsprüfung; 2. Hochspannungs-Festigkeitsprüfung; 3. Leckratenprüfung.

Kontaktwiderstandsprüfung

• Während der Kontaktwiderstandsprüfung wird ein Mikroohmmeter auf die geschlossenen Kontakte des Vakuumschaltgeräts (VI) angewendet und der Widerstand gemessen und aufgezeichnet. Das Ergebnis wird dann mit den Konstruktionsvorgaben und/oder den Durchschnittswerten für andere Vakuumschaltgeräte aus derselben Produktionscharge verglichen.

• Diese Prüfmethode stellt sicher, dass der Kontaktwiderstand jedes Vakuumschaltgeräts den erwarteten technischen Spezifikationen entspricht, wodurch seine Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit gewährleistet wird. Durch den Vergleich der Ergebnisse mit den Durchschnittswerten der gleichen Charge können potenzielle Anomalien identifiziert werden, sodass rechtzeitig korrektive Maßnahmen ergriffen werden können.

Hochspannungs-Festigkeitsprüfung

Bei der Hochspannungs-Festigkeitsprüfung wird eine hohe Spannung an den geöffneten Kontakten des Vakuumschaltgeräts (VI) angelegt. Die Spannung wird schrittweise bis zum Prüfwert erhöht, und jeglicher Leckstrom wird gemessen. Fabrikprüfungen können mit AC- oder DC-Hochspannungsprüfgeräten durchgeführt werden. Hersteller bieten verschiedene tragbare Prüfgeräte für Hochspannungsprüfungen an offenen Vakuumschaltgeräten an. Die meisten dieser Prüfgeräte sind DC-Prüfgeräte, da sie wesentlich kompakter und damit tragbarer als AC-Hochspannungsprüfgeräte sind.

Bei Verwendung einer DC-Prüfspannung kann ein hoher Feldemissionsstrom von einem mikroskopisch scharfen Punkt an einem Kontakt fälschlicherweise als Indikator dafür interpretiert werden, dass das Vakuumschaltgerät mit Luft gefüllt ist. Um solche Fehlinterpretationen zu vermeiden, sollte das Vakuumschaltgerät immer unter positiver und negativer DC-Spannungspolarität getestet werden. Dies bedeutet, dass die Prüfung durch Umkehrung der Polaritäten durchgeführt werden sollte. Ein defektes Gerät, das mit Luft gefüllt ist, zeigt in beiden Polaritäten ähnlich hohe Leckströme.

Ein intaktes Gerät mit einem geeigneten Vakuumpegel kann trotzdem einen hohen Leckstrom zeigen, aber dies ist in der Regel nur in einer Polarität der Fall. Ein Gerät mit einem winzigen scharfen Punkt am Kontakt erzeugt einen hohen Feldemissionsstrom nur, wenn es als Kathode, nicht als Anode wirkt. Daher verhindert die Wiederholung der Prüfung durch Umkehrung der Polaritäten jede Fehlinterpretation der Ergebnisse. Die zu verwendende Prüfspannung für die Prüfung eines Vakuumschaltgeräts sollte den Empfehlungen der Hersteller folgen.

Im Folgenden finden Sie ein Beispiel für einen Hochspannungs-Vakuumschaltgeräte-Tester im Bereich von 10 bis 60 kV DC, der von Megger angeboten wird:

Leckratenprüfung (MAC-Test)

Die Leckratenprüfung basiert auf dem Penning-Entladungsprinzip, benannt nach Frans Michael Penning (1894-1953). Penning zeigte, dass, wenn eine hohe Spannung an geöffnete Kontakte in einem Gas angelegt wird und die Kontaktstruktur von einem Magnetfeld umgeben ist, der Strom, der zwischen den Platten fließt, eine Funktion des Gasdrucks, der angelegten Spannung und der Stärke des Magnetfeldes ist.

