Beseitigung der Überhitzung von Schalttafeln: Thermografische Kontrolle, Erkennung von losen Verbindungen, harmonischen Verzerrungen und Lastungleichgewichten

Technical analysis: Troubleshooting electrical panel overheating: thermographic inspection, loose connection detection,

1. Problembeschreibung und Anwendungsbereich

Überhitzung von Schalttafeln und Schalttafeln ist ein kritischer Fehler, der schwerwiegende Folgen haben kann, darunter Brände, Geräteschäden, ungeplante Produktionsstillstände und Gefahren für die Sicherheit des Personals. Dieses Handbuch richtet sich an technische Spezialisten, Zuverlässigkeitsingenieure und Leiter der Wartungsabteilungen ukrainischer Industrieunternehmen zur systematischen Diagnose und Beseitigung der Ursachen von Überhitzung.

Berücksichtigte Symptome:

  • Sichtbare Verdunkelung oder Verfärbung der Isolierung und Komponenten.
  • Der Geruch von verbrannter Isolierung oder Kunststoff.
  • Häufiges Auslösen von Leistungsschaltern ohne offensichtliche Überlastung.
  • Ausfall oder instabiler Betrieb der angeschlossenen Geräte.
  • Durch Berührung wurde eine erhöhte Temperatur des Schalttafelgehäuses erkannt (ACHTUNG: gefährlich!).

Berücksichtigte Ausrüstungstypen:

  • Hauptschalttafeln (Hauptschalttafeln).
  • Motorsteuerschränke (MCC).
  • DC- und AC-Schaltanlagen.
  • Industrielle Automatisierungs- und Schaltschränke.

Schweregradklassifizierung:

  • Kritisch: Die Temperatur der Komponenten übersteigt +80 °C oder es bilden sich Funken, es wird Rauch beobachtet. Um Brände und katastrophale Schäden zu vermeiden, sind eine sofortige Abschaltung der Anlage und Fehlerbehebung erforderlich.
  • Bedeutsam: Temperatur +60°C bis +80°C. Mögliche vorzeitige Alterung der Isolierung, verringerte Zuverlässigkeit, Risiko eines Komponentenausfalls. Muss zur Fehlerbehebung bei der nächsten geplanten Wartung eingeplant werden.
  • Ungefährlich: Temperatur +40°C bis +60°C. Weist auf ein potenzielles Problem hin, das sich mit der Zeit verschlimmern kann. Es wird empfohlen, diese in den nächsten vorbeugenden Wartungszyklus einzubeziehen.

2. Sicherheitsvorkehrungen

VORSICHT: Bei der Arbeit mit Schalttafeln besteht ein erhöhtes Risiko von Stromschlägen, Lichtbögen und thermischen Verbrennungen. Befolgen Sie stets die örtlichen Vorschriften, DSTU und unternehmensinternen Sicherheitsstandards.

LOCKOUT/TAGOUT (LOTO): Vor allen Arbeiten mit physischem Kontakt mit elektrischen Komponenten ist es notwendig, den Strom vollständig abzuschalten und LOTO-Verfahren gemäß DSTU EN 50110-1 „Betrieb elektrischer Anlagen“ anzuwenden. Prüfen Sie die Spannungsfreiheit mit dem Spannungsanzeiger!

PERSÖNLICHE SCHUTZAUSRÜSTUNG (PSA): Die Verwendung von dielektrischen Handschuhen, einer Schutzbrille, feuerfester Kleidung (Schutzklasse gemäß Risikobewertung), Schutzschuhen mit dielektrischen Sohlen und einem Schutzhelm mit Gesichtsschutz ist obligatorisch.

GEFAHR DURCH RESTENERGIE: Große Kondensatoren können nach einem Stromausfall gefährliche Spannungen speichern. Überprüfen Sie immer deren Entladung, bevor Sie sie berühren.

ARBEITEN UNTER SPANNUNG: Arbeiten unter Spannung (z. B. Thermografieprüfung) dürfen ausschließlich von qualifiziertem Personal mit spezieller Ausbildung, schriftlicher Genehmigung (Genehmigungsauftrag) und unter Einhaltung aller Sicherheitsanforderungen, insbesondere der Verwendung von PSA mit der entsprechenden Schutzklasse gegen Lichtbogenentladung, durchgeführt werden.

3. Notwendige Diagnosetools

Eine wirksame Überhitzungsdiagnostik erfordert den Einsatz spezieller Messgeräte. Nachfolgend finden Sie eine Liste empfohlener Tools:

