Widerstandsmessung von doppelt geerdeten Hochspannungs-Leistungsschaltern

MI 3252 MikroOhm 100A

Schalter und andere Arten von Leistungsschaltern haben sich von einfachen Kupfermessern, die bei den ersten Experimenten mit Elektrizität verwendet wurden und für den Bediener oft ein erhebliches Risiko eines Stromschlags darstellten, weit entfernt. Heutzutage haben sie ein weitaus besseres Design und werden aus hochwertigeren Materialien hergestellt - zusätzlich zu den Normen und Rechtsvorschriften, die sowohl die Benutzer als auch die Hersteller schützen. Dennoch haben sie alle eine bestimmte Lebensdauer (unter bestimmten, vorgeschriebenen Bedingungen), einige erfordern eine besondere Wartung und können sogar regelmäßigen Leistungs-/Sicherheitstests unterzogen werden.

Ein Beispiel für letztere sind die in Schaltanlagen verwendeten Hochspannungsschalter. Wir können nicht wirklich behaupten, dass sie das kritischste Element sind, da praktisch alle Komponenten von Schaltanlagen von kritischer Bedeutung sind und selbst eine nicht optimale Leistung eines von ihnen katastrophale Folgen haben kann. Dennoch sind Leistungsschalter ein wichtiges Glied in der gesamten Kette von der Stromübertragung bis zur Verteilung (und in anderen Arten von Umspannwerken, nicht nur in Verteilerstationen) und müssen regelmäßig gewartet und geprüft werden. Die grundlegendste Art der Prüfung ist die Widerstandsmessung, mit deren Hilfe Unterbrecher mit schlechter Leitfähigkeit und Überhitzung identifiziert werden können. Allerdings können die bei der Messung verwendeten Sicherheitsmaßnahmen die Genauigkeit beeinträchtigen, so dass ein spezielles Messprotokoll erforderlich ist.

Sicherheit geht vor

Das Prüfen und Messen in Hochspannungsumgebungen birgt eine Reihe von Herausforderungen und Gefahren, vor allem die Gefahr von Stromschlägen und Bränden (Lichtbögen). Umfassende Sicherheitsprotokolle und geeignete Sicherheitsausrüstungen sind ein Muss, einschließlich (wo zutreffend) einer doppelten Erdung, die das Bauteil praktisch vollständig von jeglicher Stromquelle isoliert (bereits abgeklemmt).

Diese doppelte Erdung kann auch die Genauigkeit bestimmter Messungen (z. B. des Widerstands) beeinträchtigen und muss kompensiert werden. Entgegen der weit verbreiteten Meinung, dass in solchen Fällen Spezialgeräte erforderlich sind, ist dies zum Glück recht einfach und kann mit einem gewöhnlichen Durchgangsprüfer und einem Stromzangenmessgerät mit geeigneter Maulweite (Erdungskabel haben in der Regel einen großen Durchmesser) durchgeführt werden. Ein MI 3252 MicroOhm 100A und ein MD 9231 Industrial TRMS AC/DC Current Clamp Meter - eine Kombination, die von einer Gruppe von Wartungstechnikern verwendet wurde, die mit der Prüfung einer Gruppe von neu installierten und noch nicht in Betrieb genommenen Hochspannungsschaltern in einem großen Umspannwerk (400 kV/110 kV) beauftragt waren.

Das MI 3252 MicroOhm 100A eignet sich besonders für solche Installationen, bei denen Ausmaß und Intensität der elektromagnetischen Störungen erheblich sind und die Messgenauigkeit radikal beeinflussen können. Es kann elektrischen Feldern von mehr als 12 kV/m standhalten, ohne dass die Leistung beeinträchtigt wird - wie unsere Gruppe von Ingenieuren feststellte, die auch die Tragbarkeit des Prüfgeräts mit einem Gewicht von nur 11,8 kg zu schätzen wussten.

4-Draht-Genauigkeit

Es wurden sechs Hochspannungsschalter mit einer Nennspannung von 400 kV getestet. Jeder war zur zusätzlichen Sicherheit von zwei Ingenieuren doppelt geerdet, die an die Oberseite des Schalters gehoben wurden, um den Widerstand mit dem MI 3252 MicroOhm 100A nach der 4-Leiter-Kelvin-Methode zu messen, einer überlegenen Methode für die genaue Messung sehr kleiner Widerstände, insbesondere unter Feldbedingungen.

Die 4-Draht-Kelvin-Methode ist, insbesondere in Verbindung mit einem hohen Prüfstrom (der MI 3252 MicroOhm 100A kann 100 A ausgeben), von Natur aus eine sehr genaue Methode, da sie jeden durch den Eigenwiderstand der Messleitungen verursachten Fehler eliminiert. Das MI 3252 MicroOhm 100A verfügt jedoch auch über firmeneigene Algorithmen zur Rauschfilterung, die eine extreme Genauigkeit mit nur 100 A ermöglichen (fälschlicherweise wird behauptet, dass ein mehrfach höherer Strom erforderlich ist, um eine solche oder ähnliche Genauigkeit zu erreichen) - es kann Widerstände von nur 1 nΩ mit einer Genauigkeit von 0,25 % messen.

Aber zurück zu den Ingenieuren, die den Schalter geprüft haben. Sie schlossen das Prüfgerät an den Schalter an, befestigten zwei Messleitungen (mit Klemmen) an jeder Seite des Unterbrechers und maßen den Widerstand. Gleichzeitig verwendeten sie ein Stromzangenmessgerät, in diesem Fall das MD 9231 Industrial TRMS AC/DC Current Clamp Meter, um den Strom durch einen der Erdungsdrähte zu messen.

Das bescheidene, aber unverzichtbare Stromzangenmessgerät

Die beiden Erdungsanschlüsse, einer auf jeder Seite des Schalters, schließen einen Stromkreis, und es ist unvermeidlich, dass ein Teil des Stroms, den das MI 3252 MicroOhm 100A in den Schalter einspeist, durch den Draht und die Erde fließt. Wenn jedoch der Widerstand des Unterbrechers (Kontakte) weitaus geringer ist als der der Erdungskabel, was der Fall sein sollte, fließt nur eine geringe Strommenge (gemessen mit dem Stromzangenmessgerät) durch diese.

Ein etwaiger Messfehler (des Widerstands) ist daher gering und kann, sofern die gewünschten Toleranzen dies zulassen, als vernachlässigbar angesehen werden. Ein höherer Strom durch das Erdungskabel deutet dagegen auf einen unzulässig hohen Widerstand des Schalters hin und kann einfach durch Subtraktion des Stroms des Erdungskabels vom eingespeisten Strom berechnet werden.

Berechnungen im laufenden Betrieb

Bei den oben erwähnten Unterbrechern war der Strom durch die Erdungskabel in der Tat gering und wurde mit den Zangen gemessen, so dass er bei allen in der Größenordnung von 0,5 A lag. Der relative Fehler der Widerstandsmessung (durch den Schalter) lag also bei etwa 0,5 % - nach den Maßstäben der Ingenieure, die alle geprüften Schalter freigegeben haben, akzeptabel. Die Ergebnisse wurden für die Zukunft sorgfältig aufbewahrt, z. B. für regelmäßige Tests, die eine Materialverschlechterung (durch Anstieg des Widerstands) und die Notwendigkeit einer vorbeugenden Wartung aufzeigen können.