Teilweise Entlastung verstehen: Ursachen, Folgen und Lösungen

Ursachen für eine teilweise Entlastung

Teilentladung (PD) tritt in Isoliermaterialien auf, wenn die elektrische Spannung in bestimmten Bereichen die dielektrische Festigkeit des Materials übersteigt, typischerweise innerhalb von Luftlücken, Ölfolien,oder OberflächenZu den Hauptursachen gehören:

1. Lokalisierte Konzentration des elektrischen Feldes:

   • PD wird ausgelöst, wenn die lokale Feldstärke in einem Gas-, Flüssigkeits- oder schwachen dielektrischen Bereich die Abbruchfeldstärke übersteigt.Dies tritt häufig in Isolationsstrukturen mit scharfen Kanten oder Unvollkommenheiten auf.
   • Beispiel: Das konzentrierte elektrische Feld am Rand von Elektroden oder Schlitzen von Hochspannungsmotorspulen.

2. Unvollkommenheiten bei der Herstellung:

   • Während der Herstellung können sich in Isoliermaterialien Luftblasen, Ölfolien oder Hohlräume bilden, die die Bruchfestigkeit im Vergleich zu fester Isolierung verringern.
   • Beispiel: Bei gegossenen Transformatoren, Kunststoffkabeln und mit Öl getränkten Isolationssystemen sind solche Defekte häufig.

3. Elektrische Belastung:

   • Wechselspannung: PD tritt am häufigsten unter sinusförmiger Wechselspannung aufgrund der durch wechselnde Zyklen verursachten kontinuierlichen Belastung auf.
   • Gleichspannung: Obwohl weniger häufig, kann PD unter Gleichspannung immer noch auftreten, aber bei viel niedrigeren Wiederholungsraten als AC.

4. Entlastung wegen Corona:

   • Bei freiliegenden Elektrodenkanten erzeugt die Corona-Entladung in der Luft reaktive Nebenprodukte wie Ozon, die umgebende Materialien chemisch abbauen können.

Auswirkungen einer teilweisen Entlastung

Teilweise Entladungen beeinflussen die Lebensdauer und Zuverlässigkeit elektrischer Isolationssysteme erheblich.

1. Abbau der Isolierung:

   • Körperliche AuswirkungenJede Entladung erzeugt hochenergetische Elektronen, was zu einem Mikrokrecken führt und die Isolationsstruktur schwächt.
   • Chemische Reaktionen: Ladete Partikel und reaktive Gase, die durch PD erzeugt werden (z. B. Ozon), zerstören die molekulare Struktur der Isolierung.

2. Innere und Oberflächenentladungen:

   • Innerer Entlastung: Geschieht innerhalb von Hohlräumen, Blasen oder Ölfolien und führt zu lokaler Isolationszerstörung.
   • Oberflächenentladung: tritt entlang der Schnittstelle von Isolierung und Luft oder Öl vor, insbesondere in Bereichen mit ungleichmäßiger Feldverteilung.

3. Schäden an kritischen Komponenten:

   • Häufig in Hochspannungsausrüstungen wie Transformatoren, Kabeln, Kondensatoren und Motorwicklungen.
   • Im Laufe der Zeit beschleunigt die wiederholte PD-Aktivität das Altern der Isolierung, was zu Ausfall der Ausrüstung führt.

4. Systemzuverlässigkeit:

   • PD-bedingte Isolationsfehler sind eine der Hauptursachen für Störungen in Hochspannungssystemen, insbesondere in Hochspannungstransformatoren.

Lösungen für die teilweise Entlastung

Um eine partielle Entlastung zu bekämpfen, sind proaktive Konzeption, Überwachung und Teststrategien erforderlich.

1. Designverbesserungen

• Minimieren Sie die Feldkonzentration durch Verwendung abgerundeter Elektrodenkante und optimierter Isolationsstrukturen.
• Elimination von Hohlräumen und Luftlücken während der Herstellung durch Anwendung von Vakuumimpregnationstechniken in der Öl-Papier-Dämmung.

2. Prüfung und Erkennung

• Fabrikprüfungen:
  • Während der Herstellung ist eine PD-Prüfung an jeder Einheit durchzuführen, um die Integrität der Isolierung zu gewährleisten.
  • Stellen Sie sicher, dass die Arbeitsfeldfestigkeit unter der ursprünglichen Entladungsfeldfestigkeit des Isolationsmaterials liegt.
• Vor-Ort-Prüfung:
  • Durchführung von Teilentladungstests während der Installation und Übergabe des Transformators zur Feststellung latenter Defekte.
  • Überwachung des Gasgehalts im Transformatoröl; hohe Gaskonzentrationen deuten auf einen Isolationsbruch hin.

3. Online-Überwachung

• Die Echtzeitüberwachung von Isolationssystemen bietet eine frühzeitige Warnung vor PD-Aktivität unter Betriebsbedingungen.
• Moderne Online-Überwachungssysteme verfolgen PD-Signale und Gasbildungstrends und helfen, unerwartete Ausfälle zu verhindern.

4. Wartungsverfahren

• Bei regelmäßigen Beurteilungen, insbesondere bei Transformatoren mit einer Nennleistung von mehr als 110 kV, sollten Teilentladungstester verwendet werden.
• Bei Bedarf Reparaturen oder Nachrüstungen durchführen, um Schwachstellen zu mildern, die während der Prüfung festgestellt wurden.

5Normen und regelmäßige Wartung

• Befolgen Sie internationale Normen (z. B. IEC 60270) für PD-Prüfungen und -Überwachung.
• Regelmäßige Wartungszyklen zur Inspektion und Reinigung von Isolationsflächen durchführen, um eine optimale Leistung zu gewährleisten.

Schlussfolgerung

Teilentladungen sind ein entscheidender Faktor für den Abbau von Hochspannungsgeräten, der sich direkt auf die Zuverlässigkeit und Sicherheit auswirkt.Dies ist ein wesentlicher Faktor für ein wirksames Isolationsmanagement.Durch strenge Tests, fortschrittliche Überwachung und ordnungsgemäße Wartung können Ingenieure die Risiken von PD mindern und so die langfristige Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit von Stromsystemen gewährleisten.