10. Teilentladungen TE in Isolationsmedien Partial Discharge PD in dielectric material,

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1 Seite Teilentladungen TE in Isolationsmedien Partial Discharge PD in dielectric material, 10.1 Dielektrische Defekte in Isolationen dielectric defects in insulation materials Defekte in Gas-Isolationen Die hier dargestellten Defekte können bei der Montage und Fabrikation entstehen. Die bei erhöhter Prüf-Wechselspannung entstehenden Teil-Entladungen können mit der TE-Messung detektiert werden.

2 Seite Defekte in Öl-Isolationen Die Teil-Entladungen können in Öl recht groß werden. Durch die TE wird das Öl zersetzt, es entstehen Gase, hauptsächlich Wasserstoff. Die Gase werden vom Buchholzschutz erkannt. Desweiteren werden Meßsysteme für die Gas-in-Öl-Anlyse eingesetzt.

3 Seite Defekte in Feststoff-Isolationen Aus den Entladungen in den Fehlstellen können sich im Laufe der Zeit verzweigte Entladungs-Kanäle (Treeing) entwickeln, die zu eine Durchschlag führen. GFK-Elemente, Glas-Faserverstärkte Kunststoffe, werden vielfach für Schalterantriebe verwendet.

4 Seite Das Ersatzschaltbild der TE Equivalent Circuit of Partial Discharge PD In dem festen Isolierstoff befindet sich ein Hohlraum, ein Lunker (void). Bei anliegender Wechselspannung zünden Teilentladungen im Hohlraum. Die Ladung im Lunker gleicht sich aus. Die Spannung in dem Hohlraum bricht zusammen. C h C S C 0 Kapazität des Hohlraumes Kapazität zwischen Lunker und Elektrode Kapazität der gesamten Anordnung

5 Seite Zündung der TE in Lunkern PD-inception in voids Literatur: Ingo Wolf Maxwell'sche Theorie I, Seite 112 Kind, Feser, Hochspannungsversuchstechnik, Seite 93, 177 Gegeben Gesucht Feldstärke im Isolierstoff, z.b. Epoxidharz E a = 5 kv/mm, ε a = 4 Feldstärke im Lunker E i =? kv/mm, ε i = 1 Das Feld im Inneren des Lunkers in homogen. Die Feldstärke im Innern des Lunkers ist höher, sie beträgt: E i = E a $ 3$ a 2 a + i = 10kV/mm $ 3$4 2$4+1 = 13, 33kV/mm Bei dieser Feldstärke gibt es in den Lunker eine elektrodenlose Entladung. Die Entladung ist ein sehr kurzer Stromimpuls. Dabei wird eine betimmte Ladungsmenge verschoben, die tatsächliche Ladung Q t (real charge). Das Feld im Innern des Lunkers wird durch die Ladungsverteilung zu Null. Dieser Entladungsimpuls ist die sogenannte Teilentladung. Diese ist an den äußeren Elektroden meßbar, als scheinbare Ladung Q s (appearent charge). Die Teilentladungsintensität wird als Ladung gemessen, ein typischer Grenzwert für den Qualitätstest ist Q < 5 pc. Manchmal mißt man die Wirkung der Umladung als Spannungspuls in µv.

6 Seite Berechnung des TE-Ladungsimpulses Q calculation of the PD impulse, charge quantity v vor der Entladung Q 1 = U 1v $ C 1 = U 3 $ C 1$C 2 C 1 +C 2 Q 2 = U 2v $ C 2 = U 3 $ C 1$C 2 C 1 +C 2 Q 3 = U 3v $ C 3 Teilentladung, d.h. Q 1 verschwindet. n nach der Entladung Q g = Q 2 + Q 3 U 2n = U 3n = Q 2+Q 3 C 2 +C 3 = U 2v$C 2 +U 3v $C 3 C 2 +C 3 Meßbarer Spannungssprung U 3 = U 3n U 3v Meßbarer Ladungsimpuls Q = U 3 $ (C 2 + C 3 )

7 Seite Meßaufbau für TE-Signale measurement setup for PD-signals Minovic, Hochspannungstechnik, Seite 227 Der kleine Spannungssprung wird gemessen am Widerstand Z m = 150 Ω. Der Meßwiderstand liegt entweder in Reihe zum Prüling oder in Reihe zu einem Koppelkondensator 1000 pf. Ein koaxiales Meßkabel mit 150 Ω Wellenwiderstand geht zum TE-Detektor. Der Detektor ist meist kalibriert in pc... nc. Zur Unterdrückung der 50Hz-Spannung liegt eine Induktivität parallel zu Z m. Die TE-Impulse haben meist kleine Spannungsamplituden. Die Koaxialkabel werden zur Störabschirmung in Metallrohre verlegt. Die TE-Messung wird in geschirmten Kabinen durchgeführt. Bei SF6-Anlagen benutzt man integrierte SF6-isolierte Prüftransformatoren. Ein weitgebräuchlicher Grenzwert für die Bewertung der Prüflinge liegt bei 5 pc.

8 Seite Teilentladungsbilder PD characteristics, typical figures of PD-impulses

9 Seite TE in Abhängigkeit von der Prüfspannung PD as a function of AC test voltage Der Prüfling im Hochspannungstechnischen Praktikum, d.h. der Spannungswandler für 20kV, hat vermutlich einen recht großen Hohlraum.

10 Seite Anwendung der TE-Messung Application of PD-measurement Typen-Test Proto-Type Test Die Schwachstellen der Konstruktion werden ermittelt. Elektroden mit zu geringem Krümmungsradius erzeugen TE. Qualtätstest Quality Test Fehler in der Fabrikation und Herstellung sollen aufgedeckt werden. Dabei kann z.b. der Gießprozeß von Epxoydharz-Isolatoren während der Fabrikation verbessert werden. Schlecht kontaktierte Elektroden werden erkannt. Leitfähige Partikel und Schmutz in SF6-Anlagen werden gefunden. Vort-Ort-Test, Inbetriebnahme On-Site Test, Commissioning Fehler und Verschmutzung bei der Montage auf der Baustelle sollen gefunden werden. Überwachung von in Betrieb befindlichen Komponenten Measuring during service, on-line monitoring Isolationsdefekte sollen im Anfangsstadium erkannt werden, sodaß rechtzeitig Maßnahmen getroffen werden können. Derzeit neue Entwicklungen bei teuren Leistungstransformatoren. Alterungs-Überprüfung Aging Test Bei Eindringen von Feuchte in PE-Kabeln enstehen Wasserbäumchen (Water-Trees), die durch TE-Messung detektiert werden können.

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