Leistungsschalter sind mit Abstand die größte einzelne Ursache für Störungen in Umspannwerken, und ein Schalter, der nicht oder zu spät öffnet, gefährdet alles, was er schützen soll. Dieses Video fasst sechs technische Webinare zu Leistungsschaltern und Schaltanlagen zusammen: was ausfällt, was die zyklische Wartung übersieht und was eine kontinuierliche Überwachung tatsächlich hinzufügt.
Das Wichtigste
- Zwischen 83 und 90 % der gemeldeten Probleme sind mechanischer Natur, und zwar in allen Spannungsebenen.
- Defekte entstehen zwischen zwei Inspektionen, und mehrere davon sind bei einer Prüfung am außer Betrieb genommenen Leistungsschalter nicht erkennbar.
- Der Strom der Auslösespule bildet den Mechanismus ab: Die Diagnose ist ein Vergleich mit der Signatur im fehlerfreien Zustand, kein Grenzwert.
- Das Schutzrelais beschreibt den Fehler, das Überwachungsgerät beschreibt den Leistungsschalter.
- Bei SF6 alarmiert ein Manometer erst, wenn bereits viel Gas entwichen ist; in Schaltanlagen versagt die Isolierung, und Teilentladungen machen dies erkennbar.
Warum der Leistungsschalter so wichtig ist
Eine verzögerte oder ausbleibende Öffnung setzt das gesamte System dem Fehlerstrom aus. Eine Fehlfunktion des Leistungsschalters ist häufig die eigentliche Ursache eines Transformatorausfalls, ein Transformator ist also nur so zuverlässig wie der Leistungsschalter, der ihn schützt. Und ein Leistungsschalter, der jahrelang geschlossen bleibt, gibt keinen Hinweis auf seinen Zustand, bis zu dem Tag, an dem er auslösen soll.
Fast immer ist es mechanisch
Die in den Sitzungen genannten Zahlen stammen aus den EPRI-Leitlinien zur Lebensdauerverlängerung von Umspannwerken:
| Ursprung des Problems | Anteil an den gemeldeten Problemen |
|---|---|
| Mechanisch | 83–90 % |
| Hilfs- und Steuerstromkreise | 8–15 % |
| Hauptstromkreis | 1–5 % |
Die wichtigsten Ursachen sind nachlassende Schmierung, fehlende Wartung und Alterung, und das Symptom, das sich tatsächlich messen lässt, ist eine verlängerte Ausschaltzeit.
Was die zyklische Wartung übersieht
Die Probleme entstehen zwischen den Intervallen: Schmierung, die nachlässt und die Ausschaltzeit verlängert, Ausfall der Heizung und Kondensation im Steuerschrank, Hydraulik- und Pneumatikleckagen, die zu übermäßig vielen Motoranläufen führen, SF6-Verlust und Eindringen von Feuchtigkeit durch undichte Dichtungen, Ausfälle der Aus- und Einschaltspulen sowie klemmende oder korrodierte Hilfskontakte. Zeit- und Wegmessungen decken diese Probleme auf, erfordern aber einen außer Betrieb genommenen Leistungsschalter und werden deshalb selten durchgeführt.
Jede Offline-Prüfung hat zudem einen blinden Fleck. Die Zeit- und Wegmessung erfordert eine Freischaltung; die Kontaktwiderstandsmessung erkennt keinen Abbrand der Abbrennkontakte, weil nicht diese gemessen werden; der Verlustfaktor wird von Umgebungsbedingungen und Verschmutzung beeinflusst. Die erste Auslöseprüfung ist diejenige, die erfasst, was die anderen übersehen.
Im Spulenstrom spricht der Mechanismus
Online ist die zentrale Messung der Strom der Auslösespule. Jeder Knick in der Kurvenform entspricht einem Teil des Mechanismus, der sich bewegt: Der Strom beginnt über den Kontakt 52a zu fließen, der Anker erreicht seine Geschwindigkeit, die Klinke wird angeschlagen, der Puffer wird angeschlagen, und schließlich öffnet der Kontakt 52a und der Stromkreis ist unterbrochen. Mit 128 Abtastwerten pro Periode erfasst, wird er auf die Millisekunde aufgelöst und als Kurvenform gespeichert, die sich über die vorherige legen lässt.
