Leistungsschalter-Analysegerät EGIL200
Wie von EGIL gewohnt, verfügt das EGIL200 über eine schnelle und einfache Bedieneroberfläche, die nur wenige oder gar keine Eingaben von Ihnen erfordert. Sie können das Gerät einschalten, die Basisdaten Ihres Leistungsschalters auswählen und mit der Prüfung beginnen – alles von einem Bildschirm aus. Um einen Prüfplan einzurichten, müssen Sie sich nicht durch mehrere Registerkarten oder Einstellungen hangeln. Wenn Sie mehrere Leistungsschalter der gleichen Art hintereinander prüfen, schalten Sie das Gerät einfach ein, und beginnen Sie mit der Prüfung, wobei alle Prüfparameter bereits eingestellt sind.
Klicken Sie nach der Prüfung auf das Berichtssymbol und laden Sie eine PDF-Datei auf ein USB-Laufwerk herunter, oder drucken Sie einen Bericht aus (wenn das Gerät über die eingebaute Druckeroption verfügt), um eine schnelle Dokumentation zu erstellen, die beim Leistungsschalter verbleibt. Gemessene Parameter und Diagramme werden übersichtlich dargestellt.
Über nur einen Anschluss schaltet das EGIL den Leistungsschalter ein und misst die wichtigen Betriebsparameter der Stationsspannung und des Spulenstroms, wodurch Sie einen besseren Einblick in den Zustand des Leistungsschalters erhalten.
Von Mittelspannung (MV) bis zu Höchstspannungen (EHV) von 765 kV misst das EGIL200 genau die Zeitkontakte, einschließlich der Zeitmess- und Widerstandswerte der Vorschaltwiderstände.
Die Fähigkeiten des EGIL200 können leicht durch Software und Zubehör erweitert werden. Bekannte Beispiele sind DualGround™, SDRM und First Trip. Das "Plus"-Softwarepaket bietet alle verfügbaren Funktionen.
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Auswertung der Prüfergebnisse
Eine Schaltzeitenmessung überprüft die korrekte Funktion eines Leistungsschalters. Dadurch wird sichergestellt, dass der Leistungsschalter einen Fehler in wenigen Zyklen beheben kann. Wenn der Leistungsschalter monatelang oder sogar jahrelang nur selten in Gang gesetzt wurde, muss er sofort einsatzbereit sein. Die beste Methode zur Bewertung der Zeitmessergebnisse ist der Vergleich der gemessenen Werte mit den technischen Daten des Herstellers. Die technischen Daten sollten im Handbuch des Leistungsschalters oder auf einer Checkliste für die Inbetriebnahme aufgeführt sein. Werksprüfungsberichte werden oft mit dem Leistungsschalter geliefert; sie enthalten technische Daten oder einen Bezugswert, mit dem verglichen werden kann.
Sollten die technischen Daten des Herstellers oder die Ausgangswerte nicht verfügbar sein:
- muss eine erste detaillierte Messung durchgeführt werden, um einen Ausgangswert zu ermitteln. Wenn ein Netzwerk über mehrere der gleichen Leistungsschalter verfügt, können Sie Nennwerte und einen Zielbereich von technischen Daten generieren, mit denen Sie vergleichen können, und Ausreißer nach Bedarf anpassen.
- Die folgenden Informationen können als allgemeine Richtlinie verwendet werden, gelten jedoch keinesfalls für alle Leistungsschalter
Die Kontaktzeiten werden bei modernen Leistungsschaltern in Millisekunden gemessen. Bei älteren Leistungsschaltern können diese in Zyklen angegeben sein. Zu den Kontakten, die bewertet werden, gehören Hauptkontakte, Widerstandskontakte und Hilfskontakte. Während der Zeitmessung werden fünf verschiedene Operationen oder Sequenzen ausgeführt: Schließen, Öffnen, Schließen-Öffnen, Öffnen-Schließen (Wiederschließen) und Öffnen-Schließen-Öffnen.
