Der Gesamtaufbau eines porzellanverkleideten Vakuum-Leistungsschalters für den Außenbereich sieht wie folgt aus:Die obere Porzellanbuchse dient als Buchse der Lichtbogenlöschkammer, die einen Vakuumunterbrecher enthält, und die untere Porzellanbuchse dient als Stützbuchse. Sowohl die Lichtbogenlöschkammerbuchse als auch die Stützbuchse sind mit Vakuumisolierfett mit hervorragenden Isoliereigenschaften gefüllt. Wenn der Überspannungsableiter der 35-kV-Leitung während eines Blitzeinschlags beschädigt wird oder schlechte Blitzschutzeigenschaften aufweist, kann Überspannung in die Umspannwerksausrüstung entlang der Leitung eindringen und einen Kurzschluss an Schwachstellen in der Isolierung des Leistungsschalters verursachen, was wiederum zu Schäden an der Anlage durch Blitzeinschläge führt. Die folgenden vorbeugenden Maßnahmen können ergriffen werden, um diesem Problem entgegenzuwirken.
I. Die wichtigsten Auswirkungen von Blitzaktivitäten auf Vakuum-Leistungsschalter im Freien
Die Auswirkungen von Blitzen auf Vakuum-Leistungsschalter für den Außenbereich entstehen nicht durch einen direkten „Einschlag“ auf das Gerät selbst, sondern hauptsächlich durch die folgenden zwei Arten, die zerstörerische Überspannungen erzeugen:
Überspannung durch direkten Blitzeinschlag
Direkter Einschlag: Blitze treffen direkt auf das Gehäuse des Leistungsschalters, die angeschlossenen Sammelschienen oder die angrenzenden Strukturen. Dadurch entstehen extrem hohe Blitzströme und -spannungen, die die Isolationsfestigkeit der Geräte bei weitem übersteigen.
Folgen: Dies kann zu einem Isolatorüberschlag, einer Explosion, einem Ausfall der externen Isolierung des Vakuum-Unterbrechers und sogar zu einem dreiphasigen Kurzschluss führen, was zu dauerhaften Schäden an der Ausrüstung und einem Stromausfall führen kann.
Induzierte Blitzüberspannung (häufiger)
Prinzip: Wenn ein Blitz in der Nähe des Leistungsschalters in eine Leitung, einen Mast oder den Boden einschlägt, erzeugt er um ihn herum ein starkes vorübergehendes elektromagnetisches Feld. Dieses sich ändernde Magnetfeld induziert extrem hohe Überspannungen im Stromkreis, der aus Leistungsschalter, Leitern und Strukturen besteht.
Merkmale: Obwohl die Stärke normalerweise geringer ist als die eines direkten Blitzeinschlags, tritt sie häufiger auf und breitet sich entlang der Leitung aus, was eine erhebliche Gefahr für die schwachen Isolationspunkte des Leistungsschalters darstellt.
Überspannung durch Blitzstoß
Prinzip: Selbst wenn ein Blitz in eine entfernte Leitung einschlägt, breitet sich der Blitzstoß in Form einer Wanderwelle entlang der Übertragungsleitung aus und erreicht den Leistungsschalter im Umspannwerk. Wenn die Wellenimpedanz nicht übereinstimmt, kommt es zu Brechung und Reflexion, was zu einem Spannungsanstieg führt.
Betroffene Komponenten: Gefährdet hauptsächlich die Isolierung zwischen den Kontakten des Leistungsschalters und die Isolierung zur Erde. Insbesondere wenn sich der Leistungsschalter in der offenen Position befindet, müssen seine Kontakte (zwischen den beweglichen und den stationären Kontakten) der vollen Phasenspannung des Systems standhalten. Durch die Überlagerung des Blitzstoßes kann es leicht zum Durchschlag der Kontakte und damit zu einer Störung „Blitzschlagdurchschlag“ kommen.
Anstieg des Erdpotentials
Prinzip: Wenn der Blitzstrom durch die Erdungseinrichtung in den Boden abgeleitet wird, erzeugt er ein extrem hohes Momentanpotential um den Erdungskörper herum. Wenn die Erdungsverbindungen verschiedener Geräte innerhalb der Umspannstation (z. B. Leistungsschaltersockel, Schaltschränke) schlecht sind oder ein Potenzialunterschied besteht, kann es zu einer Rückschlagüberspannung kommen.
Auswirkung: Das hohe Potenzial kann vom Erdungskabel zum Gerätegehäuse „zurückschlagen“ und dann in das anfällige sekundäre Steuerungssystem (z. B. den Motor des Antriebsmechanismus, Öffnungs- und Schließspulen und Mikroprozessor-Schutzvorrichtungen) eindringen, was zu einem Steuerungsausfall oder einem Durchbrennen von Komponenten führt.