Deshalb ist die Diagnose ein Vergleich und kein Grenzwert. Wenn die Schmierung austrocknet, ist die erste Hälfte der Kurvenform identisch mit der fehlerfreien Referenz, und alles nach der Klinke kommt verspätet. Wird der Leistungsschalter ein zweites Mal betätigt, verbessert sich die Ausschaltzeit, was selbst die Signatur eines Schmierungsproblems und nicht eines Klinkenproblems ist. Ohne Eingriff wird es zunehmend schlimmer.
Relais oder Überwachungsgerät: das eine beschreibt den Fehler, das andere den Leistungsschalter
Das Schutzrelais zeichnet die Auslösung bereits auf, warum also noch etwas hinzufügen? Weil das Relais aus derselben Auslösung die Fehlerart, die Fehlerentfernung, die Ausschaltzeit für genau dieses Ereignis und den Schalterzustand liefert, während das Überwachungsgerät ergänzt, was das Relais nicht sieht: Lichtbogenzeit und Öffnungszeit, die Kurvenform des Spulenstroms, das kumulierte I²t pro Pol (der sich aufsummierende Kontaktabbrand), Motor und gespeicherte Energie sowie den Zustand der Heizungen und des Schranks.
Aus jeder Aufzeichnung ergeben sich die Kennwerte, nach denen ein Leistungsschalter beurteilt wird: Ausschaltzeit, Öffnungs- und Schließzeit je Kontaktsystem, Lichtbogenzeit und Rückzündungen.
Das Gas: ein Manometer alarmiert, wenn es schon entwichen ist
Manometer und Dichtewächter müssen vor Ort abgelesen werden, und sie alarmieren erst nach einem erheblichen Verlust. Ein Sensor verfolgt den Verlust als Trend, prognostiziert die Tage bis zum Alarm und bis zur Blockierung und macht aus dem kumulierten Masseverlust den Emissionsbericht, der eingereicht werden muss. Er sollte Dichte und Taupunkt gemeinsam messen, nicht nur den Druck: Der Druck ändert sich mit der Temperatur, während die Dichte das ist, was das Betriebsmittel tatsächlich benötigt.
Wenn das Gas geprüft und nicht nur gemessen wird, nennen die Sitzungen vier Gründe – Abnahme, Sicherheit, Fehlerarten, Verschleiß von Komponenten – und am Ende eine Entscheidung: Unverunreinigtes Gas wird gelagert und wiederverwendet, leicht verunreinigtes Gas wird gefiltert und erneut geprüft, und stark verunreinigtes Gas wird aufbereitet oder vernichtet.
Schaltanlagen: hier ist die Isolierung der Gegner
In Schaltanlagen ändert sich die Fehlerart. Rund drei Viertel der Ausfälle hängen mit der Isolierung zusammen, verursacht durch Feuchtigkeit, Staub, Verunreinigungen und Alter. Die Symptome sind Korona, Kriechspuren an Sammelschienen und Isolatoren und schließlich ein Überschlag. Teilentladungssensoren – Koppelkondensatoren und Hochfrequenz-Stromwandler – erkennen diese dielektrischen Probleme in einem frühen Stadium. Sie beseitigen außerdem eine Gefahr: Weniger Gründe, einen Leistungsschalter zur Prüfung auszufahren, bedeuten weniger Störlichtbogenexposition und weniger Verschleiß an den Steckkontakten.
Worin sich die sechs Sitzungen einig sind
- Der Ausfall ist mechanisch, und er entsteht zwischen den Wartungsbesuchen.
- Das Relais beschreibt den Fehler; nur das Überwachungsgerät beschreibt den Leistungsschalter.
- Die Diagnose ist ein Vergleich mit der eigenen Referenz dieses Leistungsschalters.
- Das Gas braucht eine Trendverfolgung, kein Manometer, das jemand vor Ort ablesen muss.
- Der Nutzen liegt darin, Reparaturen zu planen, statt während Freischaltungen zu prüfen.
Passende Geräte
Der Leistungsschalter-Monitor BPM von Dynamic Ratings erfasst die Ströme der Aus- und Einschaltspulen im Betrieb. Für Offline-Prüfungen finden Sie unsere Leistungsschalter-Analysatoren, die SF6-Lecksuchgeräte und das Sortiment zur Teilentladungserkennung. Wenn Sie die Überwachung Ihrer eigenen Leistungsschalter besprechen möchten, kontaktieren Sie unsere Ingenieure.