Die Hauptkontakte sind dafür verantwortlich, den Strom zu führen, wenn der Leistungsschalter geschlossen ist, und vor allem den Lichtbogen zu löschen und eine Wiederzündung zu verhindern, wenn der Leistungsschalter zur Beseitigung eines Fehlers öffnet. Voschaltwiderstandskontake leiten alle Überspannungen ab, die beim Schließen von an langen Übertragungsleitungen angeschlossenen Leistungsschaltern höherer Spannung auftreten können. Nachschaltwiderstände werden bei älteren Druckluft-Leistungsschaltern verwendet, um die Hauptkontakte während des Öffnens zu schützen. Sowohl Vorschaltwiderstände als auch Nachschaltwiderstände werden üblicherweise mit dem Akronym PIR bezeichnet. Die Hilfskontakte (AUX) sind Kontakte innerhalb des Steuerschaltkreises, die dem Leistungsschalter mitteilen, in welchem Zustand er sich befindet, und ihn bei der Steuerung seines Betriebs unterstützen.
Der Leistungsschalter wird in Spannungszyklen bemessen, und diese geben an, wie lange der Schalter braucht, um einen Fehler zu beseitigen. Die Ausschaltzeiten sind kürzer als die Bemessungszeit des Leistungsschalters, da die Ausschaltzeit die Zeit ist, in der die Kontakte tatsächlich getrennt werden. Im Betrieb bleibt nach dem Trennen der Kontakte ein Lichtbogen bestehen, der den Spalt zwischen den Kontakten überbrückt und gelöscht werden muss. Die Öffnungszeiten muss weniger als 1/2 bis 2/3 der Nennunterbrechungszeit des Leistungsschalters betragen, und die Einschaltzeiten sind im Allgemeinen länger als die Öffnungszeiten. Die Zeitdifferenz zwischen den drei Phasen, die als Polverteilung oder Gleichzeitigkeit zwischen den Phasen bezeichnet wird, muss gemäß IEC62271-100 und IEEE C37.09 weniger als ein 1/6 eines Zyklus für Öffnungsvorgänge und weniger als ein 1/4 eines Zyklus für Schließvorgänge betragen. Wenn der Leistungsschalter innerhalb einer Phase mehrere Unterbrecher hat, müssen alle fast gleichzeitig funktionieren. Wenn ein Kontakt schneller arbeitet als die anderen, dann hat eine Unterbrechung eine deutlich höhere Spannung als die anderen, wodurch ein Fehler verursacht wird. Die IEC verlangt eine Toleranz von weniger als ein 1/8 eines Zyklus, während die IEEE 1/6 eines Zyklus für diese Polverteilung zulässt. Selbst bei Einhaltung der durch die IEEE und IEC festgelegten Grenzwerte wird die Gleichzeitigkeit der meisten Leistungsschalter oft bei 2 ms oder weniger angegeben. Kontaktprellen wird auch mit den Zeitmesskanälen gemessen. Kontaktprellen wird in Zeit (ms) gemessen und kann häufig bei Schließvorgängen auftreten. Ein zu starkes Prellen zeigt an, dass der Federdruck in den Kontakten nachlässt.
Vorschaltwiderstände (PIR) werden beim Schließen in Verbindung mit den Hauptkontakten verwendet. Zunächst wird der Widerstand eingesetzt, um Überspannungen abzuleiten, und dann folgen die Hauptkontakte. Danach wird der Widerstandskontakt entweder kurzgeschlossen oder aus dem Stromkreis entfernt. Der Hauptparameter, der hier ausgewertet werden muss, ist die Zeit zum Einsetzen des Widerstands. Dies ist die Dauer, während der sich der Widerstandskontakt im Stromkreis befindet, bevor die Hauptkontakte schließen. Typische Einsetzzeiten für Widerstände liegen zwischen einem halben und einem vollständigen Zyklus. Wenn der Hauptkontakt schneller ist als der Widerstandskontakt, funktioniert der Leistungsschalter nicht richtig.
