Hochspannungsanlagen, darunter Schaltanlagen, GIS, Transformatoren und Stromkabel, stehen im Langzeitbetrieb unter ständig hoher elektrischer Belastung. Selbst geringfügige interne Isolationsfehler können eine Teilentladung (TE) auslösen, ein häufiges und gefährliches elektrisches Phänomen, das die Geräteisolierung nach und nach beeinträchtigt. Ohne rechtzeitige Erkennung und Wartung führt die kumulative Teilentladung zu einer Verschlechterung der Isolierung, zu Geräteausfällen und sogar zu Stromausfällen in Umspannwerken, was zu enormen wirtschaftlichen Verlusten und Sicherheitsrisiken führt. Daher sind regelmäßige Teilentladungstests zu einem zentralen Bestandteil der vorausschauenden Wartung von Energieanlagen geworden.
Was verursacht Teilentladung (PD)
Teilentladung tritt auf, wenn die lokale elektrische Feldstärke die Spannungsfestigkeit von Isoliermaterialien übersteigt, was zu einem lokalen Durchschlag und einer Entladung führt, ohne die gesamte Isolierstruktur zu durchdringen. Zu den Hauptursachen gehören Herstellungsfehler, alternde Isolierung, feuchte Innenumgebung, mechanische Schäden und unsachgemäße Geräteinstallation. Diese Probleme führen zu Schwachstellen im Isolationssystem, die bei normaler Betriebsspannung zu einer kontinuierlichen Teilentladung führen.
Häufige Arten von Teilentladungsfehlern
schwebende Potentialentladung
Eine schwebende Potenzialentladung wird durch ungeerdete schwebende Metallpartikel oder Komponenten in Hochspannungsgeräten verursacht. Diese schwebenden Leiter induzieren instabile elektrische Felder und erzeugen intermittierende Teilentladungssignale. Es handelt sich um einen typischen versteckten Defekt in Schaltanlagen und GIS-Geräten, der durch herkömmliche Sichtprüfung nur schwer zu erkennen ist.
Oberflächenentladung
Oberflächenentladungen entstehen auf der Oberfläche von Isoliermaterialien aufgrund von Oberflächenverschmutzung, Feuchtigkeit oder Alterung. Der Oberflächenisolationswiderstand nimmt ab und es kommt zu einer Kriechentladung entlang der Isolationsoberfläche. Dieser Defekt tritt häufig bei Hochspannungsgeräten im Freien auf und löst bei feuchten und regnerischen Wetterbedingungen leicht einen Funkenüberschlag aus.
Leere Entladung
Hohlraumentladung entsteht durch winzige Luftporen im Inneren fester Isoliermaterialien. Der Luftspalt hat eine geringere Spannungsfestigkeit als die feste Isolierung, sodass es unter Betriebsspannung immer wieder zu Teilentladungen im Hohlraum kommt. Langfristige Hohlraumentladungen führen nach und nach zu einer Vergrößerung der Isolationsrisse und schließlich zum Ausfall der Isolation.
Koronaentladung mit Metallspitze
Scharfe Metallgrate oder hervorstehende Metallteile im Geräteinneren erzeugen konzentrierte elektrische Felder. Wenn die elektrische Feldstärke die Ionisierungsschwelle der Luft überschreitet, kommt es zu einer Koronaentladung. Dieser Defekt ist in Transformatoren und Hochspannungsschaltanlagen weit verbreitet und eine kontinuierliche Koronaentladung beschleunigt die Alterung der Isolierung.
Warum berührungslose Teilentladungstests für die vorausschauende Wartung?
Die herkömmliche Wartung von Energieanlagen beruht auf einer regelmäßigen Inspektion beim Ausschalten, was ineffizient und kostspielig ist und den Betriebsstatus der Anlagen nicht in Echtzeit überwachen kann. Die berührungslose Teilentladungsprüfung ermöglicht die Erkennung stromführender Leitungen, ohne die Stromversorgung zu unterbrechen. Es kann subtile TE-Signale im Betriebszustand erfassen, frühzeitig vor Isolationsfehlern warnen und plötzliche Geräteausfälle vermeiden. Dieser vorausschauende Wartungsmodus verbessert die Sicherheit und Stabilität des Stromnetzbetriebs erheblich und reduziert unnötige Stromausfallverluste.
Häufige Geräte, die unter Teilentladung leiden
Teilentladungsdefekte treten hauptsächlich in Mittel- und Hochspannungsanlagen auf, darunter Mittel- und Hochspannungsschaltanlagen, geschlossene kombinierte GIS-Elektrogeräte, Leistungstransformatoren, Hochspannungskabelverbindungen und -anschlüsse sowie Ringleitungen. Diese Geräte sind über lange Zeit einer hohen elektrischen Belastung ausgesetzt, und Alterung der Isolierung und strukturelle Mängel sind die Hauptursachen für Teilentladungen.
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