Analyse von internen Isolierstoffversagen in GIS-Geräten und Isolierprüfverfahren

Hochspannungsleiterstacheln

Während der Installation von Hochspannungsleitern können unbeabsichtigte Stöße oder Kratzer metallische Stacheln auf der Leiteroberfläche verursachen, wie in Abbildung 1 dargestellt. Unter Netzfrequenzspannung führt die Ionisierungseffekte der hohen elektrischen Felder an den Spitzen der Stacheln zur Erzeugung von geladenen Teilchen, die partielle Entladungen (PD) oder Durchschläge unterdrücken können. Bei Impulsspannung jedoch hat der durch das starke elektrische Feld induzierte Ionisationsprozess nicht genug Zeit, sich zu entwickeln, was PD und Durchschläge wahrscheinlicher macht.

Verunreinigungen auf Isolatoroberflächen

Während der GIS-Montage ist die Ortsreinigung oft unzureichend, wodurch Staub in die GIS eindringt und sich auf Isolatoroberflächen absetzt. In einigen Fällen hinterlassen mangelhafte Herstellungsprozesse klebrige Rückstände auf Isolatoren. Diese Mängel verursachen häufig Durchschläge während der Ortsdurchhalteste. Die beim Durchschlag freigesetzte Energie entfernt in der Regel die Verunreinigungen, sodass es schwierig ist, nach dem Durchschlag bei der Zerlegungsanalyse Spuren auf der Isolatoroberfläche oder anderen Komponenten zu finden. Abbildung 2 zeigt einen Isolator, der einen Ortsdurchschlag erlebt hat, ohne sichtbare Anomalien auf seiner Oberfläche.

Lockerer Metallkomponenten

Während des Transports oder Betriebs können mechanische Vibrationen dazu führen, dass Abschirmhauben, andere Metallkomponenten und Befestigungsschrauben locker werden. Ein schlechter elektrischer Kontakt in solchen Fällen führt zu partiellen Entladungen (PD), die im Laufe der Zeit zu Durchschlagsunfällen eskalieren können. Abbildung 3 illustriert die Installationsstruktur einer Abschirmhaube, die anfällig für solche Probleme ist.

Metallpulver im Gehäuse

Während des Transports oder Betriebs können mechanische Vibrationen Reibung zwischen Metallkomponenten verursachen, was zu Metallpulvern führt. Unzureichende Hygiene vor Ort während der Montage kann Staub oder Metallpartikel auf der Innenseite des Gehäuses hinterlassen. Darüber hinaus können partielle Entladungen aufgrund eines schlechten elektrischen Kontakts Metall- oder Metallverbindungspartikel erzeugen. Abbildung 3 zeigt Pulver, die durch Entladungen aus einem schlechten Kontakt in einer Abschirmhaube erzeugt wurden. Während des Betriebs kann das Sprühen von Metallpulvern zu Durchschlagsunfällen führen.

GIS-Durchhalteste für Isolationsmängel
Durchhalteste

Durchhalteste sind während der Übergabe und nach großen Überholungen erforderlich. DL/T 555-2004 Richtlinien für Ortsdurchhalteste und Isolationstests von gasisolierten, metallschaligen Schaltanlagen spezifiziert die Anforderungen und Methoden für Ortsdurchhalteste [4]. Wechselspannung ist empfindlich gegenüber freien leitfähigen Partikeln und anderen Verunreinigungen, was sie geeignet macht, um Mängel wie Verunreinigungen auf Isolatoroberflächen, lockere Metallkomponenten und Metallpulver im Gehäuse zu erkennen. Impulsspannung, effektiv zur Identifizierung von Verunreinigungen und abnormen elektrischen Feldstrukturen, ist ideal zur Erkennung von Metallstacheln und internen Metallpulvern.

Partielle Entladung (PD)-Test

Während der Ortsdurchhalteste sollte eine simultane PD-Messung durchgeführt werden. Die Pulsstrommethode ist derzeit der primäre Ansatz zur Messung von PD-Signalen unter Prüfspannung der Netzfrequenz. Diese Methode erkennt jedoch oft keine Mängel wie Metallstacheln und interne Metallpulver. Daher ist eine PD-Messung während der Impulsdurchhalteste notwendig. Um Störungen im Prüfkreis bei Impulsspannung zu vermeiden, können Hochfrequenz-, Ultra-Hochfrequenz- (UHF) oder Ultraschall-Detektionsmethoden verwendet werden.

Lebend-PD-Erkennung und Online-Überwachung

Für Mängel wie lockere Metallkomponenten und während des Betriebs erzeugte Metallpulver sollten lebend-PD-Erkennung und Online-Überwachung aktiv implementiert werden. Abhängig von den Sensorprinzipien umfasst die lebend-Erkennung UHF- und Ultraschall-Techniken. Die lebend-Erkennung eignet sich für periodische Inspektionen, während die Online-Überwachung ideal für das Verfolgen bekannter Mängel ist.

Schlussfolgerungen und Ausblick

Interne Isolationsmängel in GIS umfassen hauptsächlich vier Arten: Hochspannungsleiterstacheln, Verunreinigungen auf Isolatoroberflächen, lockere Metallkomponenten und interne Metallpulver. Um zu verhindern, dass diese Mängel zu Fehlern eskalieren, sollten Isolationstests und PD-Erkennung während der Übergabe und des Betriebs durchgeführt werden. Für häufige Mängel wie Metallstacheln und Pulver während der Übergabetests sollte die PD-Erkennung unter Impulsspannung priorisiert werden.