Mit den Hilfskontakten (AUX) wird der Leistungsschalter angesteuert und dessen Zustand gemeldet. Die A-Kontakte folgen dem Zustand der Hauptkontakte, d. h., wenn der Schalter geöffnet ist, ist der A-Kontakt geöffnet, und wenn der Schalter geschlossen ist, ist der A-Kontakt geschlossen. Die B-Kontakte folgen dem entgegengesetzten Zustand des Schalters, d. h., der B-Kontakt ist geschlossen, wenn der Schalter geöffnet ist, und umgekehrt. Für den Unterschied zwischen dem Betrieb des Hilfskontakts und des Hauptkontakts gibt es keine allgemein gültigen Zeitgrenzen. Dennoch ist es wichtig, ihre Funktion zu verstehen und zu überprüfen und dies mit früheren Ergebnissen zu vergleichen. Die AUX-Kontakte verhindern, dass die Schließ- und Öffnungsspulen zu lange unter Strom stehen und durchbrennen. AUX-Kontakte können auch die Kontaktverweildauer steuern, d. h. die Zeitspanne, in der die Hauptkontakte bei einem Schließen-Öffnen-Vorgang geschlossen sind.
Die Bewegungskurve liefert mehr Informationen als jede andere Messung, wenn Sie eine Schaltzeitenmessung durchführen. Es ist wichtig zu wissen, ob Ihr Leistungsschalter ordnungsgemäß funktioniert. Um die Bewegung zu messen, schließen Sie einen Wegaufnehmer an den Leistungsschalter an, der die Position des Mechanismus oder der Kontakte in Abhängigkeit von der Zeit misst. Der Wegaufnehmer misst entweder einen Winkel- oder einen linearen Weg. Die Winkelmessungen werden häufig mit einer Umrechnungskonstante oder einer Umrechnungstabelle in lineare Wege umgewandelt. Eine lineare Messung kann auch mit einem Verhältnis umgewandelt werden. Das Ziel ist es, die Bewegung des Messwandlers in die tatsächliche Bewegung der Kontakte zu übersetzen und den Hub der Hauptkontakte zu bestimmen. Anhand des Hubs können Sie verschiedene Parameter berechnen. Wenn keine Umrechnungskonstante oder Tabelle verfügbar ist, können der Hub und die zugehörigen Parameter weiterhin wie gehabt bewertet werden, entsprechen aber möglicherweise nicht den technischen Daten des Herstellers.
Die Geschwindigkeit wird sowohl beim Öffnen als auch beim Schließen gemessen. Der kritischste Parameter, der am Leistungsschalter gemessen werden muss, ist die Geschwindigkeit der Öffnungskontakte. Ein Hochspannungsschalter ist so ausgelegt, dass er einen bestimmten Kurzschlussstrom unterbricht. Dies erfordert den Betrieb mit einer bestimmten Geschwindigkeit, um einen angemessenen Kühlstrom aus Luft, Öl oder Gas aufzubauen, je nach Art des Leistungsschalters. Dieser Kühlstrom kühlt den Lichtbogen ausreichend ab, so dass der elektrische Strom beim nächsten Nulldurchgang unterbrochen wird. Die Geschwindigkeit wird zwischen zwei Punkten auf der Bewegungskurve berechnet. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, diese Geschwindigkeitsberechnungspunkte zu wählen. Die gängigsten sind Berührung/Trennung und eine Zeit vor/nach oder in Abständen unterhalb der geschlossenen oder offenen Position.
Die Wegkurve oben stellt einen Schließen-Öffnen-Vorgang dar. Der Hub der Kontakte wird von der Position „offen im Ruhezustand“ bis zur Position „geschlossen im Ruhezustand“ gemessen. Wenn der Leistungsschalter schließt, bewegen sich die Kontakte über die geschlossene Stellung hinaus; dies wird als Nachlauf bezeichnet. Nach dem Nachlauf können sich die Kontakte über die geschlossene Ruheposition hinaus (in Richtung offen) bewegen; dies ist der Dämpfungsparameter. Diese Parameter (d. h. Hub, Nachlauf und Dämpfung) werden auch im geöffneten Zustand gemessen, beziehen sich aber auf die „offene“ Ruhestellung und nicht auf die geschlossene Stellung.