II. Spezifische Manifestationen von Schaden
Isolationsschaden:
Äußere Isolierung: Oberflächenüberschläge auf Porzellan- oder Silikonkautschuk-Verbundisolatoren hinterlassen Brandspuren, die die künftige Isolationsleistung beeinträchtigen.
Interne Isolierung: Obwohl der Vakuum-Unterbrecher vollständig abgedichtet ist, kann es in seiner externen Kriechstrecke aufgrund von Verunreinigungen und überlagerten Blitzeinschlägen zu Überschlägen kommen. Noch wichtiger ist, dass die Kontaktstrecke bei Blitzüberspannung unterbrochen werden kann.
Fehlfunktion oder Funktionsstörung des Mechanismus:
Induzierte Überspannung kann über Stromleitungen oder Steuerkabel in das Steuermodul des Antriebsmechanismus (z. B. Federmechanismus, Permanentmagnetmechanismus) eindringen und möglicherweise dazu führen, dass der Leistungsschalter unnötigerweise auslöst (Fehlfunktion) oder während eines Fehlers nicht funktioniert (Betriebsausfall), wodurch sich das Ausmaß des Unfalls erhöht.
Sekundärer Systemschaden:
Durch Blitze erzeugte elektromagnetische Impulse (LEMP) können sich in Signal- und Stromleitungen einkoppeln, mikroprozessorbasierte Schutz- und Steuergeräte, intelligente Endgeräte (DTU/FTU) usw. beschädigen und zu Überwachungsfehlern führen.
Beschleunigte Materialalterung:
Häufige Überspannungsstöße beschleunigen die Alterung von Isoliermaterialien und verkürzen die Lebensdauer der Geräte.
III. Umfassende Schutzmaßnahmen („Three Lines of Defense“)
Für den Blitzschutz von 35-kV-Vakuum-Leistungsschaltern im Freien muss eine Strategie des „umfassenden Managements und des mehrschichtigen Schutzes“ angewendet werden.
Erste Verteidigungslinie: Abfangen und Entladen (Verhinderung direkter Angriffe und Reduzierung der Amplitude eingehender Wellen)
Installation von Blitzableitern/Blitzableitern:
Installieren Sie unabhängige Blitzableiter oder strukturelle Blitzableiter im Umspannwerk (oder im Stromverteilungsbereich im Freien, in dem der Leistungsschalter installiert ist), um eine wirksame Schutzzone zu bilden und sicherzustellen, dass sich wichtige Geräte wie Leistungsschalter innerhalb des Schutzschirms gegen direkte Blitzeinschläge befinden.
Sinnvolle Platzierung von Überspannungsableitern:
Eine entscheidende Maßnahme! Am stromversorgungsseitigen Eingang des Leistungsschalters muss ein lückenloser Metalloxid-Ableiter (MOA) installiert werden (normalerweise in Verbindung mit einem Trennschalter installiert).
Installationsort: Der Installationsort sollte so nah wie möglich am Leistungsschalter installiert werden, um die induzierte Überspannung an den Verbindungsdrähten zwischen ihnen zu minimieren. Idealerweise sollte der elektrische Abstand zwischen Überspannungsableiter und Leistungsschalter den angegebenen Wert nicht überschreiten (z. B. die Anforderung „elektrischer Abstand“ in den Vorschriften).
Funktion: Wenn die Blitzüberspannung die Betriebsspannung des Überspannungsableiters erreicht, leitet der Ableiter schnell, begrenzt die Überspannung auf ein sicheres Maß, das die Isolierung des Leistungsschalters aushält, und leitet den Blitzstrom zur Erde ab.
Zweite Verteidigungslinie: Potenzialausgleich und Erdung (Bereitstellung eines zuverlässigen Entladungspfads und Potenzialausgleichs)
Verbessertes Erdungssystem:
Das Erdungsnetz von Umspannwerken und Leistungsschaltergehäusen muss den Vorschriften entsprechen und einen ausreichend niedrigen Erdungswiderstand gewährleisten (normalerweise muss er kleiner oder gleich 0,5 Ω sein). Eine niederohmige Erdung kann Blitzströme schnell ableiten und das Ausmaß des Erdpotentialanstiegs verringern.
Der Sockel des Leistungsschalters, der Antriebskasten und der Metallrahmen sollten über mindestens zwei zuverlässige Erdungspunkte verfügen.
Potenzialausgleich:
Metallkomponenten in der Nähe des Leistungsschalters (z. B. Stützen, Kabelkanäle und Kabelrinnen) und Steuerkastengehäuse sollten gut -mit dem Haupterdungsnetz verbunden sein, um Rückschläge aufgrund von Potenzialunterschieden zu verhindern.
