Durchgangsleistung, bzw. S = U * I = 1000kV * 0,1A in der Praxis einige 10 kva bis einige 100 kva

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1 Erzeugung hoher Prüf-Wechselspannungen mit dem Kaskadentransformator Seite 1 von 19 Prüftransformator, dreistufige Kaskadenschaltung Man hat spezielle Transformatoren entwickelt (siehe Bild) E Erregerwicklung K Kopplungswicklung H Hochspannungswicklung (hier 3 in Serie) P Durchgangsleistung, bzw. S = U * I = 1000kV * 0,1A in der Praxis einige 10 kva bis einige 100 kva

2 Mechanischer Aufbau des Kaskadentransformators Seite 2 von 19 Wechselspannungskaskadentransformator mit 3 Stufen

3 Anforderungen der Hochspannungs-Prüftechnik an die Prüftransformatoren Seite 3 von 19 - hohe Wechselpannungen im Zeitbereich von Minuten - relativ kleine kapazitive Ströme, meist I < 1A - TE-freie Prüftransformatoren, PD < 5 pc - Prüftransformatoren mit hoher Kurzschlußimpedanz, d.h. kleine Kurzschlußströme bei einem Durchschlag, damit die Prüflinge nicht zu sehr beschädigt werden - oft mit Schnell-Abschaltung bei Durchschlag nach 1 Halbwelle (10 ms) - sinusförmiger Spannungsverlauf - transportable Prüf-Trafos für die Vor-Ort-Prüfung - normalerweise einphasige Trafos - Festigkeit für Blitzstöße, damit Wechselspannung und Blitzstoßspannung gleichzeitig an einen Prüfling angelegt werden können.

4 Erzeugung hoher Prüf-Wechselspannungen mit einem Spannungswandler Seite 4 von 19 1 Primäranschluß 2 Porzellanüberwurf 3 Kern mit Wicklungen 4 Faltenbalg 5 Kapizitive Feldsteuerung 6 Sekundärklemmkasten

5 Seite 5 von 19 Innerer Aufbau eines Spannungswandlers Messung mit dem Spannungswandler Klassen und Genauigkeiten Klasse 0,1 0,2 0,5 1 3 Fu % 0,1 0,2 0,5 1 3 δu Winkelminuten

6 Erzeugung hoher Prüf-Wechselspannungen durch Serienresonanz Seite 6 von 19 Resonanzüberhöhung: U S = Q $ U P Q Güte des Schwingkreise, z.b. Q = 100 U S Sekundärspannung U P Primärspannung

7 Seite 7 von 19 Mechanischer Aufbau eines Generators zur Erzeugung hoher Prüf-Wechselspannungen durch Serienresonanz resonance test set up

8 Die Wechselspannungsprüfungen Festigkeitsprüfungen mit Wechselspannung: Seite 8 von 19 - Prüfung mit Nenn-Steh-Wechselspannung U rw, 1 Minute Haltespannung - Prüfung der TE-Charakteristika - Messung des Verlustfaktors tanδ - Lebensdauerprüfung mit erhöhter Betriebsspannung Für Hochspannungskomponenten sind für die Spannungsebenen 52kV bis 245kV Wechselspannungsprüfungen für 1 Minute vorgeschrieben. Tabelle DIN VDE 0111 Teil 1/10.79 Beispiel: U n U meff U rweff = 110 kv Netznennspannung, verkettet = 123 kv maximal dauernd zulässige Spannung = 185 kv oder 230 kv, Nenn-Steh-Wechselspannung, Leiter gegen Erde Diese Prüfspannung U rweff muß für 1 Minute gehalten werden. Die Wahl der Prüfspannung erfolgt je nach Sternpunktbehandlung, d.h. starr oder fest geerdet, und je nach Grad der Blitzgefährdung.

9 Seite 9 von 19 Teilentladungsprüfung, TE-Test Die TE-Prüfung wird mit Betriebsspannung d.h. Spannung Phase gegen Erde durchgeführt. Beispiel: Um = 123 kv UPrüfTE = (1-2) * 123 kv / sqr(3) Die Grenze der zulässigen TE-Intensität liegt meist bei 5 pc (pico Coulomb) Die Messung des Verlustfaktors tan δ weist meist auf Schwächen in der Isoaltion hin. (Siehe Kapitel 8) Der Wert von tanδ sollte nicht wesenlich höher sein als die Verlustfaktoren der verwendeten Isolierwerkstoffe. Größenordnung: tan δ < 10-3 Die Prüflinge belasten den Prüftrafo hauptsächlich kapazitiv. Beispiel für Kapazitäten von Komponenten: Hasenpusch, Hochspannungstechnik, Seite 125 Isolatoren pf Durchführungen pf Meßwandler pf Leistungstransformatoren pf Kabel pf/m (Ladestromprobleme) Bei Kabel wird der kapazitive Ladestrom mit zunehmender Kabellänge so groß, daß der Trafo überlastet wird. Kabel werden mit Gleichspannung oder mit Spannungen im 1 Hz-Bereich geprüft.

