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Teilentladung in Isolation: der Prozess der Teilentladung

Teilentladung ist eine elektrische Entladung, die in einem kleinen Bereich der Isolierung auftritt, wo die Stärke des elektrischen Feldes die Durchschlagsfestigkeit des Materials übersteigt. Es kann in Hohlräumen innerhalb der festen Isolierung auftreten, auf der Oberfläche des Isoliermaterials, innerhalb von Gasblasen in flüssiger Isolierung.


Die Ursachen für Teilentladungen

Per Definition, nach internationalen Standards angenommen, wird eine Teilentladung als elektrische Entladung, lokal Rangieren der Isolierung auf einem separaten Abschnitt der Struktur genannt.

Dieser Vorgang ergibt sich aus der Ionisation eines Gas- oder Flüssigkeitsdielektrikums und kann an der Grenzfläche zwischen zwei Medien und innerhalb der Isolierung auftreten. Der Ursprung und die Entwicklung hängt von der Art des Dielektrikums und den strukturellen Merkmalen der Isolierung des Gegenstandes ab. Teilentladungen in der Isolierung sind eine Folge des Vorhandenseins von Inhomogenitäten in der Struktur des Dielektrikums und der Eigenschaften der auf ihn wirkenden Spannung. Solche Heterogenitäten können verschiedene Fremdstoffe und Verunreinigungen, Gaskavitäten, Befeuchtungszonen sein. Solche Defekte entstehen in der Isolationsstruktur in der Regel durch eine Störung des Herstellungsprozesses und im Betrieb von Geräten (unter dem Einfluss von mechanischen Einflüssen, Verformung, Vibration).

Was sind Triane und ihre Bildung in der Struktur des Dämmstoffs

In dem Isoliermaterial wird aus dem darin vorhandenen Hohlraum eine baumartige Struktur gebildet, eine Trennung. Teilentladungen entwickeln sich in den Zweigen der Trianden. Unter dem Einfluß des elektrischen Feldes und der Entladungen erhöhen sich die Triane in Größe und Menge, wodurch der Grad des Abbaus des Polymermaterials erhöht wird. Dendriten haben die Leitfähigkeit erhöht und führen zu einer fortschreitenden Zerstörung des Dielektrikums.

Da die Entladung einer Teilentladung im gasförmigen Medium eine Spannung erfordert, die niedriger ist als diejenige für die gleiche Wirkung in der Flüssigkeit oder in einem festen Fremdeinschluss, kann das Vorhandensein solcher Defekte in der Isolierung die wahrscheinlichste Ursache für den Beginn der Zerstörung dieses Materials sein. Dies geschieht dadurch, daß in einem mit Gas gefüllten Hohlraum die elektrische Feldstärke höher ist als in einem festen oder flüssigen Bereich, und die elektrische Festigkeit des gasförmigen Mediums hat einen niedrigeren Wert als andere Fraktionen der Isolierung.

Arten von Triings

Elektrisch induzierte Triane werden durch die Wirkung von alternierenden und gepulsten Spannungen sowie zu sehr hohen Werten gebildet. Während des Betriebs des Gerätes führen diese Werte nicht zu einem sofortigen Ausfall der Isolierung, sondern können eine Ionisierung des Gases in Inhomogenitäten hervorrufen. Wenn die Struktur des Materials nicht genügend große Hohlräume aufweist, können sich Dendriten für eine relativ lange Zeit entwickeln.

Das Vorhandensein von Blasen mit größerer Größe führt zum Auftreten von Teilentladungen, wenn das Kabel mit der Nennspannung arbeitet.

Wassertropfen entstehen, wenn Feuchtigkeit durch Diffusion oder durch Mikrorisse im Material in das Innere der Isolierung gelangt.

Bei der Kondensation von Feuchtigkeit in den Einschlüssen entstehen Dendriten, nach denen ihre intensive Bildung und das Wachstum durch das Auftreten zusätzlicher Hohlräume beginnt. Dies führt zu einer Verringerung der Spannungsfestigkeit und zum Abbau des Kabels.

Die Hauptgründe für den Abbau der Isolierung sind sowohl die elektrische Alterung aufgrund von Teilentladungen, die bei Einschlüssen während der Überspannung und im Nennbetriebsmodus auftreten, sowie die thermische Alterung des Materials.

Unter dem Einfluß von Teilentladungen beginnt der Prozess der Zerstörung der Isolierung, die Größe des betroffenen Gebietes nimmt zu.

Die Bedingungen für das Auftreten von Teilentladungen hängen von der Form des elektromagnetischen Feldes der Isolierstruktur und den elektrischen Eigenschaften einer bestimmten Materialzone ab.

