2002 - 2003 - Fachgebiet Hochspannungstechnik

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M. Sc. Mohsen Farahani
Alterungszustandsbeurteilung der Isolierung von rotierenden
Hochspannungsmaschinen durch Teilentladungs- und Verlustfaktormessung
Für die Diagnose der Isolierungen von Ständerwicklungen rotierender Hochspannungsmaschinen
haben Analysen der Teilentladungs-(TE) Aktivitäten und der dielektrischen
Verluste eine besondere Bedeutung. Eine wichtige Frage für die Entwicklung und
Verwendung der Diagnoseverfahren ist, wie Defekte in den Isolationssystemen auftreten und
sich mit der Zeit entwickeln. Dazu wurden vielfache Untersuchungen bezüglich
Alterungsmechanismen und Modellierung der Lebensdauer von Isolationssysteme
durchgeführt. Eine direkte Beurteilung des zu erwartenden Betriebsverhaltens ist nur unter
Versuchsbedingungen möglich, die möglichst gut den Betriebsbedingungen entsprechen, aber
gegenüber dem Normalbetrieb so verschärft sind, dass in relativ kurzer Zeit mit
Versuchsergebnissen gerechnet werden kann.
Um die Alterungsprozess, die sich während des Maschinenlebens infolge der Ein- und
Ausschaltung oder der Laständerungen ereignen, nachzubilden, wurde ein thermomechanisches
Alterungsprogramm an Maschinenstäbe mit einer Nennspannung von 10kV
durchgeführt. Die Isolierung wird wegen der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
der Materialien und der unterschiedlichen örtlichen und zeitlichen
Temperaturänderungen der Teile thermo-mechanisch beansprucht und gealtert.
Das beschleunigte thermo-mechanische
Alterungsprogramm umfasste zahlreiche
Stromaufheizungs- und aktive
Abkühlungszyklen. Wie in Bild 1
gezeigt, wurde der Prüfling während
jedes Alterungszyklus durch einen Strom
in 30 Minuten von Raumtemperatur auf
155°C aufgeheizt und danach durch
einen Ventilator in 30 Minuten auf
Raumtemperatur abgekühlt. Nach
jeweils 100 Zyklen wurden Teilentladungs-
und Verlustfaktormessungen
durchgeführt. Die Stäbe befanden sich
während des Alterungsprozesses und der
Messungen in einem entwickelten
Statornutmodell.
150
120
90
60
…
30
0
0 30 60 90 120 150 180 210
Zeit (min.)
Bild 1 Thermo-mechanisches Alterungsprogramm
Temperatur (°C)
Die Änderung der TE-Pattern mit der Entwicklung der Alterungserscheinungen ist in Bild 2
dargestellt. Diese Untersuchungen bestätigen die Empfindlichkeit der TE-Pattern auf die
Änderungen in der Isolierung infolge der thermo-mechanischen Beanspruchung.
Die Verlustfaktormessergebnisse im Laufe der thermo-mechanischen Alterung bei
unterschiedlichen Messspannungen sind in Bild 3 dargestellt. Aus diesem Bild wird deutlich,
dass die thermo-mechanische Alterung eine Zunahme des Verlustfaktors verursacht, die
zusätzlich auch spannungsabhängig ist. Mit der Berechnung der Differenz der Verlustfaktoren
∆tan δ über der Spannungen, wie in Bild 4 präsentiert, können die Änderungen im Lauf der
Alterung besser dargestellt werden.