Dritte Verteidigungslinie: Abschirmung und Isolierung (Schutz des Sekundärsystems)
Schirmung und Verkabelung:
Alle Steuerkabel und Signalkabel, die zum Betätigungsmechanismus des Leistungsschalters und zum Steuerkasten führen, sollten gepanzert sein oder durch Metallrohre geführt werden, und beide Enden der Metallpanzerung oder des Metallrohrs müssen zuverlässig geerdet sein.
Vorzugsweise sind geschirmte Kabel zu verwenden, die Abschirmschicht muss zudem an beiden Enden geerdet sein.
Installation von Überspannungsschutzgeräten (SPDs):
SPDs der entsprechenden Spannungsebene (z. B. DC220V/AC220V-Stromversorgungs-SPD, Signal-SPD) müssen am Leistungseingang des Leistungsschalters und am Eingang des Steuersignalkreises installiert werden.
SPDs können von den Leitungen eindringende Blitzstöße wirksam unterdrücken und so sekundäre elektronische Geräte schützen. Es sollte ein mehrstufiges koordiniertes SPD-Schutzsystem eingerichtet werden.
Isolationsmaßnahmen:
Bei wichtigen Signalstromkreisen können Optokoppler oder Signaltrenntransformatoren zur galvanischen Trennung eingesetzt werden, um den Leitungsweg von Blitzüberspannungen zu unterbrechen.
IV. Betriebs- und Wartungsvorschläge
Regelmäßige Vorsorgeuntersuchungen:
Führen Sie DC-Referenzspannungs- (U1mA) und Ableitstromprüfungen an Überspannungsableitern gemäß den Vorschriften durch, um deren ordnungsgemäße Funktion sicherzustellen.
Führen Sie Isolationswiderstands- und Wechselspannungsprüfungen an Leistungsschaltern durch und prüfen Sie dabei insbesondere die Netzfrequenz und die Stoßspannungsfestigkeit ihrer Kontakte.
Inspektion des Erdungsnetzes:
Prüfen Sie regelmäßig den Erdungswiderstand und überprüfen Sie die Erdungsableitungen auf Korrosion oder Bruch.
Zustandsüberwachung:
Führen Sie vor und nach der Gewittersaison verstärkte Inspektionen durch, um auf Isolatoroberflächen Spuren von Überschlägen zu erkennen, stellen Sie sicher, dass der Mechanismuskasten ordnungsgemäß abgedichtet ist, und stellen Sie sicher, dass die SPD-Statusanzeige ordnungsgemäß funktioniert.
Betriebsstatus überwachen:
Bei Leistungsschaltern auf Leitungen im offenen/Standby-Zustand muss der Blitzschutz (hauptsächlich die sammelschienenseitigen Überspannungsableiter) ständig aktiviert bleiben.
Zusammenfassung
Blitzeinschläge stellen eine systemische Bedrohung für 35-kV-Vakuum-Leistungsschalter für den Außenbereich dar und beeinträchtigen sowohl die Primärisolierung als auch das sekundäre Steuerungssystem. Die wichtigste und wirksamste vorbeugende Maßnahme besteht darin, „hochleistungsfähige Metalloxid-Ableiter (MOAs) in unmittelbarer Nähe des Leistungsschalters zu installieren“, ergänzt durch zuverlässige Erdung, umfassenden Überspannungsschutz für das Sekundärsystem und standardisierte Bedienung und Wartung. Nur durch den Aufbau eines mehrschichtigen Schutzsystems von der Luft zum Boden und vom Primär- zum Sekundärsystem kann der sichere und stabile Betrieb von Vakuum-Leistungsschaltern unter Blitzbedingungen maximiert werden.
Die 35-kV-Vakuum-Leistungsschalter für den Außenbereich von Shaanxi Huadian definieren mit ihrer innovativen Technologie einen neuen Standard für Außenschalter. Sie verfügen über ein hoch-festes, wetterbeständiges-Verbundisolationsgehäuse, das die Kriechstrecke deutlich erhöht. In Kombination mit einem optimierten elektrischen Felddesign verhindern sie wirksam Oberflächenüberschläge selbst unter extremen Bedingungen von Blitzüberspannung und Verschmutzung und sorgen so für eine hervorragende und lang anhaltende Isolationsleistung. Ausgestattet mit einem vollständig abgedichteten, modularen Feder- oder Permanentmagnetantrieb verfügen sie über eine mechanische Lebensdauer von über 10.000 Betätigungen. Eine eingebaute-Anti-Vorrichtung sorgt dafür, dass der Mechanismuskasten trocken bleibt. Für Anfragen kontaktieren Sie uns bitte:pannie@hdswitchgear.com.