Name des Tools Spezifikation/Modell (Beispiel) Messbereich Zweck
Wärmebildkamera (Wärmebildkamera) FLIR T540 / Testo 883 Von -20 °C bis +650 °C, Genauigkeit ±2 °C oder 2 % Berührungslose Erkennung von Hotspots, Visualisierung von Temperaturanomalien, Aufzeichnung von Thermogrammen. Wichtig: hohe thermische Empfindlichkeit (<30 mK).
Digitalmultimeter Fluke 179 / Metrix MX 58HD AC/DC-Spannung bis 1000 V, AC/DC-Strom bis 10 A, Widerstand bis 50 MΩ Messung von Spannung, Strom (bei Stromkreisunterbrechung), Widerstand, Leitfähigkeitsprüfung.
Stromzangen (TRMS) Fluke 376 FC / Chauvin Arnoux F407 Strom AC/DC bis 1000 A, Spannung AC/DC bis 1000 V Berührungslose Messung von Strom, Spitzenströmen, Messung von Anlaufströmen. Die True RMS-Funktion ist für genaue Messungen nicht-sinusförmiger Ströme unerlässlich.
Netzqualitätsanalysator Fluke 435 II / Sonel PQM-710 Harmonische (bis zur 50.), THD, K-Faktor, Unsymmetrie, Leistungsfaktor Erkennung und Quantifizierung harmonischer Verzerrungen, Überwachung von Lastungleichgewichten, Einbruch-/Anstiegsanalyse. Entspricht EN 50160.
Dynamometrischer Schraubenschlüssel Gedore Dremaster DMZ 30 / King Tony 34623-1A Bereich 2–30 Nm oder 10–100 Nm (abhängig von den Klemmen) Kontrolliertes Anziehen von Schraubverbindungen nach Herstellervorgaben (z. B. IEC 60947-1).
Milliommeter / kleiner Widerstandstester Fluke 1550C / Sonel MMR-610 Der Bereich liegt zwischen 0,1 mOhm und 2000 Ohm Messung des Widerstands von Kontakten und Verbindungen, wodurch Sie versteckte geschwächte Kontakte erkennen können, bevor sie überhitzen.

4. Checkliste für die Erstbewertung

Bevor mit einer detaillierten Diagnose begonnen wird, ist es notwendig, möglichst viele Informationen über die Betriebsbedingungen und den Verlauf der Störung zu sammeln. Diese Checkliste hilft bei der Organisation der Primärdaten:

Bewertungselement Aktion / Was Sie sehen sollten Wert/Zustand (Schreiben) Hinweis
Sichtprüfung (extern) Überprüfen Sie die Schalttafel auf sichtbare Schäden, Staub, Schmutz, Überhitzungs- oder Schmelzspuren an der Außenseite. Anwesenheit/Abwesenheit Suchen Sie nach indirekten Anzeichen des Problems.
Der Geruch Gibt es einen charakteristischen Geruch von verbrannter Isolierung, Kunststoff? Ja/Nein Zeigt einen aktiven Überhitzungsprozess an.
Umgebungstemperatur Notieren Sie die Lufttemperatur im Raum der Schaltanlage. ____ °C Hilft bei der Feststellung der Anomalie der Innentemperatur.
Klanganomalien Achten Sie auf Geräusche, Summen, Knistern oder Zischen, die vom Schild ausgehen. Anwesenheit/Abwesenheit Funken, Entladungen, Vibrationen.
Messwerte von Messgeräten (falls vorhanden) Notieren Sie die aktuellen Messwerte der auf dem Panel installierten Voltmeter und Amperemeter. V:____, A:____, Hz:____ Vergleichen Sie mit Nominal- oder Normalwerten.
Beatmungsstatus Stellen Sie sicher, dass die Lüftungsschlitze nicht blockiert sind und dass die Kühlventilatoren (falls vorhanden) laufen. Ok/Blockiert/Funktioniert nicht Mangelnde Belüftung kann eine direkte Ursache sein.
Geschichte der Verteidigungseinsätze Überprüfen Sie das Ereignisprotokoll der Steuerung oder die Aufzeichnungen des Bedienpersonals auf das Auslösen von Leistungsschaltern oder Sicherungen. Datum/Uhrzeit, Strom, Phase, Schutzart Hilft, den Problembereich zu lokalisieren.
Letzte Änderungen/Reparaturen Informieren Sie sich, ob an dieser Schaltanlage oder an den angeschlossenen Geräten Arbeiten oder Änderungen vorgenommen wurden. Ja/Nein (Beschreiben) Fehler bei der Installation oder Wartung.
Produktionslast Notieren Sie den aktuellen Betriebsmodus der an die Abschirmung angeschlossenen Geräte (Nennwert, Spitzenwert, Leerlauf). % vom Nennwert Beeinflusst aktuelle Belastung und Wärmeerzeugung.

5. Systematischer Diagnosealgorithmus

Dieser Algorithmus ist ein Entscheidungsbaum, der es Ihnen ermöglicht, die Ursache der Überhitzung der Schalttafel konsequent zu identifizieren und zu lokalisieren. Folgen Sie ihm Schritt für Schritt.

