Wie die Höhe die Isolierung und die Temperaturerhöhung von Hochspannungsgeräten beeinflusst

Mit zunehmender Höhe verringern sich die Luftdichte, die Temperatur und der atmosphärische Druck entsprechend, was zu einer Verringerung der Dielektrizitätsstärke von Luftspalten und der äußeren Isolierleistung keramischer Bauteile führt. Dies führt zu einer Verschlechterung der äußeren Isolierleistung von Hochspannungselektronik. Da die meisten Hochspannungsgeräte für Installationen unter 1.000 Metern Höhe konzipiert sind, kann die Verwendung solcher Geräte über 1.000 Meter Höhe hinweg die verlässliche Isolierleistung beeinträchtigen. Daher muss die äußere Isolierfestigkeit von Hochspannungsschaltanlagen, die in hochgelegenen Gebieten eingesetzt werden, verbessert werden.

Für hochgelegene Regionen über 1.000 Meter (bis 4.000 Meter) wird im Allgemeinen gefordert, dass bei jedem zusätzlichen 100 Metern Höhe die externe Isolierprüfspannung um 1 % erhöht wird, sowohl bei der Auswahl als auch bei der Prüfung der Geräte.

Für Hochspannungsgeräte, die in Höhen zwischen 2.000 und 3.000 Metern mit Spannungen bis 110 kV betrieben werden, wird die externe Isolierfestigkeit in der Regel durch die Auswahl von Geräten mit einem höheren Isolationsgrad verbessert – dies erhöht die Impuls- und Netzfrequenz-Belastbarkeit um etwa 30 %.

Für Korrekturmethoden und Berechnungen hinsichtlich der externen Isolierung in hochgelegenen Gebieten siehe IEC 62271-1, GB 11022 und Q/GDW 13001-2014 Technische Spezifikation für die Konfiguration der externen Isolierung in hochgelegenen Gebieten.

Neben dem Einfluss der Höhe auf die externe Isolierung müssen nach IEC-Standards, wenn die Temperaturanstiegstests von Hochspannungsgeräten in Höhen unter 2.000 Metern durchgeführt werden, die Temperaturanstiegsleistungen neu bewertet werden, wenn die Geräte in Höhen zwischen 2.000 und 4.000 Metern eingesetzt werden. Dies liegt daran, dass dünnere Luft die Effektivität der natürlichen Konvektionskühlung reduziert.

Unter normalen Prüfbedingungen darf der gemessene Temperaturanstieg nicht die in Tabelle 3 von IEC 62271-1 angegebenen Werte überschreiten. Wenn Geräte in Höhen über 2.000 Metern installiert werden, sollte das zulässige maximale Temperaturlimit für jede zusätzliche 100 Meter Höhe um 1 % verringert werden. In der Praxis ist es jedoch in der Regel nicht notwendig, spezielle Temperaturanstiegsgrenzen allein aufgrund steigender Höhen festzulegen. Dies liegt daran, dass höhere Höhen mit niedrigeren Umgebungstemperaturen in Umspannwerken verbunden sind. Selbst wenn der Temperaturanstieg höher ist, bleibt die endgültige Betriebstemperatur des Geräts innerhalb akzeptabler Grenzen (es ist die endgültige Temperatur, nicht der Temperaturanstieg, der die Leistung des Geräts beeinflusst). Verschiedene Höhen entsprechen verschiedenen maximalen Umgebungslufttemperaturen, wie in der folgenden Tabelle dargestellt.

Tabelle 1: Maximale Umgebungslufttemperatur entsprechend verschiedener Höhen

Neben dem Einfluss auf die externe Isolierung der primären (hochspannungsführenden) Teile von Hochspannungselektronik beeinflusst die große Höhe auch Steuergeräte. Schaltgerätekabinette können sekundäre Komponenten wie Motoren, Schalter, Kontaktoren und Relais enthalten, die größtenteils auf Luftisolation angewiesen sind. Ihre Isolierleistung verschlechtert sich daher ebenfalls in großen Höhen. Dieser Faktor muss bei der Geräteauswahl berücksichtigt werden.