Was sind die Ursachen für einen Isolationsbruch in Vakuumschaltgeräten?

Ursachen für die Durchschlagsfestigkeitsversagens in Vakuumschaltgeräten:

• Oberflächenverschmutzung: Das Produkt muss vor dem Durchschlagsfestigkeitsversuch gründlich gereinigt werden, um jegliche Schmutzpartikel oder Verunreinigungen zu entfernen.

Durchschlagsfestigkeitsversuche für Schaltgeräte umfassen sowohl Spannungsfestigkeit bei Netzfrequenz als auch Blitzimpulsfestigkeit. Diese Versuche müssen getrennt für Phasen-zu-Phasen- und Pol-zu-Pol-Konfigurationen (über den Vakuumschalter) durchgeführt werden.

Schaltgeräte sollten während der Isolationsprüfung in Schaltanlagen installiert sein. Werden sie separat getestet, müssen die Kontaktteile isoliert und abgeschirmt werden, in der Regel mit Hitzeschrumpfschläuchen oder Isoliermanschetten. Bei festen Schaltgeräten wird das Testen in der Regel durch direktes Anschrauben der Testleitungen an die Polelementanschlüsse durchgeführt.

Für feste isolierte Polelemente mit Vakuumschaltern benötigt der Vakuumschalter selbst keine Schirme (Röckchen), um die Kriechstrecke zu erhöhen. Der Vakuumschalter ist in Epoxidharz eingebettet, verwendet Silikonkautschuk, so dass die äußere Oberfläche des Schalters keine Spannung trägt. Stattdessen tritt ein Flashover entlang der äußeren Oberfläche des festen isolierten Polelements auf. Daher muss die Kriechstrecke zwischen den oberen und unteren Anschlüssen des festen isolierten Polelements den Anforderungen entsprechen. Bei einer Pol-zu-Pol-Abstand von 210 mm, nach Abzug des Durchmessers des Kontaktsarms von 50 mm, darf die Kriechstrecke ohne Schirme nicht 240 mm überschreiten.

Da der Kontaktsarm und der Polelementanschluss nicht vollständig abgedichtet werden können, sind die Schirme in diesem Bereich besonders wichtig. Für 40,5 kV-Anwendungen, mit einem Pol-zu-Pol-Abstand von 325 mm, kann selbst mit Schirmen die erforderliche Kriechstrecke nicht erfüllt werden, was einen Oberflächenflashover sehr wahrscheinlich macht. Daher ist es in der Regel notwendig, komprimierten Silikonkautschuk zu verwenden, um eine dichtende feste Isolation an der Verbindung zwischen dem Kontaktsarm und dem Polelement zu bilden, um das Oberflächentracking entlang der Endfläche des Polelements vollständig zu verhindern. Nach dieser Behandlung kann die Kriechstrecke zwischen den oberen und unteren Polen über den Kontaktsarm den Anforderungen entsprechen und Entladungen vermeiden.

Wenn die externe Isolationsabstände und Kriechstrecken des festen isolierten Polelements ausreichend groß sind, tritt in der Regel keine Entladung auf. Eine Reduzierung der Dielektrizitätsstärke wird normalerweise durch einen Verlust des Vakuums im Schalter oder durch ein vollständiges Versagen des Polelements verursacht. Risse oder Gehäusefehler aufgrund fehlerhafter Konstruktion oder Fertigung, frühes Materialaltern aufgrund von Verarbeitungsproblemen oder Vibrationen, die zu Flashover oder -bruch führen, können ebenfalls zu Geräteschäden führen.

Für isolierte Zylinderpole müssen sowohl die Innen- als auch die Außenseite des Isolierzylinders hinsichtlich der Kriechstrecke berücksichtigt werden. Daher sind Produkte mit einem Polabstand von 205 mm in der Regel nicht verfügbar. Darüber hinaus muss der Vakuumschalter selbst auch eine ausreichende Kriechstrecke bieten, um Flashovers zwischen den oberen und unteren Polen zu verhindern.

Darüber hinaus kann die Hygroskopizität des Materials auch zu Isolierungsversagens führen. Obwohl Epoxidharz bestimmte Wasserdichtigkeitseigenschaften hat, ermöglicht eine lange Exposition an feuchten oder nassen Umgebungen, dass Wasserstoffmoleküle allmählich in das Harz eindringen, was zur Hydrolyse führt, die chemische Bindungen bricht und die Leistung degradiert – wie z.B. reduzierte Haftkraft und mechanische Stärke.

Wasser ist ein guter Elektrizitätsleiter. Nach dem Aufnehmen von Feuchtigkeit nimmt die Dielektrizitätskonstante von Epoxidharz zu und der Isolationswiderstand sinkt, was zu elektrischen Leckströmen, Durchschlägen und anderen Fehlfunktionen in elektrischen Geräten führen kann. Feuchtigkeitsaufnehmendes Epoxidharz in den Polelementen von Schaltgeräten kann partielle Entladungen auslösen und damit die Lebensdauer der Geräte verkürzen.

In starken elektrischen Feldern beschleunigt Feuchtigkeit das Wachstum von elektrischen Bäumen, was die Isolationsleistung weiter verschlechtert. Dies ist eine häufige Ursache für das Versagen von Epoxidharz-Isolationen in Stromversorgungsgeräten.

Feuchtigkeitsaufnahme fördert auch Reaktionen zwischen Epoxidharz und anderen Umweltfaktoren (wie Sauerstoff, saure oder alkalische Substanzen), was das Altern des Materials beschleunigt, was sich als Vergilbung und Brüchigkeit manifestiert.

Für hochstromfähige feste isolierte Polelemente werden in der Regel Wärmeableiter am oberen Teil angebracht. Diese Wärmeableiter bestehen in der Regel aus Aluminium und sind an der äußeren Oberfläche mit flüssigem Epoxidharz isoliert. Aufgrund der dünnen Wände der Wärmeableiterflossen bleibt die elektrische Feldstärke an der Spitze hoch – trotz gerundeter Kanten – was Entladungen wahrscheinlich macht.

Im Allgemeinen kann es zu Entladungen zwischen dem Wärmeableiter und dem Metallverschluss kommen. In solchen Fällen muss auf den elektrischen Abstand zwischen ihnen geachtet werden. Der Verschluss sollte scharfe Kanten vermeiden; stattdessen können gebogene Flächen oder ähnliche Designs verwendet werden, um die Verteilung des elektrischen Feldes zu verbessern.