  1. Symptom: Allgemeine oder lokale Überhitzung der Schalttafel.
  2. Primäre Diagnose – Thermografische Inspektion:
    1. ACHTUNG: Unter Betriebsspannung durchführen (Tür des Panels öffnen und dabei alle Sicherheitsvorschriften und PSA beachten).
    2. Verwenden Sie eine Wärmebildkamera (z. B. FLIR T540) mit einem Temperaturbereich von 0 °C bis 200 °C und einem Emissionsgrad von 0,95 (für die meisten Komponenten).
    3. Scannen Sie alle verfügbaren Schaltanlagenkomponenten: Leistungsschalter, Schütze, Klemmenanschlüsse, Transformatoren, Kabel.
    4. Analyse der Ergebnisse:
      • Wenn Hotspots erkannt werden (>60°C): Gehen Sie zu Punkt 3 (Standort der Wärmequelle).
      • Wenn die Temperatur aller Komponenten normal ist (<40 °C über der Umgebungstemperatur): Gehen Sie zu Punkt 6 (Analyse der Stromqualität). Die Ursache der Überhitzung ist möglicherweise nicht rein thermischer Natur oder kann auf andere Bedingungen zurückzuführen sein.
  3. Lokalisierung der Wärmequelle:
    1. Identifizieren Sie die heißesten Komponenten. Achten Sie auf die Art der Wärmeverteilung.
    2. Analyse der Art der Wärme:
      • Wenn die Wärme auf einen Anschluss beschränkt ist (Klemme, Schutzschalterkontakt, Busanschluss): Dies deutet auf eine lockere Verbindung oder eine Kontaktverunreinigung hin. Gehen Sie zu Punkt 4 (Prüfung auf lockere Verbindungen).
      • Wenn sich die gesamte Komponente erwärmt (z. B. Leistungsschaltergehäuse, Transformatorwicklungen, Kabelabschnitt): Dies könnte eine Überlastung oder ein interner Komponentenfehler sein. Gehen Sie zu Punkt 5 (Messung aktueller Lasten).
  4. Überprüfen Sie, ob lockere Verbindungen vorhanden sind:
    1. ACHTUNG: Vor jedem physischen Kontakt LOTO auftragen!
    2. Überprüfen Sie die verdächtige Verbindung visuell: ob Oxidation, Funkenbildung oder Verformung vorliegen.
    3. Überprüfen Sie das Anzugsdrehmoment mit einem Drehmomentschlüssel (z. B. 2-30 Nm). Vergleichen Sie mit den vom Hersteller empfohlenen Werten (normalerweise auf dem Bauteil oder in der Dokumentation angegeben).
    4. Messen Sie den Spannungsabfall am Lastanschluss (falls LOTO aus Sicherheitsgründen nicht möglich ist): Ein Wert >10-20 mV weist auf einen erhöhten Widerstand hin.
    5. Wenn eine lockere/oxidierte Verbindung festgestellt wird: Fahren Sie mit Abschnitt 8 (Fehlerbehebung) fort.
    6. Wenn die Verbindung ordnungsgemäß festgezogen ist, die Erwärmung jedoch weiterhin besteht: Fahren Sie mit Schritt 5 (Messen der Stromlasten) fort. Dies kann ein sekundärer Effekt oder ein interner Fehler im Kontakt sein.
  5. Stromlasten messen:
    1. Verwenden Sie eine Echteffektivstromzange (z. B. Fluke 376 FC), um den Strom auf allen Phasen (L1, L2, L3) und, wenn möglich, auf dem Neutralleiter zu messen.
    2. Vergleichen Sie die Messwerte mit den Nennströmen der Komponenten (Leistungsschalter, Kabel) und mit den Auslegungswerten.
    3. Analyse der Ergebnisse:
      • Wenn der Strom auf einer oder mehreren Phasen den Nennwert um mehr als 10 % überschreitet: Es handelt sich um eine Überlastung. Gehen Sie zu Abschnitt 8 (Fehlerbehebung), um die Überlastung zu beheben.
      • Wenn sich die Phasenströme erheblich unterscheiden (>10 % Unterschied zwischen den Phasen): Es handelt sich um ein Lastungleichgewicht. Gehen Sie zu Punkt 7 (Lastungleichgewichtsanalyse).
      • Wenn die Ströme normal sind, die Überhitzung jedoch erheblich ist: Dies kann auf harmonische Verzerrungen oder einen internen Komponentenfehler hinweisen. Gehen Sie zu Punkt 6 (Analyse der Stromqualität).
  6. Stromqualitätsanalyse (harmonische Verzerrungen):
    1. ACHTUNG: Messungen werden unter Spannung mit geeigneter PSA durchgeführt.
    2. Schließen Sie einen Netzqualitätsanalysator (z. B. einen Fluke 435 II) an die Eingangsklemmen der Schalttafel an.
    3. Messen Sie die gesamte harmonische Verzerrung von Strom (THD-I) und Spannung (THD-U) für jede Phase. Achten Sie auf die Amplituden der einzelnen Harmonischen (3., 5., 7. usw.).
    4. Ergebnisanalyse:
      • Wenn THD-I 5 % überschreitet (gemäß DSTU EN 50160 und EN 61000-3-2/3-4) und Überhitzung beobachtet wird: Dies ist eine wesentliche Ursache für Überhitzung. Gehen Sie zu Abschnitt 8 (Fehlerbehebung).
      • Wenn THD-I normal ist, aber immer noch eine Überhitzung vorliegt: Erwägen Sie eine interne Beschädigung einer Komponente (z. B. einen Leistungsschalter) oder eine unzureichende Belüftung. Gehen Sie zu Punkt 7 (Lastungleichgewichtsanalyse) oder führen Sie zusätzliche Isolationstests durch.
  7. Lastungleichgewichtsanalyse:
    1. Verwenden Sie eine Stromzange oder einen Netzqualitätsanalysator, um die Ströme in jeder Phase (L1, L2, L3) genau zu messen.
    2. Berechnen Sie den Koeffizienten des aktuellen Ungleichgewichts: Imbalance = max ser ser × 100 % , wobei max der maximale Phasenstrom und ser der durchschnittliche Phasenstrom ist.
    3. Analyse der Ergebnisse:
      • Wenn das Stromungleichgewicht 10 % überschreitet (gemäß DSTU EN 60034-1 für Drehstrommotoren) und eine Überhitzung beobachtet wird: Dies ist ein wichtiger Grund. Gehen Sie zu Abschnitt 8 (Fehlerbehebung).
      • Wenn das Ungleichgewicht normal ist, aber keine anderen Ursachen gefunden werden: Überprüfen Sie sorgfältig die Belüftung, die Möglichkeit einer externen Erwärmung oder versteckte interne Defekte der Komponenten (z. B. beschädigte Isolierung der Wicklungen).