Teilentladungen führen in der Regel nicht zu einem Durchbruch der Isolierung, sondern sind die Ursache für Änderungen in der Struktur des Dielektrikums, und wenn das System für eine ziemlich lange Zeit betrieben wird, kann es einen Ausfall der Isolationsschicht verursachen. Ihr Auftreten zeigt immer eine lokale Inhomogenität des Dielektrikums an. Charakteristika von Teilentladungen sind hinreichend gut, um den Grad der Fehlerhaftigkeit der Isolierstruktur zu beurteilen.

Die größte Gefahr, die sie darstellen, wenn das Gerät bei wechselnder und gepulster Spannung arbeitet.

Physikalische Phänomene begleiten Teilentladungen isoliert

Eine Überhitzung der Isolierung führt zu einer Beschleunigung des Prozesses ihrer Zerstörung aufgrund einer Zunahme der Anzahl von Punkten, in denen neue Fehler auftreten, was zu einer Erhöhung der Menge und des Volumens der Dendriten führt. Dies führt zu einer Erhöhung der Intensität des Feldes in diesem Bereich.

Eine teilweise elektrische Entladung übt eine thermische Wirkung auf die Isolierung aus und zerstört sie auch durch geladene Teilchen und reaktive Produkte, die als Ergebnis der Entladung gebildet werden.

Darüber hinaus verursachen Teilentladungen die Erzeugung von Impulsströmen in den von ihnen erzeugten Kanälen. Im Falle eines Zusammenbruchs wird all dies durch elektromagnetische Strahlung, Stoßwellen, Lichtblitze und den Zerfall der Isolation auf molekularer Ebene begleitet.

Teilentladungen gehören zu den Hauptursachen für Schäden an Hochspannungsanlagen. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass das Auftreten von Teilentladungen die Anfangsphase der Entwicklung der meisten Fehler in der Hochspannungsisolation ist.

Als Ergebnis dieser Prozesse werden Bedingungen für das Auftreten von Isolationsausfällen geschaffen.

Die Stufen der Einleitungen

Wird eine für ein bestimmtes Isoliermaterial eingestellte Spannungsschwelle überschritten, so können Teilentladungen eingeleitet werden, die nicht zu einem sofortigen Ausbrennen der Isolierung führen und somit vollständig toleriert werden können. Sie haben den Namen – Initiale.

Eine weitere Erhöhung der Spannung, eine Erhöhung der Größe und Anzahl der Einschlüsse, die Anzahl der Auslösungen im Prozess des kontinuierlichen Betriebs der Ausrüstung führt zu einer starken Zunahme der Intensität der Teilentladungen. Ihr Auftreten reduziert die Haltbarkeit der Isolierung drastisch und kann zu deren Ausfall führen. Solche Entladungen werden als kritisch bezeichnet.

Einfluss der Entladungen in der Struktur auf Ausrüstung

Eines der wichtigsten Elemente der Konstruktion von Transformatoren und elektrischen Maschinen ist die Isolierung der Wicklungen. Es unterliegt kontinuierlich solchen destruktiven Faktoren wie: thermische Effekte durch längeren Strömen; Vibrationsbelastungen durch den Magnetkreis (für Transformatoren) und den Antriebsmechanismus (für elektrische Maschinen); Konsequenzen von Leckagen von Startströmen und Kurzschlussströmen.

Alle diese Faktoren führen zu einer Beschädigung der Isolierung und dem Auftreten von Teilentladungen. Bei elektrischen Maschinen ist dies die häufigste Ursache des Ausfalls, und bei Transformatoren ist das Versagen als Folge einer Beschädigung der Isolierung der Wicklungen an zweiter Stelle, nur um die Eingänge zu beschädigen.

Warum müssen Sie die Einleitungen messen

Die Messung der Prozesse, die auftreten, wenn Teilentladungen auftreten, ist notwendig, um die Möglichkeit zu erhalten, den Ausfall der Isolierung und die maximale Abnahme ihrer Intensität in Isoliermaterialien zu verhindern.

Im Zusammenhang mit der Verwendung von VPE-Isolierung bei der Konstruktion von Stromkabeln, elektrischen Geräten, Hochspannungstransformatoren, Freileitungsleitungen ist es notwendig, die Teilentladungen, die die Sicherheit ihres Betriebs beeinflussen, ständig zu überwachen.

Vermeidung von Isolationsausfällen und Prüfverfahren

Es ist notwendig, den Zustand des Isoliermaterials während des Betriebes zu überprüfen, um die sich entwickelnden Frakturen zu erkennen und Notfallausfälle aufgrund von Teilentladungen an der Ausrüstung zu verhindern.

Um den Grad der Fehlerhaftigkeit der Isolierung von Hochspannungsanlagen zu kontrollieren, gibt es:

  • Tests mit erhöhter Spannung, äquivalent in der Größenordnung zu seiner möglichen Zunahme während des Betriebs. Dies ist notwendig, um die Werte der elektrischen Festigkeit der Isolierung bei kurzzeitigen Spannungserhöhungen festzulegen.
  • Zerstörungsfreie Testmethoden zur Bestimmung der Zeitressource ihres Betriebs.