10 Prüfspannungen für Mittelspannungsanlagen nach VDE siehe z.b. ABB Handbuch Schaltanlagen, Seite 115 Seite 10 von 19 Beispiel Netznennspannung Un 20 kv Höchste Spannung Um 24 kv Nenn-Steh-Wechsel- UrW 50 kv spannung Höchste Spannung für Betriebsmittel Nenn-Steh- Blitzstoßspannung Nenn-Steh- Blitzstoßspannung Nenn-Steh- Wechselspannung U m U rb U rb U rw Effektivwert Scheitelwert Scheitelwert Effektivwert dauernd Liste 1 Liste 2 1 Minute kv kv kv kv 3, , , Liste 1: Starre Erdung, niedrige Blitzgefährdung Liste 2: Gelöschte Netze, hohe Blitzgefährdung

11 Fachhochschule Dortmund Prüfspannungen für Hochspannungsanlagen nach VDE Amplitude der Wechselspannung, welche die Isolation beansprucht: uˆ = U m $ 2 3 Seite 11 von 19

12 Messung von hohen Wechselspannungen Seite 12 von 19 Messung mit der Kugelfunkenstrecke Relevante Größe für die Feststellung der Spannungsfestigkeit ist die Amplitude der Prüfspannung û. Im Bereich der Amplitude wird der Isolierstoff, also das Dielektrikum am stärksten beansprucht. Ein Durchschlag tritt meist im Scheitel der Spannung auf. Die Scheitelwertmessung mit Kugelfunkenstrecke beruht auf dem festen Zusammenhang zwischen Scheitelabstand s und Durchschlagspannung U d (s). Diese Methode wird selten benutzt, da systematisch ein Durchschlag auftritt. Diese von Natur aus sichere Methode hilft, ein übliches elektronischen Meßssystem von Fall zu Fall zu überprüfen.

13 Kapazitiver Hochspannungsteiler Seite 13 von 19 Messkondensator C 1 z.b. C 1 = 100 pf U 1 = 1000 kv Unterspannungskondensator C 2 muss immer angeschlossen sein, weil sonst die Hochspannung am Ausgang der Koaxialbuchse anliegt. Der Scheitelspannungsmesser befindet sich im Kontrollraum. Dort ist der Kondensator C 2. Die Kapazität des Abschirmkabels verursacht einen Messfehler, bzw. wird beim Übersetzungsverhältnis berücksichtigt.

14 Seite 14 von 19 Messung der Wechselspannung mit der Schaltung nach Rabus. Das Meßsystem zur Scheitelwertmessung benutzt einen kapazitiven Teiler und ein Scheitelspannungsmeßgerät. Positiver und negativer Scheitelwert werden mit der Zweiwegstützschaltung nach Rabus gemessen.

15 Messung des Effektivwertes bei hohen Wechselspannungen mit dem Elektrostatischen Voltmeter nach Starke-Schröder Das elektrische Felde E erzeugt eine Kraft F Seite 15 von 19 F = 1 2 $ 0 $ A $ U d 2 Diese Kraft F dreht einen Spiegel um einen kleinen Winkel. Dadruch wird eine Laser-Lichtstrahl abgelenkt und zeigt auf der Skala den Effektivwert der Spannung an.

16 7. Aufgabe Seite 16 von 19 Daten des Wechselspannungs-Prüftransformators: U prim = 400 V I prim = 250 A U sek = 3*400 kv = 1200 kv I sek = 0,25 A Maximalstrom u K = 10 % C T1 = 100 pf C T2 =? pf Teilerkapazität, Hochspannungsseite Teilerkapazität, Niederspannungseite Es soll eine 800 kv Anlage geprüft werden. 7.1 Wie groß ist die maximal zulässige Prüflingskapazität C P bei 1200 kv Prüfspannung? 7.2 Berechnen Sie die Trafo-Leistung! 7.3 Wie groß muß die Unterspannungskapazität C T2 des Teilers gemacht werden, damit die Spannung am Teilerausgang U 2rms = 100 V beträgt? 7.4 Wie groß ist der Scheitelwert û 2? 7.5 Wie wirkt sich ein 50m langes koaxiales Meßkabel RG213 auf den Meßwert aus? C' K = 100 pf/m 7.6 Welche Prüfwechselspannung muß für U n = 765 kv d.h. Um = 800 kv eingestellt werden? 7.7 Berechnen Sie die Ströme in R1, R2 und R3! 7.8 Berechnen Sie die Spannungen im Prüftrafo! 7.9 Berechnen Sie die Leistungen im Prüftrafo! 7.10 Berechnen Sie die Verluste im Trafo!

17 Seite 17 von 19 Kaskadentransformator mit 3 Stufen

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