6. Störungsursachenmatrix

Diese Matrix systematisiert die Beziehung zwischen Symptomen, wahrscheinlichen Ursachen, Diagnosemethoden und erwarteten Ergebnissen. Die Wahrscheinlichkeit der Ursachen wird von 1 (höchste) bis 3 (niedrigste) eingestuft.

Symptom Wahrscheinliche Ursachen (nach Wahrscheinlichkeit) Diagnosetest Erwartetes Ergebnis, wenn die Ursache bestätigt wird
Lokale Erwärmung des Terminals, des Kontakts des automatischen Schalters, des Verbindungspunkts des Kabels mit dem Bus
  1. Lose Gewindeverbindung (1)
  2. Verschmutzung oder Oxidation von Kontakten (1)
  3. Unzureichender Anpressdruck (2)
  4. Falscher Querschnitt des Lastkabels (3)
Thermografie, Sichtprüfung, Drehmomentschlüssel, Milliohmmeter, Strommessung Temperatur >60°C am Anschluss; Spuren von Funkenbildung/Brennen; unzureichendes Drehmoment (z. B. <80 % der Norm); Anschlusswiderstand >10 mΩ.
Allgemeine Erwärmung des automatischen Schalters, des Schützes und des Thermorelais
  1. Dauerstromüberlastung (1)
  2. Harmonische Verzerrungen im Strom (2)
  3. Interner Komponentenausfall (Kontaktverschleiß, Federschaden) (2)
  4. Hohe Umgebungstemperatur (3)
Strommessung mit Stromzangen, Netzqualitätsanalysator (THD-I), Thermografie Der gemessene Strom beträgt >10 % des Nennwerts der Komponente; THD-I >5 %; gleichmäßige Erwärmung des Bauteils; Ausfall bei Nennstrom, aber Überhitzung.
Heizleistungstransformatoren, Stromkabel ohne deutliche Überschreitung des Nennstroms
  1. Erhebliche harmonische Verzerrungen im Strom (1)
  2. Lastungleichgewicht nach Phase (2)
  3. Unzureichender Kabelquerschnitt/Transformatorkapazität für tatsächliche (RMS) Last (2)
  4. Schlechte Belüftung der Schalttafel (3)
Netzqualitätsanalysator (THD-I, Unsymmetrie), Strommessung, Thermografie THD-I >5 %; Ungleichgewicht der Ströme zwischen den Phasen >10 %; gleichmäßige Überhitzung entlang der Länge der Kabel-/Transformatorwicklungen; Mangel an Luftstrom.
Ungleichmäßige Erwärmung der Phasen in einem Dreiphasensystem
  1. Lastungleichgewicht nach Phase (1)
  2. Phasenunterbrechung in der Last (z. B. der Motor läuft auf zwei Phasen) (2)
  3. Einphasiger Erdschluss mit erhöhtem Widerstand (3)
Messung von Strömen nach Phasen mit Stromzangen, Netzqualitätsanalysator, Thermografie Signifikanter Stromunterschied zwischen den Phasen (>10-15 %); eine der Phasen ist deutlich kälter/heißer als die anderen.
Allgemeine Überhitzung der gesamten Schalttafel ohne klar lokalisierte Hotspots
  1. Unzureichende Schildbelüftung oder Kühlung (1)
  2. Überschreitung der Auslegungswärmekapazität der Komponenten innerhalb der Abschirmung (2)
  3. Hohe Umgebungstemperatur (3)
Thermografie (Gesamtbild), Überprüfung der Lüftungsöffnungen/Filter, Messung der Temperatur im Inneren des Schildes Mangelnde Luftzirkulation; Filter mit Staub verstopft; Innentemperatur >50°C bei Nennlast.