Der Öffnungsvorgang im obigen Diagramm zeigt sowohl den Nachlauf als auch die Dämpfung. Das Diagramm zeigt, wo sich die Kontakte berühren und trennen. Der Abstand von der Berührung/Trennung bis zur geschlossenen Ruheposition wird als Wischen oder Eindringen bezeichnet. Der Abstand, durch den der Lichtbogen des Trennschalters gelöscht wird, wird als Lichtbogenzone bezeichnet. Dies ist die Position auf der Kurve, an der Sie die oben angegebene Auslösegeschwindigkeit berechnen möchten. Da die Öffnungsvorgänge bei hohen Geschwindigkeiten stattfinden, wird häufig ein Dämpfer verwendet, um den Mechanismus gegen Ende des Wegs zu verlangsamen. Die Position, an der der Dämpfer wirksam ist, wird als Dämpfungszone bezeichnet. Bei vielen Leistungsschaltern können Sie die Dämpfung anhand der Bewegungskurve messen. Bei einigen Leistungsschaltern muss jedoch möglicherweise ein separater Bewegungsaufnehmer angeschlossen werden, um die Dämpfung zu messen. Sie können die Dämpfung sowohl beim Öffnen als auch beim Schließen messen. Die Dämpfung kann über Distanz- oder Zeitparameter verfügen, die mit der Kurve verknüpft sind.
Der Hub des Leistungsschalters ist für Vakuum-Leistungsschalter sehr klein (ca. 10 bis 20 mm) und erhöht sich bei SF6-Leistungsschaltern auf 100 bis 200 mm, wobei für höhere Spannungen längere Hübe erforderlich sind. Ältere Kesselölschalter können Hublängen von über 500 mm haben. Beim Vergleich des Hubs von zwei unterschiedlichen Leistungsschaltern sollten diese innerhalb von wenigen mm voneinander liegen, solange sie vom gleichen Typ sind und denselben Mechanismus verwenden. Wenn Sie keine Grenzwerte finden, können Sie den Nachlauf und die Dämpfung mit dem Hub des Schalters vergleichen. Beide sollten unter etwa 5 % des Gesamthubs liegen. Jede übermäßige Rückfederung oder jeder übermäßige Nachlauf sollte untersucht werden, um weitere Schäden an den Kontakten und dem Betätigungsmechanismus zu vermeiden; häufig ist ein defekter Dämpfer die Ursache.
Die routinemäßige Messung von Betriebsspannung und Spulenstrom kann dazu beitragen, potenzielle mechanische und/oder elektrische Probleme in den Betätigungsspulen frühzeitig als tatsächliche Fehler zu erkennen. Die Hauptanalyse konzentriert sich auf die Stromkurve der Spule. Die Kurve der Steuerspannung spiegelt die aktuelle Kurve im Betrieb wider. Der primäre Parameter zur Bewertung der Spannung ist die während des Betriebs erreichte Mindestspannung. Der maximale Strom der Spule (sofern er den höchsten Wert erreichen darf) ist eine direkte Funktion des Spulenwiderstands und der Betätigungsspannung.
Wenn Sie eine Spannung an eine Spule anlegen, zeigt die Stromkurve zunächst einen geraden Übergang, dessen Anstiegsgeschwindigkeit von den elektrischen Eigenschaften der Spule und der Versorgungsspannung abhängt (Punkte 1 bis 2). Wenn sich der Spulenanker (der den Riegel am Energiepaket des Betätigungsmechanismus betätigt) zu bewegen beginnt, ändert sich das elektrische Verhältnis und der Spulenstrom sinkt (Punkte 3 bis 5). Ab diesem Punkt hat das Spulen- und Verriegelungssystem die Funktion erfüllt, die gespeicherte Energie im Mechanismus freizusetzen. Wenn der Anker seine mechanische Endlage erreicht, steigt der Spulenstrom auf den Strom an, der proportional zur Spulenspannung ist (Punkte 5 bis 8). Der Hilfskontakt öffnet dann den Stromkreis, und der Spulenstrom fällt auf Null ab, wobei der Stromabfall durch die Induktivität im Stromkreis verursacht wird (Punkte 8 bis 9).
