Häufige Fehler an Isolatoren und präventive Maßnahmen

Ein Isolator ist ein spezieller Typ von Isolierkomponente, die sowohl die Funktion hat, Leiter zu stützen, als auch das Abströmen von Strom in Hochspannungsleitungen zu verhindern. Er wird weit verbreitet an den Verbindungspunkten zwischen Masten und Leitern sowie zwischen Umspannwerkskonstruktionen und Stromleitungen eingesetzt. Basierend auf dem dielektrischen Material werden Isolatoren in drei Arten klassifiziert: Porzellan, Glas und Verbundmaterial. Die Analyse häufiger Isolatorfehler und präventiver Wartungsmaßnahmen dient primär dazu, die durch verschiedene mechanische und elektrische Belastungen aufgrund von Umwelt- und elektrischen Laständerungen verursachten Isolationsausfälle zu vermeiden, um so den Betrieb und die Lebensdauer der Stromleitungen zu schützen.

Fehleranalyse

Isolatoren sind das ganze Jahr über der Atmosphäre ausgesetzt und können aufgrund verschiedener Faktoren wie Blitzschlag, Verschmutzung, Vogelschaden, Eis und Schnee, hohe Temperaturen, extreme Kälte und Höhenunterschiede verschiedenen Unfällen ausgesetzt sein.

• Blitzschlagunfälle: Überlandleitungskorridore führen oft durch hügeliges Gelände, Berge, offene Felder und industriell verschmutzte Zonen, was die Leitungen stark gefährdet macht, von Blitzen getroffen zu werden, was zu Durchschlägen oder Zerspringen der Isolatoren führen kann.

• Vogelschadensunfälle: Studien zeigen, dass ein erheblicher Teil der Isolatorflashes durch Vögel verursacht wird. Im Vergleich zu Porzellan- und Glasisolatoren haben Verbundisolatoren aufgrund von Vogelaktivitäten eine höhere Wahrscheinlichkeit für Flashes. Solche Vorfälle treten hauptsächlich bei Überlandleitungen von 110 kV und höher auf, während Flashes aufgrund von Vogelschaden in städtischen Verteilnetzen von 35 kV und niedriger selten sind. Dies liegt daran, dass in städtischen Gebieten die Vogelpopulationen relativ geringer sind, die Spannung der Leitungen niedriger ist, die Brückenspannung klein ist und Isolatoren in der Regel keine Koronaringe benötigen; ihre Lamellenstruktur wirkt effektiv gegen vogelbedingte Flashes.

• Koronaringunfälle: Während des Betriebs ist das elektrische Feld in der Nähe der Metallfittings am Ende der Isolatoren hoch konzentriert, mit hoher Feldstärke nahe dem Flansch. Um die Feldverteilung zu verbessern, werden Koronaringe in Netzen von 220 kV und höher häufig installiert. Allerdings reduzieren Koronaringe die effektive Luftlücke der Isolatorenschnur, wodurch die Spannungsfestigkeit verringert wird. Darüber hinaus kann die geringe Koronaeinsetzspannung an den Befestigungsschrauben der Koronaringe unter ungünstigen Wetterbedingungen zu Koronaverlusten führen, die die Sicherheit der Isolatorenschnur beeinträchtigen.

• Verschmutzungsunfälle: Diese treten auf, wenn leitfähige Verunreinigungen, die sich auf der Isolatoroberfläche angesammelt haben, bei feuchtem Wetter feucht werden, was die Isolationsleistung erheblich reduziert und unter normaler Betriebsspannung zu Flashes führt.

• Unfälle unbekannter Ursache: Einige Isolatorflash-Vorfälle haben unbestimmte Ursachen, wie Nullwert-Porzellanisolatoren, zersprungene Glasisolatoren oder ausgefallene Verbundisolatoren. Trotz nach Unfallinspektionen durch Betreibereinheiten bleibt die genaue Ursache des Flashes oft unbekannt. Diese Vorfälle treten häufig spät in der Nacht bis früh am Morgen, insbesondere bei regnerischem oder bewölktem Wetter, auf und viele können erfolgreich automatisch wieder geschlossen werden.

Wartungsmaßnahmen

Die Hauptursachen für blitzbedingte Flashes sind unzureichende Trockenbogenstrecke, Einkonfiguration von Koronaringen und zu hoher Erdungswiderstand der Masten. Präventive Maßnahmen beinhalten die Verwendung von verlängerten Verbundisolatoren, die Installation von Doppelkoronaringen und die Reduzierung des Erdungswiderstands der Masten.

Um Vogelschaden wirksam zu verhindern, sollten Betreibereinheiten in Abschnitten, in denen häufig vogelbedingte Vorfälle auftreten, Vogelspieße, Vogelnadeln oder Vogelschutzvorrichtungen installieren.

Für Leitungen, die mit Koronaringen ausgestattet sind, sollte ein gleichmäßiger Abstand zwischen großen und kleinen Lamellen gewählt werden, wobei der Lamellenabstand den technischen Anforderungen entspricht. Falls dies nicht der Fall ist, sollte die Kriechstrecke der Isolatoren erhöht werden, um das Risiko von Flashes aufgrund von Eis und Schnee zu reduzieren. Regelmäßige Inspektionen und Patrouillen sollten verstärkt werden, und es sollten periodisch Proben von Isolatoren, die in verschiedenen Regionen und Umgebungen betrieben werden, auf Zugfestigkeit, elektrisches Verhalten und Isolationsalterungsversuche entnommen werden, um Flashes aufgrund unzureichender mechanischer Festigkeit oder Lamellenalterung zu vermeiden.

Um Verschmutzungsflashes zu vermeiden, werden im Allgemeinen folgende Maßnahmen ergriffen:

• Regelmäßige Reinigung der Isolatoren. Vor der Saison mit hohem Verschmutzungsflash-Risiko sollte eine umfassende Reinigung durchgeführt werden, in stark verschmutzten Gebieten sollte die Reinigungshäufigkeit erhöht werden.

• Erhöhung der Kriechstrecke und Verbesserung der Isolationsstufe. Dies beinhaltet das Hinzufügen zusätzlicher Isolatoreinheiten in verschmutzten Gebieten oder die Verwendung von anti-verschmutzenden Isolatoren. Erfahrungen aus dem Betrieb zeigen, dass anti-verschmutzende Isolatoren in stark verschmutzten Abschnitten gut funktionieren.

• Anwendung von anti-verschmutzenden Beschichtungen, wie Paraffin, Vaselin oder Silikon-organischen Beschichtungen, um die Verschmutzungsresistenz der Isolatoroberfläche zu verbessern.

• Bei Flashes unbekannter Ursache sollten neue Isolatoren desselben Modells und alte, die länger als drei Jahre im Einsatz waren, an Netzfrequenz-Trockenflashes und mechanische Ausfalltests unterzogen werden. Alterungsversuche sollten auch an Isolatoren aus verschiedenen Einsatzzeiträumen durchgeführt werden. Isolatoren sollten regelmäßig gemäß geplanter Zyklen gereinigt werden, und die Salzablagerungsdichte (SDD) sollte zeitnah gemessen werden. Bei der Herstellung neuer Isolatoren sollten fortschrittliche Anti-Altersmittel eingearbeitet werden, um die Materialdauerhaftigkeit zu verbessern.