7. Ursachenanalyse für jede Fehlfunktion

7.1. Geschwächte oder oxidierte Verbindungen

Detaillierte Beschreibung: Verbindungen in Schalttafeln, insbesondere solche mit Gewinde (Bolzen, Schraubklemmen), können sich mit der Zeit lösen oder oxidieren. Die Hauptursachen sind Vibrationen durch laufende Geräte, häufige Heiz-/Kühlzyklen, Korrosion (insbesondere in feuchten oder aggressiven Umgebungen) und ein unzureichendes anfängliches Anzugsdrehmoment bei der Installation. Ein erhöhter Übergangswiderstand an der Stelle des geschwächten Kontakts führt zu einer erheblichen Wärmefreisetzung gemäß dem Joule-Lenz-Gesetz ( P = I 2 R ). Bereits ein geringer Widerstandsanstieg (einige Milliohm) bei hohen Strömen kann zu erheblichen lokalen Überhitzungen führen.

So bestätigen Sie:

  • Bei der thermografischen Untersuchung wird ein lokalisierter heißer Punkt (die Temperatur kann 100 °C überschreiten) an der Verbindung sichtbar gemacht.
  • Eine Sichtprüfung kann Spuren von Metallverfärbungen, Schmelzen der Isolierung, Spuren von Funkenbildung und Ruß um den Kontakt herum zeigen.
  • Messen Sie den Spannungsabfall unter Last: Wenn der Spannungsabfall über der Verbindung 50 mV überschreitet, deutet dies auf ein Problem hin.
  • Überprüfen Sie das Anzugsdrehmoment mit einem Drehmomentschlüssel. Liegt er deutlich unter dem empfohlenen Wert (z. B. IEC 60947-1 für Niederspannungsgeräte), bestätigt dies die Dämpfung.
  • Messen Sie den Anschlusswiderstand mit einem Milliohmmeter: Werte größer als 10 mΩ sind verdächtig.

Welche Schäden verursacht es, wenn es nicht entfernt wird: Eine weitere Verschlechterung des Kontakts führt zu Funkenbildung, die eine direkte Brand- und Explosionsgefahr darstellt. Hohe Temperaturen zerstören die Isolierung von Kabeln und Komponenten, was zu Kurzschlüssen oder Erdschlüssen, einem Totalausfall der Anlage und längeren Ausfallzeiten führen kann.

7.2. Stromüberlastung

Detaillierte Beschreibung: Eine Überlastung liegt vor, wenn ein elektrisches Bauteil (Kabel, Leistungsschalter, Schütz) mit einem Strom betrieben wird, der seinen Nenn- oder zulässigen Dauerstrom überschreitet. Dies kann folgende Ursachen haben: Installation neuer, leistungsstärkerer Geräte ohne Modernisierung des Vertriebsnetzes; technologische Prozessänderungen, die eine höhere Produktivität erfordern; Fehlfunktionen angeschlossener Geräte (z. B. Blockieren des Elektromotors, was zu einem Anstieg des Stromverbrauchs führt); oder sogar Konstruktions- und Berechnungsfehler bei der Installation des Systems.

So bestätigen Sie:

  • Echte RMS-Stromzangenmessungen für jede Phase. Vergleichen Sie die gemessenen Werte mit den auf den Leistungsschaltern, Kabeln und anderen Bauteilen angegebenen Nennströmen. Eine Überschreitung von 10 % oder mehr weist auf eine Überlastung hin.
  • Analyse von Datenprotokollen (falls verfügbar) von Energieüberwachungssystemen.
  • Eine thermografische Untersuchung zeigt eine gleichmäßige Überhitzung des gesamten überlasteten Bauteils oder Kabelabschnitts.

Welche Schäden verursacht es, wenn es nicht kontrolliert wird: Eine ständige Überhitzung verkürzt die Lebensdauer der Komponenten erheblich. Die Kabelisolierung altert und verliert ihre dielektrischen Eigenschaften, was die Gefahr von Kurzschlüssen erhöht. Leistungsschalter können häufig auslösen oder im schlimmsten Fall ausfallen, ohne auszulösen, sodass das System ungeschützt bleibt. Auch eine Überhitzung führt zu erhöhten Energieverlusten.

7.3. Harmonische Verzerrungen

Detaillierte Beschreibung: Harmonische Verzerrungen im Stromnetz sind Ströme und Spannungen, deren Frequenz ein Vielfaches der Hauptfrequenz (50 Hz in der Ukraine) beträgt. Sie werden von nichtlinearen Lasten wie Wechselrichtern, Frequenzumrichtern, Schaltnetzteilen, LED-Leuchten, USV-Systemen, Computern und anderen modernen elektronischen Geräten erzeugt. Oberschwingungen leisten keine Nutzarbeit, sondern erhöhen den Gesamtstrom im Netz (insbesondere im Neutralleiter von Drehstromsystemen) und verursachen zusätzliche Verluste in Form von Wärme in Transformatoren, Kabeln und Motoren. Dies führt zu einer Überhitzung, auch wenn der Effektivstrom der Phasen den Nennstrom nicht überschreitet.

