Häufige Isolatorausfälle und präventive Maßnahmen

Isolatoren sind spezialisierte Isolierkomponenten, die in Hochspannungsleitungen zwei Zwecke erfüllen: das Tragen von Leitern und die Verhinderung des Erdens der Spannung. Sie werden an den Verbindungspunkten zwischen Strommasten/Türmen und Leitern sowie zwischen Umspannwerksbauwerken und Stromleitungen installiert. Basierend auf den dielektrischen Materialien fallen Isolatoren in drei Kategorien: Porzellan, Glas und Verbundmaterial. Die Analyse häufiger Isolatorausfälle und Wartungsstrategien zielt darauf ab, die durch Umwelt- und elektrische Laständerungen verursachten Isolationsausfälle zu verhindern, die elektromechanische Belastungen erzeugen, die die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer der Stromleitungen beeinträchtigen.

Ausfallanalyse

Isolatoren, die ständig der Atmosphäre ausgesetzt sind, sind verschiedenen Ausfällen aufgrund von Blitzschlägen, Verschmutzung, Vogelstörungen, Eis/Schnee, extremer Hitze/Kälte und Höhenunterschieden anfällig.
• Blitzschläge: Übertragungswege führen oft über Hügel, Berge, offene Flächen oder verschmutzte Industriegebiete, wo die Leitungen anfällig für blitzinduzierte Isolatorrissbildungen oder -explosionen sind.
• Vogelstörungen: Studien zeigen, dass ein signifikanter Teil der Durchschlagsvorgänge auf Vogelaktivitäten zurückzuführen ist. Verbundisolatoren sind im Vergleich zu Porzellan- oder Glasisolatoren anfälliger für vogelbedingte Durchschläge. Diese Vorfälle treten hauptsächlich bei 110 kV und höheren Übertragungsleitungen auf; städtische Verteilnetze (≤35 kV) erleben weniger Fälle aufgrund geringerer Vogelpopulationen, niedrigerer Spannungsniveaus, kleinerer Luftlücken für Durchschläge und effektiver Vorbeugung durch Isolatorschirme ohne Gradingringe.
• Ausfälle von Gradingringen: Hohe elektrische Feldkonzentrationen in der Nähe der Endbefestigungen der Isolatoren erfordern Gradingringe in 220 kV+ Systemen. Allerdings verringern diese Ringe den Freiraum, was die Standfestigkeit reduziert. Bei starkem Unwetter kann die niedrige Koronenzündspannung an den Ringbefestigungsschrauben Koronendischarge induzieren, was die Sicherheit der Isolatorreihe gefährdet.
• Durchschläge durch Verschmutzung: Leitfähige Verunreinigungen sammeln sich auf den Isolatoroberflächen. Unter feuchten Bedingungen reduziert diese Verschmutzung drastisch die Isolationsstärke, was zu Durchschlägen während normaler Betriebssituationen führt.
• Unbekannte Ursachen: Viele Durchschläge lassen sich nicht klar erklären, z.B. nullwiderstandige Porzellanisolatoren, zerbrochene Glasisolatoren oder Trippen von Verbundisolatoren. Trotz Inspektionen bleiben die Ursachen unklar. Diese Vorfälle weisen typischerweise folgende Merkmale auf: sie treten nachts (insbesondere während Regen) auf und ermöglichen oft erfolgreiches automatisches Wiederanschalten nach dem Fehler.

Präventive Maßnahmen

• Blitzschutz: Bekämpfen Sie die Grundursachen (kurzer Trockenbogenabstand, Einpunktkontaktgraderinge, zu hoher Erdschlusswiderstand), indem Sie verlängerte Verbundisolatoren, Doppelgraderinge und verbesserten Turm-Erdschluss installieren.
  • Verhinderung von Vogelschäden: Installieren Sie Vogelschutznetze, Vogelspikes oder Schutzabdeckungen in Abschnitten mit hohem Risiko.
  • Minderung von Gradingringproblemen: Verwenden Sie Isolatoren mit gleichgroßen Schirmen, die den technischen Abstandsanforderungen entsprechen. Erhöhen Sie den Kriechweg gegebenenfalls, um Eis-/Schneefall-Durchschläge zu reduzieren. Führen Sie regelmäßige Inspektionen und zufällige Tests (mechanische Festigkeit, elektrische Leistung, Alterungsbeurteilung) in verschiedenen Regionen/Umwelten durch, um die Stärkeabnahme, die Verlust der Pendelwiderstandsfähigkeit oder Schiralterungsprobleme zu verhindern.
  • Staubkontrolle:
  o Regelmäßige Reinigung: Reinigen Sie alle Isolatoren vor den Spitzenverschmutzungszeiten; erhöhen Sie die Frequenz in stark verschmutzten Gebieten.
  o Erhöhung des Kriechwegs: Steigern Sie die Isolationsstufe, indem Sie zusätzliche Isolatordisken hinzufügen oder nebelabweisende Designs verwenden. Praxiserfahrungen bestätigen die Effektivität von nebelabweisenden Isolatoren in stark verschmutzten Zonen.
  o Silikonbeschichtungen: Wenden Sie staubabweisende Beschichtungen (z.B. Ceresinwachs, Paraffin, silikonbasierte Materialien) an, um die Staubbildungsresistenz zu verbessern.
  • Unerklärliche Durchschläge: Führen Sie Vergleichstests mit neuen Isolatoren (gleiches Modell) und im Einsatz befindlichen Geräten (>3 Jahre) durch, einschließlich Wechselstrom-Trockendurchschlags- und mechanischer Ausfalltests. Führen Sie regelmäßig Alterungsbeurteilungen durch. Implementieren Sie planmäßige Reinigungen, zeitnahe ESDD-Messungen (äquivalente Salzablagerungsdichte) und integrieren Sie neue Anti-Aging-Agentien bei Ersatzmaßnahmen.
  • Allgemeine Wartung: Verhindern Sie, dass Personal auf Isolatoren tritt oder sie mit scharfen Werkzeugen schabt, um die Lebensdauer zu verlängern.