Der Spitzenwert der ersten unteren Stromspitze wird mit dem vollständig gesättigten Spulenstrom (Maximalstrom) in Beziehung gesetzt, und diese Beziehung gibt einen Hinweis auf die Spanne bis zur niedrigsten Auslösespannung. Wenn die Spule ihren maximalen Strom erreicht, bevor sich Anker und Riegel bewegen, würde der Schalter nicht ausgelöst werden. Wenn sich dieser Spitzenwert im Vergleich zu früheren Messungen ändert, müssen Sie als Erstes die Steuerspannung und den Mindestwert, der während des Betriebs erreicht wird, überprüfen. Allerdings muss beachtet werden, dass das Verhältnis zwischen den beiden Stromstärkenspitzen variiert, insbesondere mit der Temperatur. Dies gilt auch für die niedrigste Auslösespannung. Wenn die Zeit zwischen den Punkten 3 bis 5 zunimmt oder sich die Kurve in diesem Bereich nach oben oder unten verschiebt, deutet dies auf einen defekten Riegel oder eine defekte Spule hin. Die häufigste Ursache ist eine mangelnde Schmierung des Verriegelungssystem. Es wird empfohlen, den Riegel zu reinigen und zu schmieren.
WARNHINWEIS: Befolgen Sie bei der Durchführung von Wartungsarbeiten die Sicherheitsprotokolle des Leistungsschalters. Vor der Wartung muss mindestens die Steuerstromversorgung des Leistungsschalters ausgeschaltet sein, und die Energie des Mechanismus muss entladen oder blockiert sein.
Wenn das Verriegelungssystem ordnungsgemäß geschmiert ist, muss als Nächstes der Widerstand der Schließ- und Öffnungsspulen überprüft werden, um sicherzustellen, dass sie korrekt sind, und sie gegebenenfalls auszutauschen.
Die folgenden Tabellen zeigen typische Ausfallmodi in Verbindung mit Schaltzeitenmessungen an Hochspannungs-Leistungsschaltern sowie mögliche Lösungen für das Problem.
WARNHINWEIS: Befolgen Sie bei der Durchführung von Wartungsarbeiten die Sicherheitsprotokolle des Leistungsschalters. Vor der Wartung muss mindestens die Steuerstromversorgung des Leistungsschalters ausgeschaltet sein, und die Energie des Mechanismus muss entladen oder blockiert sein.