Dadurch ist es möglich, eine zuverlässige Diagnose auf Betriebsgeräten durchzuführen, ohne dass Geräte aus dem Betrieb genommen werden und somit wirtschaftliche Verluste ausgeschlossen sind.

Bestehende Verfahren zur Diagnose von Teilentladungen können in den frühen Entwicklungsstadien einen Defekt erkennen und dadurch teure Reparaturen oder Ersatz von ausgefallenen Geräten verhindern.

Einige Methoden erlauben die Lokalisierung des Defektbereichs, und nur beschädigte Bereiche der Isolierung unterliegen der Reparatur.

Beim Prüfen von Geräten mit Hochspannung verschlechtert sich die Isolationsqualität durch mehrfache Belastungen als die Betriebswerte.

Diagnosemethoden zum Erfassen von Teilentladungen erlauben die genaueste Schätzung des Grades der Restleistung der Ausrüstung, ohne eine zerstörende Wirkung auf ihre Isolierung zu bewirken. Die Diagnose von Teilentladungen während des Betriebs wird durch die Tatsache kompliziert, dass normalerweise um das zu untersuchende Objekt eine andere Ausrüstung ist, die eine Störquelle ist. Diese Signale können sich nicht von den Signalen des gewünschten Objekts unterscheiden, da sie auch Teilentladungen sein können.

Um also die Störsignale und die gemessene Teilentladung zu trennen, ist es notwendig, zuerst die Störsignale mit der am getesteten Objekt abgetrennten Spannung zu messen und dann in der Betriebsart zu messen.

In diesem Fall wird die Summe der Teilentladungs- und Hintergrundsignale aufgezeichnet.

Der Unterschied in den Ergebnissen dieser Messungen zeigt den Wert des Teilentladungssignals.

Die erhaltenen Merkmale ermöglichen es, den Charakter der Defekte und die Entladung selbst abzuschätzen.

Die Teilentladungsmethode ist nicht schädlich für die Isolierung und wird weit verbreitet, da der Test keine erhöhte Spannung verwendet, was die Isolierung negativ beeinflusst.

Elektrische Entladung

Die Methode erfordert das Vorhandensein eines Kontaktes von Messgeräten mit Isolierung.

Es erlaubt, eine große Anzahl von Merkmalen einer Teilentladung zu bestimmen.

Dies ist die genaueste aller Methoden zur Messung von Teilentladungen.

Akustische Aufzeichnungsmethode

Diese Methode basiert auf der Verwendung von Mikrofonen, die Audiosignale von Betriebsgeräten empfangen.

Sensoren werden in komplexen Schaltanlagen und anderen elektrischen Geräten installiert und ferngesteuert.

Nachteil: Teilentladungen kleiner Größe sind nicht festgelegt.

Elektromagnetische oder ferngesteuerte Methode

Die Erkennung von Teilentladungen nach dem Mikrowellenverfahren ist ein einfaches und effektives Verfahren. Hierzu wird eine Richtantenneneinrichtung verwendet.

Der Nachteil dieser Methode ist die Unmöglichkeit, die Größen der Entladungen zu messen.

Spezifität der Entladungen in Transformatoren

Leistungsstarke Transformatoren sind Teile von Stromversorgungen und Hochspannungsanlagen in der Nähe von ihnen installiert, in denen Teilentladungen bestehen können. Signale von ihnen kommen auf verschiedene Weise zum überwachten Transformator.

Wenn Overhead-Stromleitungen, die Blitzentladungen ausgesetzt sind, mit dem Transformator verbunden sind, werden Signale von ihnen bei der Messung der Teilentladungscharakteristiken in der Transformatorisolation aufgezeichnet.

Wenn sich der Transformator in einer offenen Unterstation befindet, treten je nach Temperatur, Feuchtigkeit und anderen Faktoren periodisch Koronaentladungen an seinen äußeren lebenden Teilen auf.

Die Änderung der Last und die Anwesenheit in den Transformatoren von Geräten, die ihre Parameter während des Betriebs regeln, z. B. Geräte, die den Betrieb unter Last regeln, führen zu einer Änderung der Eigenschaften von Teilentladungen, die reduziert oder erhöht werden können.

All diese Faktoren führen dazu, dass viele Messungen an Transformatoren ein verzerrtes Bild des Isolationszustandes zeigen können.

Die Lesungen, die aus dem zu prüfenden Transformator genommen wurden, sind Impulse der Interferenz von der Arbeit der nahe gelegenen Ausrüstung.

In solchen Fällen ist es notwendig, eine korrekt gewählte Messtechnik zu verwenden, um den Einfluss von Störungen auf die erhaltenen Daten auf Teilentladungen in Transformatoren auszuschließen.