So bestätigen Sie:

  • Verwendung eines Netzqualitätsanalysators (z. B. Sonel PQM-710) zur Messung der gesamten harmonischen Verzerrung des Stroms (THD-I) und der Spannung (THD-U) gemäß DSTU EN 50160 und EN 61000-3-2/3-4.
  • Ein THD-I-Wert >5 % gilt als signifikant und erfordert Aufmerksamkeit, insbesondere wenn Harmonische niedriger Ordnung (3., 5.) vorhanden sind.
  • Eine thermografische Untersuchung zeigt eine erhöhte Temperatur von Transformatoren, Kabeln, insbesondere des Neutralleiters, die nicht proportional zur aktiven Last ist.

Welche Schäden es verursacht, wenn es nicht beseitigt wird: Oberschwingungen beschleunigen die Alterung der Isolierung, verursachen zusätzliche Vibrationen und Geräusche in Elektromotoren, können zu Fehlfunktionen von Schutzvorrichtungen und Fehlfunktionen empfindlicher elektronischer Geräte führen. Eine Überhitzung von Transformatoren aufgrund von Oberschwingungen kann zu deren Ausfall und im Neutralleiter zu dessen Durchbrennen und erheblicher Gefahr führen.

7.4. Lastungleichgewicht

Detaillierte Beschreibung: Lastungleichgewicht in einem Dreiphasensystem tritt auf, wenn die Ströme oder Spannungen in verschiedenen Phasen erheblich unterschiedlich sind. Der Hauptgrund ist die ungleichmäßige Verteilung der einphasigen Lasten auf die drei Phasen. Es kann auch durch eine Fehlfunktion einer der Phasen, einen Bruch oder eine Beschädigung des Kabels oder eine interne Fehlfunktion des dreiphasigen Verbrauchers verursacht werden. Stromungleichgewichte führen zu einer ungleichmäßigen Erwärmung der Phasenleiter, zusätzlichen Verlusten in Drehstrommotoren und Transformatoren und verringern deren Effizienz und Zuverlässigkeit.

So bestätigen Sie:

  • Messen Sie Ströme und Spannungen auf allen drei Phasen mit einer Stromzange oder einem Netzqualitätsanalysator.
  • Berechnung des Ungleichgewichtskoeffizienten von Strömen und Spannungen. Gemäß DSTU EN 60034-1 sollte das Spannungsungleichgewicht bei Elektromotoren 1-2 % nicht überschreiten. Ein Stromungleichgewicht >10 % ist kritisch.
  • Eine thermografische Untersuchung zeigt, dass eine oder zwei Phasen in einem Mehrphasensystem deutlich heißer sind als die anderen.

Welche Schäden es verursacht, wenn er nicht beseitigt wird: Lastungleichgewicht führt zur Überhitzung einzelner Phasenleiter und Wicklungen von Elektromotoren (auch bei Nenngesamtstrom), was deren Lebensdauer erheblich verkürzt, den Wirkungsgrad verringert und zusätzliche Vibrationen verursacht. Auch bei Transformatoren führt Unsymmetrie zu Überhitzung und zusätzlichen Verlusten.

8. Schritt-für-Schritt-Verfahren zur Fehlerbehebung

8.1. Entfernung geschwächter oder oxidierter Verbindungen

  1. ACHTUNG: VERWENDEN SIE DAS VOLLSTÄNDIGE LOTO-VERFAHREN! Überprüfen Sie die Spannungsfreiheit.
  2. Demontieren Sie die überhitzte Verbindung.
  3. Reinigen Sie die Kontaktflächen gründlich mit feinkörnigem Schleifpapier oder speziellen Kontaktreinigungsmitteln von Oxidation, Schmutz und Ruß. Stellen Sie sicher, dass die Oberflächen glatt und sauber sind.
  4. Überprüfen Sie die Unversehrtheit des Leiters und seiner Isolierung am Verbindungspunkt. Reinigen Sie bei Bedarf das Ende des Leiters oder tauschen Sie ihn aus.
  5. Montieren Sie die Verbindung und stellen Sie sicher, dass alle Unterlegscheiben (flach, Feder) richtig installiert sind.
  6. Ziehen Sie die Schraubverbindungen mit einem Drehmomentschlüssel mit dem vom Hersteller empfohlenen Drehmoment an (z. B. für 2,5-mm²-Klemmen - 0,8-1,2 Nm; für Stromschienen - 10-25 Nm, siehe Spezifikation).
  7. Überprüfen Sie den Widerstand der neuen Verbindung mit einem Milliohmmeter. Der Wert sollte weniger als 10 mΩ betragen, idealerweise weniger als 1 mΩ.
  8. Führen Sie nach der Wiederherstellung der Stromversorgung (nach dem Entfernen des LOTO) eine erneute thermografische Inspektion durch, um sicherzustellen, dass keine Überhitzung vorliegt.