Grundlegende Prüfaufstellung

Die folgende Abbildung zeigt die grundlegende Aufstellung für eine Leckratenprüfung an einem Vakuumschaltgerät (VI). Für Feldprüfungen wird das VI in eine tragbare feste magnetische Spule platziert oder ein flexibles Kabel um das Prüfobjekt eine bestimmte Anzahl von Malen gewickelt. Wenn die Prüfung beginnt, wird eine hohe DC-Spannung an das VI angelegt, und der Grundleckstrom wird gemessen. Anschließend, während einer zweiten Anwendung der hohen DC-Spannung, wird ein DC-Spannungsimpuls an die magnetische Feldspule angelegt, und der Gesamtstrom wird während dieses Pulses gemessen. Der Ionenstrom wird als der Gesamtstrom minus der Leckstrom berechnet. Da sowohl die Stärke des Magnetfeldes als auch die angelegte Spannung bekannt sind, bleibt der Gasdruck als einzige Variable übrig. Wenn das Verhältnis zwischen Gasdruck und Stromfluss bekannt ist, kann der interne Druck auf der Grundlage des gemessenen Stroms berechnet werden.

Diese Prüfmethode ermöglicht eine präzise Bewertung des Vakuumpegels innerhalb des Vakuumschaltgeräts, wodurch dessen Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit sichergestellt werden. Durch den Vergleich der Strömungsänderungen unter verschiedenen Bedingungen können potenzielle Leckagen effektiv erkannt werden, was die sichere Betriebsführung der Ausrüstung gewährleistet.

Selbst die besten Vakuumschaltgeräte (VIs) haben ein gewisses Maß an Leckage, und diese Leckage kann so langsam sein, dass das VI den vorhergesagten Lebensdauer des Herstellers erreicht oder sogar übersteigt. Allerdings können unerwartete Zunahmen der Leckrate den Lebensdauer des VI erheblich verkürzen. Wenn VIs in Schaltanlagen während der Routinewartung mit traditionellen Methoden getestet werden, kehren sie in den Betrieb zurück, mit der Gewissheit, dass sie in diesem Moment funktionieren, ohne Vorhersagen über zukünftige Leistung zu geben.

Vorteile der Leckratenprüfung

Das Aufstellen und Durchführen der Leckratenprüfung ist nicht schwieriger als viele der Feldtests, mit denen das Wartungspersonal bereits vertraut ist, und die Ergebnisse sind extrem genau bei der Bestimmung des internen Drucks des VIs. Mit der weiteren Einführung der Leckratenprüfung kann die Elektroindustrie eine deutliche Verbesserung der Wartungseffizienz und eine Reduzierung der Anzahl unerwarteter Ausfälle von VIs erwarten.

Durch die Einführung der Leckratenprüfung kann nicht nur die aktuelle Funktionalität der Ausrüstung sichergestellt werden, sondern es werden auch wichtige prognostische Daten über die zukünftige Leistung bereitgestellt. Dieser Ansatz hilft nicht nur, die Lebensdauer der Ausrüstung zu verlängern, sondern unterstützt auch die Entwicklung effektiverer präventiver Wartungspläne, was die Gesamtzuverlässigkeit und -sicherheit des Systems verbessert.

Die obige Beschreibung wurde verfeinert, um die Informationen klar und genau zu vermitteln und die Lesbarkeit zu verbessern. Sie betont die Bedeutung der Leckratenprüfung und deren Vorteile gegenüber traditionellen Prüfmethoden und weist auf die potenziell positiven Auswirkungen auf die Elektroindustrie hin.

Verwendung der starren magnetischen Spule beim MAC-Test am gesamten Pol

Die obige Abbildung zeigt, wie die starre magnetische Spule, die beim MAC-Test verwendet wird, auf den gesamten Pol angewendet werden kann, wenn das Vakuumschaltgerät (VI) nicht leicht zugänglich ist. Während viele der mittelspannungsfähigen Vakuumschaltanlagen im Feld die Anwendung der Spule entweder an einzelnen VIs oder an einzelnen Polen erlauben, haben einige nicht genug Platz oder die passende Konfiguration, um dies zu ermöglichen.