Warum fiel AC220V auf AC80V? Ausfall des elektrischen Kugelhahn durch Spannungsabfall auf einer 600-Meter-Leitung

In industriellen Automatisierungssteuerungssystemen ist der zuverlässige Betrieb von elektrischen Kugelhähnen entscheidend für die Prozesssicherheit und -effizienz. Die folgende Fallstudie skizziert ein aktuelles Beispiel für die Fehlersuche, bei dem ein elektrischer Kugelhahn, der in einer Gaspipeline eines Industrieparks installiert war, nach Abschluss der Verkabelung nicht öffnete oder schloss. Durch systematische Inspektion und professionelle Analyse identifizierte unser Team schnell die Ursache und implementierte eine effektive Lösung. Wir teilen den Prozess unten zur Branchenreferenz mit.

Technische Spezifikationen

• Anwendungsszenario: Gaspipeline eines Industrieparks
• Zweck: Hauptabsperrung der Gaspipeline
• Medium: Erdgas
• Ventilgröße: DN300
• Körpermaterial: WCB
• Anschlussart: Flansch
• Steuersignal: Schaltsignal
• Betriebsspannungsversorgung: AC220V
• Konstruktionslebensdauer: 6 Jahre
• Inbetriebnahme: Dezember 2024
• Installationsort: Shanghai

Nachdem die Kabelverbindung zwischen dem elektrischen Kugelhahn und dem Schaltschrank hergestellt war, stellten die Bediener fest, dass das Ventil sich nicht öffnen oder schließen ließ auf Befehl. Dieser Fehler deaktivierte die Regulierungsfunktion der Gaspipeline und beeinträchtigte direkt die normale Gasversorgung für die Unternehmen des Parks.

Fehlersuche & Analyse

Das technische Support-Team von GRAT griff umgehend ein. Eine erste Inspektion bestätigte die korrekte Verkabelung, gefolgt von einer systematischen Messung der elektrischen Parameter:

• Die am elektrischen Stellantrieb gemessene Ist-Spannung betrug nur AC80V, was deutlich unter der Nennspannung von AC220V.
• Gemäß der Leistungsformel P = UI (die Leistung des Stellantriebs beträgt 1,2 kW) führt bei konstanter Leistung eine Abnahme der Spannung zu einer Erhöhung des Stroms.
• Der gemessene Betriebsstrom erreichte 18A. Dieser übermäßige Strom löste den eingebauten Überstromschutz des Schaltschranks aus und verhinderte so den Betrieb des elektrischen Kugelhahns.

Analyse der Ursache:
Der starke Spannungsabfall war in erster Linie auf die lange Kabellänge von 600–700 Metern zwischen dem elektrischen Kugelhahn und dem Schaltschrank zurückzuführen. Über eine so lange Strecke für die Stromübertragung machte der erhebliche Spannungsabfall es unmöglich, die für den normalen Start des Stellantriebs erforderliche Spannung zu erreichen.

Wichtige Faktoren, die den Leitungsspannungsabfall beeinflussen, sind:

• Leitermaterial (z. B. Kupferaderkabel hat einen geringeren Widerstand und einen geringeren Spannungsabfall)
• Leitungslänge (längere Länge erhöht den Spannungsabfall)
• Leiterquerschnitt (größerer Querschnitt verringert den Widerstand und den Spannungsabfall)
• Umgebungstemperatur (höhere Temperatur erhöht den Leiterwiderstand)

Diese Situation verdeutlicht eine wichtige Konstruktionsüberlegung: die Verhinderung eines übermäßigen Spannungsabfalls bei der Installation von elektrischen Kugelhähnen, insbesondere über lange Strecken.

Lösung & Implementierung

Um die Fehlerursache zu beheben, bewerteten wir zwei praktikable Lösungen:

1. Änderung der Nennspannung: Ändern Sie die Betriebsspannung des Stellantriebs von AC220V auf AC380V. Obwohl AC380V eine stabile Spannung und einen geringeren Strom bietet, wurde diese Option aufgrund des Fehlens einer AC380V-Stromquelle vor Ort, hoher Kosten für den Austausch des Stellantriebs und potenzieller Kompatibilitätsprobleme ausgeschlossen.
2. Verlegung des Schaltschranks: Nach Rücksprache mit dem Personal vor Ort wurde der Schaltschrank näher an den Kugelhahn verlegt und die Verkabelung neu installiert. Tests nach der Verlegung bestätigten dass der Kugelhahn den Normalbetrieb wieder aufnahm und den Fehler behob.

Implementierungsergebnisse:
Nachdem wir uns für Lösung 2 entschieden hatten, führte unser Bauteam den Plan umgehend aus. Der Schaltschrank wurde etwa 50 Meter vom elektrischen Kugelhahn entfernt neu positioniert. Neue Strom- und Steuerkabel wurden gemäß den Spezifikationen installiert. Die Nachrüstungs-Fehlerbehebung und -Tests umfassten:

• Messen der Spannung am Eingang des Stellantriebs mit einem Präzisionsvoltmeter, Bestätigung einer stabilen AC215V, die die Nennanforderung vollständig erfüllt.
• Überprüfung des Anlaufstroms mit einem Zangenamperemeter, das einen stabilen Wert von 8,2A anzeigt, innerhalb des normalen Betriebsbereichs.
• Durchführung mehrerer Öffnungs-/Schließbetriebstests, wobei der elektrische Kugelhahn genau und zuverlässig auf Steuersignale reagierte.

Nach 72 Stunden Dauerüberwachung blieben alle Systemparameter stabil, was bestätigte, dass der Fehler vollständig behoben war. Diese erfolgreiche Lösung behebt nicht nur das unmittelbare Problem, sondern liefert auch wertvolle Erkenntnisse für die Planung des Layouts von elektrischen Stellantrieben unter ähnlichen Bedingungen und dient als wichtiger Anhaltspunkt für die zukünftige Projektplanung.

Zusammenfassung der Erfahrungen

Dieser Fall bestätigt erneut, dass während der Planungs- und Installationsphasen von industriellen Automatisierungssystemen eine umfassende Bewertung der elektrischen Systemparameter und des Geräte-Layouts unerlässlich ist. Besonderes Augenmerk sollte auf Folgendes gelegt werden:

• Genaue Bewertung der Stromversorgungsentfernungen zur Vermeidung von Gerätefehlfunktionen aufgrund von Leitungsspannungsabfall.
• Wissenschaftliche Auswahl der Kabelspezifikationen, unter Berücksichtigung größerer Querschnitte für Stromübertragungsszenarien über große Entfernungen.
• Gewährleistung einer integrierten Planung unter Berücksichtigung von Leistungsanpassung, Geräteplatzierung und Steuerlogik.

Die effektive Verwaltung des Spannungsabfalls in elektrischen Kugelhahn-Systemen ist entscheidend für die Zuverlässigkeit. GRAT engagiert sich weiterhin für die Bereitstellung professioneller technischer Dienstleistungen und rigoroser Fehleranalysen und liefert zuverlässige Steuerventillösungen, um die Sicherheit, Stabilität und Effizienz industrieller Systeme zu gewährleisten. Wir freuen uns über Anfragen und die Zusammenarbeit mit Kunden aus verschiedenen Branchen.