8.2. Beseitigung der Stromüberlastung

  1. ACHTUNG: Wenden Sie das vollständige LOTO-VERFAHREN an, bevor Sie Kettenänderungen vornehmen.
  2. Identifizieren Sie die Ursache der Überlastung: Messen Sie die Ströme aller angeschlossenen Verbraucher.
  3. Option A (Last reduzieren): Reduzieren Sie nach Möglichkeit die Arbeitsbelastung der Geräte oder verteilen Sie die Verbraucher auf andere, weniger belastete Leitungen.
  4. Option B (Aufrüstung): Wenn eine Lastreduzierung nicht möglich ist, muss das System aufgerüstet werden:
    • Ersetzen Sie Leistungsschalter und andere Schutzgeräte durch eine Nennleistung, die dem tatsächlichen Spitzenstrom entspricht, nachdem Sie sichergestellt haben, dass die Kabel und Sammelschienen einen ausreichenden Querschnitt haben.
    • Ersetzen Sie die Kabel und Sammelschienen durch solche mit größerem Querschnitt, wenn die Stromleiter nicht der neuen Nennleistung der Leistungsschalter entsprechen (gemäß DSTU IEC 60364 „Elektrische Installationen von Gebäuden“).
    • Installieren Sie zusätzliche Verteilungsleitungen, um die Last gleichmäßig zu verteilen.
  5. Überprüfen Sie nach den Änderungen die neuen Ströme und führen Sie eine thermografische Inspektion durch.

8.3. Beseitigung harmonischer Verzerrungen

  1. ACHTUNG: Die Arbeit mit harmonischen Filtern erfordert möglicherweise besondere Fähigkeiten und PSA.
  2. Identifizieren Sie die Hauptquellen von Oberschwingungen in Ihrem Netzwerk (z. B. Frequenzumrichter, USV, Netzteile).
  3. Installation von harmonischen Filtern:
    • Passive Filter: Korrigieren Sie Harmonische einer bestimmten Ordnung. Wirksam für stabile nichtlineare Lasten.
    • Aktive Filter: Flexibler, kann Harmonische unterschiedlicher Ordnung kompensieren und sich dynamisch an Laständerungen anpassen.
  4. Die Verwendung von Transformatoren mit einem speziellen K-Faktor, die für den Betrieb unter Bedingungen hoher Oberschwingungsströme ausgelegt sind.
  5. Verwendung von Geräten mit geringen Oberschwingungen (z. B. Frequenzumrichter mit aktivem Leistungsfaktorkorrektor).
  6. Analysieren Sie nach der Installation der Filter die Stromqualität erneut mit dem Analysegerät, um sicherzustellen, dass der THD-I auf akzeptable Werte (z. B. <5 %) gesunken ist.

8.4. Beseitigung von Lastungleichgewichten

  1. ACHTUNG: VERWENDEN SIE DAS VOLLSTÄNDIGE LOTO-VERFAHREN, um die Verbindung sicher wiederherzustellen.
  2. Bestimmen Sie, welche einphasigen Lasten an jede Phase angeschlossen sind.
  3. Verteilen Sie einphasige Verbraucher so auf die Phasen L1, L2, L3, dass die Ströme auf jeder Phase möglichst nahe beieinander liegen. Streben Sie eine aktuelle Differenz von nicht mehr als 5-10 % an.
  4. Überprüfen Sie die Funktionsfähigkeit von Drehstromverbrauchern (z. B. Elektromotoren), ob Kurzschlüsse oder Unterbrechungen zwischen den Windungen vorliegen, die zu Ungleichgewichten führen können.
  5. Messen Sie nach dem erneuten Anschließen und Wiederherstellen der Stromversorgung die Phasenströme erneut mit Stromzangen und führen Sie eine thermografische Prüfung durch, um die Beseitigung von Unsymmetrie und Überhitzung zu bestätigen.

9. Vorsichtsmaßnahmen

Um den langfristigen und zuverlässigen Betrieb elektrischer Anlagen sicherzustellen, sind vorbeugende Maßnahmen von entscheidender Bedeutung. Durch regelmäßige Überwachung und geplante Wartung können die meisten Überhitzungsprobleme vermieden werden.

Grundursache Präventionsstrategie Überwachungsmethode Empfohlenes Intervall
Geschwächte/oxidierte Verbindungen Regelmäßige Kontrolle und Nachziehen aller Schraubverbindungen, Reinigung der Kontakte, Verwendung von Kontaktpasten. Jährliche thermografische Inspektion mit Vergleich der Thermogramme, Messung des Verbindungswiderstands mit einem Milliohmmeter bei geplanten Stopps. Sichtprüfung. Jährlich bei kritischen Systemen, alle 2-3 Jahre bei weniger belasteten Systemen. (Gemäß ISO 18436-7)
Stromüberlastung Systematische Überwachung der aktuellen Lasten. Planung des Netzausbaus unter Berücksichtigung des Lastwachstums. Verwendung von Schutzausrüstung mit der richtigen Bewertung. Periodische Messung der Ströme auf allen Phasen mit Stromzangen. Analyse der Energieverbrauchstrends. Vierteljährlich für dynamische Systeme, jährlich für stabile. Nach jedem Lastwechsel.
Harmonische Verzerrungen Verwendung harmonischer Filter. Kauf von Geräten mit geringer harmonischer Verzerrung (zum Beispiel mit einem Leistungsfaktorkorrektor). Regelmäßige Analyse der Netzqualität (THD-I, THD-U) mit dem Netzqualitätsanalysator. Vierteljährlich oder alle 6 Monate, insbesondere nach der Installation neuer nichtlinearer Geräte.
Lastungleichgewicht Gleichmäßige Verteilung einphasiger Lasten zwischen den Phasen. Periodische Überwachung von Drehstromverbrauchern. Messung von Strömen und Spannungen nach Phasen mit Stromzangen oder einem Netzqualitätsanalysator. Monatlich oder vierteljährlich, insbesondere in Systemen mit einer erheblichen Anzahl einphasiger Lasten.
Unzureichende Belüftung/Kühlung Regelmäßige Reinigung der Lüftungsöffnungen und Filter. Gewährleistung einer ordnungsgemäßen Luftzirkulation. Bei Bedarf Installation von Zwangskühlsystemen. Visuelle Inspektion von Lüftungssystemen, Temperaturmessung im Inneren des Schildes, Kontrolle des Lüfterbetriebs. Monatlich (Übersicht), jährlich (Tiefenreinigung).