| Close Time | Open Time | Damping Time | Charging Motor | Possible cause of failure condition |
|---|---|---|---|---|
| Faster/Slower | Normal | Normal | Normal | Change in characteristic of the closing system. Latching system is binding. |
| Faster | Normal | Normal | Normal | Spring charging system used for closing is defective. |
| Slower | Normal | Normal | Normal | Spring charging system used for closing is defective. |
| Normal | Slower | Normal | Normal | Change in characteristic of the closing system. Latching system is binding. |
| Faster | Slower | Normal/Slower | Normal/Slower | Reduced force exerted by opening springs. One of the opening springs is broken. |
| Slower | Slower | Normal/Slower | Normal/Slower | Increased friction throughout the entire breaker caused by (for example) corrosion in the linkage system. |
| Normal | Faster | Normal | Normal | Malfunctioning puffer system or extremely low SF6- pressure |
| Normal | Normal | Faster | Faster | Damaged opening damper. Not enough oil in the dashpot. |
| Normal | Normal | Slower | Slower | Damaged opening damper. Increased friction in the dashpot. |
| Tested parameter | Result |
|---|---|
| Coil current | Varies with coil resistance and control voltage. |
| Control voltage | Increased voltage drop indicates increased resistance of the coil supply cables. Must be measured in order to obtain traceability of coil current measurements and timing measurements. |
| Coil resistance | A change could indicate a burned coil or a short circuit between winding turns. Can be calculated from control voltage and peak current. |
| Armature stop time | Increased time indicates increased mechanical resistance in latch system or coil armature. |
| Armature start current | Increased current indicates increased mechanical resistance in coil armature. Gives an indication of the lowest operation voltage (coil pick up). |
| Max motor current | Varies with winding resistance, supply voltage and applied force. Start current not considered. |
| Motor voltage | Increased voltage drop indicates increased resistance in the motor supply cables. |
| Spring charge motor start time | Closing time of auxiliary contact for the spring charge motor. |
| Spring charge motor stop time | Increased time shows e.g. higher mechanical friction. |
Mikroohmmessungen, auch als statische Widerstandsmessungen (SRM) oder Prüfungen der digitalen Mikroohmmeter (DLRO) bezeichnet (manchmal auch Ducter™-Prüfungen genannt), werden am Leistungsschalter durchgeführt, während die Kontakte geschlossen sind, um eine mögliche Verschlechterung oder Beschädigung der Hauptkontakte zu erkennen. Wenn der Widerstand der Hauptkontakte zu hoch ist, kommt es zu übermäßiger Erwärmung, wodurch der Leistungsschalter beschädigt werden kann. Typische Werte liegen unter 50 μΩ bei Verteilungs- und Übertragungs-Leistungsschaltern, während die Werte der Generator-Leistungsschalter häufig unter 10 μΩ liegen. Wenn der Wert ungewöhnlich hoch ist, kann es erforderlich sein, die Prüfung mehrmals zu wiederholen oder den Strom 30 bis 45 Sekunden lang anzulegen, um die Kontakte „einzubrennen“; dadurch werden eventuelle Oxidationen oder Fette auf den Kontakten beseitigt. Die Prüfergebnisse der Mikroohm-Prüfung für alle drei Phasen dürfen insgesamt nicht mehr als 50 % voneinander abweichen, und jeder Ausreißer muss untersucht werden. Überprüfen Sie stets die ordnungsgemäße Verbindung, und prüfen Sie erneut, wenn die Werte hoch sind. Die IEC erfordert einen Prüfstrom von 50 A oder höher, während die IEEE 100 A oder höher erfordert.
Mit DRM-Messungen kann die Länge des Lichtbogenkontakts in SF6-Schaltern zuverlässig abgeschätzt werden, ohne dass der Leistungsschalter ausgebaut werden muss. In SF6-Schaltern besteht der Lichtbogenkontakt normalerweise aus Wolfram. Dieser Kontakt verbrennt und verkürzt sich bei jeder Unterbrechung des Laststroms.
Bei der Prüfung wird Gleichstrom durch den Hauptkontakt des Leistungsschalters geleitet und der Spannungsabfall und der Strom gemessen, während der Leistungsschalter betätigt wird. Der Schalteranalysator berechnet dann den Widerstand als Funktion der Zeit und stellt ihn dar. Wenn gleichzeitig die Bewegung der Kontakte aufgezeichnet wird, kann der Widerstand an jeder Kontaktstellung abgelesen werden. Diese Methode wird zur Kontaktdiagnose und in bestimmten Fällen auch zur Zeitmessung verwendet.
Eine zuverlässige DRM-Auswertung erfordert einen hohen Prüfstrom und einen Leistungsschalteranalysator mit guter Messauflösung, und Megger Leistungsschalteranalysatoren bieten beides.
DRM ist eine zuverlässige Methode zur Abschätzung der Länge bzw. des Verschleißes des Lichtbogenkontaktes. Der SDRM liefert einen hohen Strom und der EGIL200 liefert eine genaue Messung mit einer sehr guten Auflösung, im obigen Fall 16,1 mm.