10. Ersatzteile und Komponenten

Die Verfügbarkeit der erforderlichen Ersatzteile ist entscheidend für eine schnelle und effiziente Fehlerbehebung und die Minimierung von Ausfallzeiten. Nachfolgend finden Sie typische Komponenten, die Sie auf Lager haben sollten.

Beschreibungsdetails Spezifikation Wann ersetzen? Kategorie UNITEC
Automatischer Schalter Nennwert (A): 16A, 25A, 32A, 63A, 100A; Merkmale (B, C, D); Anzahl der Pole. Nach der Auslösung durch einen Kurzschluss, das Vorhandensein sichtbarer thermischer Schäden, häufiges Auslösen ohne Grund, Unfähigkeit zum Einschalten. Schutzausrüstung
Schütz Nennwert (A): 9A, 18A, 32A; Steuerspulenspannung: 24 V AC/DC, 230 V AC; Anzahl der NC/NC-Kontakte. Verschleiß der Hauptkontakte (sichtbares Brennen), Fehlfunktion der Spule (schaltet nicht ein/aus), erhöhte Gehäuseerwärmung. Schaltgeräte
Thermisches Überlastrelais Stromeinstellbereich: 0,63–1 A, 1,6–2,5 A, 4–6 A, 10–14 A; Auslöseklasse (10A, 20). Nach wiederholter Aktivierung sichtbarer Schaden, Unmöglichkeit des Zurücksetzens. Schutzausrüstung
Anschlussklemmen Typ: Schraube, Feder; Leiterquerschnitt: 2,5 mm², 6 mm², 16 mm², 35 mm²; Farbe. Oxidation, mechanische Beschädigung, Spuren von Überhitzung, Schmelzen des Körpers. Elektroinstallationsprodukte
Stromkabel Typ: VVG, PVS; Abschnitt: 2,5 mm², 6 mm², 16 mm², 35 mm², 50 mm²; Material: Kupfer. Isolationsschäden, sichtbares Schmelzen, Verfärbung, gemessener Isolationsdurchschlag. Kabelprodukte
Lüfter für Shield Größe: 120x120 mm, 180x180 mm; Versorgungsspannung: 230 V AC, 24 V DC; Produktivität (m³/h); IP-Schutzklasse. Reduzierte Leistung, erhöhte Geräuschentwicklung, vollständige Abschaltung. Kühlsysteme
Kondensator für Oberschwingungsfilter Kapazität (μF), Nennspannung (V), Klasse der Oberschwingungen. Aufquellen des Gehäuses, Austreten von Dielektrikum, Kapazitätsabfall (gemessen), Überhitzung. Elektronische Komponenten

Alle notwendigen Ersatzteile und Komponenten finden Sie im elektronischen UNITEC-D-Katalog: www.unitecd.com/e-catalog/

11. Links

  • DSTU EN 50110-1:2017. Betrieb von Elektroanlagen.
  • DSTU EN 60947-1:2017. Schaltgeräte und Niederspannungssteuergeräte. Allgemeine Regeln.
  • DSTU EN 50160:2014. Eigenschaften der Versorgungsspannung in öffentlichen Stromnetzen.
  • DSTU EN 61000-3-2:2017. Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV). Teil 3-2. Normen Aktuelle Oberschwingungsemissionsnormen (für Geräte mit einem Eingangsstrom von bis zu 16 A).
  • DSTU EN 61000-3-4:2017. Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV). Teil 3-4. Normen Begrenzung der Emission von Stromoberwellen für Geräte mit einem Nennstrom von mehr als 16 A pro Phase (für öffentliche Niederspannungsnetze).
  • DSTU EN 60034-1:2014. Elektrische Rotationsmaschinen. Teil 1. Nominale Parameter und Betriebseigenschaften.
  • ISO 18436-7:2014. Zustandsüberwachung und Diagnose von Maschinen – Anforderungen an die Qualifikation und Beurteilung des Personals – Teil 7: Thermografie.
  • Passende OEM-Betriebs- und Wartungshandbücher für bestimmte Geräte.
  • Weitere UNITEC-D-Wartungshandbücher.

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