10 Oberflächenentladungen - Fachgebiet Hochspannungstechnik

10 OBERFLÄCHENENTLADUNGEN Seite 1
10 Oberflächenentladungen.................................................................................................2
10.1 Gleitentladungen.........................................................................................................2
10.1.1 Entwicklung von Gleitentladungen ....................................................................2
10.1.2 Maßnahmen zur Vermeidung von Gleitentladungen .........................................5
10.2 Fremdschichtüberschlag .............................................................................................6
10.2.1 Mechanismus des Fremdschichtüberschlages ....................................................6
10.2.2 Maßnahmen zur Verbesserung des Fremdschichtverhaltens .............................9
10.2.3 Prüfungen mit künstlicher Fremdschicht..........................................................14
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10 Oberflächenentladungen
10.1 Gleitentladungen
Gleitentladungen entstehen an der Grenze zweier Isolierstoffe mit unterschiedlichem
Aggregatzustand, z.B. an der Oberfläche eines Feststoffisolators in Luft, bei gemischt
normaler und tangentialer Feldbeanspruchung und gleichzeitig starker kapazitiver
Verkopplung der Oberfläche mit einer der Elektroden. Typische technische Gleitanordnungen
sind Durchführungen, Kabelenden oder die Austrittstelle von Wicklungsstäben elektrischer
Maschinen aus dem Blechpaket (s. Abschnitt 8.1.1). Eine klassische Modellanordnung zur
Untersuchung von Gleitentladungen ist die Toeplersche Gleitanordnung. Sie besteht aus
einer einfachen Glasplatte mit aufgesetzter Stabelektrode. Die Gegenelektrode wird durch
eine auf der anderen Seite der Glasplatte aufgebrachte Metallfläche gebildet, s. Bild.
Glasplatte
Knopf- oder Stabelektrode
Charakteristisch für alle Gleitanordnungen ist, dass sich auf Grund des zwischen den
Elektroden angeordneten Dielektrikums hoher Durchschlagfeldstärke kein direkter Durchschlag
ausbilden kann. Dieser kann nur auf einem Umweg entlang der Isolatoroberfläche erfolgen.
Maßgeblich für die Durchschlagsentwicklung ist die spezifische Oberflächenkapazität
des Dielektrikums. Nur wenn diese einen bestimmten Mindestwert aufweist, können sich
Gleitentladungen ausbilden. Eine weitere Vorbedingung ist, dass es an einer der Elektroden
überhaupt zu Vorentladungen kommt. Deren Vermeidung stellt das wirksamste Mittel zur
Vermeidung von Gleitentladungen dar.
10.1.1 Entwicklung von Gleitentladungen
Die Einsetzspannung der oben gezeigten Toeplerschen Gleitanordnung besitzt folgende
Abhängigkeit von der Schichtdicke s:
s
= ⋅ Ue in kV; s in cm
UeK εr
Geerdete Metallfolie
auf der Rückseite
Gleitanordnung nach Toepler: Versuchsanordnung (links) und Schnittbild (rechts) mit Darstellung
der Oberflächenladungen und Oberflächenkapazitäten
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Der Faktor K lässt sich zwar theoretisch berechnen, jedoch spielen viele zusätzliche
Einflussgrößen wie die Ausbildung der Elektrode oder der Oberflächenwiderstand der Isolierung
eine Rolle, so dass es zweckmäßig ist, für K empirisch gefundene Werte anzusetzen:
Anordnung K
Metallrand
in Luft
in SF6
8
21
Metall- oder Grafitrand in Öl 30
Grafitrand in Luft 12
Wird nach Überschreiten der Einsetzspannung die Spannung weiter gesteigert, bilden sich
Gleitbüschelentladungen (Streamer) aus. In der Toeplerschen Gleitanordnung breiten sie
sich sternförmig als eine Gleitkorona um den Gleitpol herum, an einer koaxialen Anordnung
(z.B. Ausleitung) in Achsrichtung über den Umfang des Dielektrikums aus, s. die nächsten
Bilder.
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Gleitentladungen an der Toeplerschen
Gleitanordnung (oben links und
rechts) und an einer koaxialen
Anordnung (unten)

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Auf der Isolatoroberfläche verbleiben Oberflächenladungen, die mit der Gegenelektrode
eine Kapazität bilden. Deren auf die von den Entladungen bedeckte Fläche AL bezogener spezifischer
Wert ist
c
Ob
COb
ε0 ⋅ε
r
= =
A s
L
Der Strom in den Entladungskanälen ist
i
k
dQOb d( uOb ⋅COb)
= =
dt dt
Die Spannung uOb ist darin die Spannung zwischen der betrachteten Stelle an der Isolatoroberflächenstelle
und der Gegenelektrode. In erster Näherung ist sie mit der an der Elektrode
anliegenden Spannung u gleichzusetzen, so dass schließlich, unter Anwendung der Produktregel,
für den Strom im Entladungskanal gilt:
du
dC
ik = COb⋅ + u⋅
dt dt
Ob
Bei Wechselspannung kann die Spannung im betrachteten Zeitraum (≈ 10 ns) als konstant
angesehen werden, also du/dt = 0. Damit wird
dC dA
i ≈u⋅ = u⋅c ⋅
dt dt
Ob L
k Ob
Der Entladungsstrom hängt damit, außer von der anliegenden Spannung, ausschließlich
von der spezifischen Oberflächenkapazität ab, da auch die Flächenausbreitungsgeschwindigkeit
letztlich eine Funktion von cOb ist.
Bei Stoßspannungsbeanspruchung kann der Term du/dt nicht vernachlässigt werden:
Gleitentladungen treten dort deshalb noch intensiver auf als bei Wechselspannung. Bei
Gleichspannungsbeanspruchung werden dagegen alle beiden zeitlichen Ableitungen zu
Null: Gleitentladungen treten daher bei Gleichspannung theoretisch nicht auf. Tatsächlich
stellen Sie jedoch auch hier ein Problem dar (z.B. bei Gleichspannungsdurchführungen oder
Endverschlüssen für Gleichspannungskabel), da sich der Gleichspannung hochfrequente
Anteile überlagern, sobald an der Anordnung Vorentladungen entstehen.
Schon bei Streamer-Längen von wenigen Zentimetern kommt es auf Grund der hohen,
durch die spezifische Oberflächenkapazität bewirkten Stromstärken zu Thermoionisation, und
die Streamer-Entladungen schlagen in Leader-Entladungen um (in einer Spitze-Platten-Anordnung
in Luft sind dafür Entladungslängen von mindestens einem Meter erforderlich, s.
Abschnitt 9.5.6.3). Die entsprechenden deutschsprachigen Bezeichnungen sind Gleitstielbüschel-Entladungen
oder Gleitfunken.
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Für Leader-Entladungen charakteristisch ist der geringe Spannungsbedarf, verursacht
durch einen negativen Widerstand (fallende Spannung bei steigendem Strom). Zum
Vergleich:
Überschlagsspannung (ûd) an einem Stützisolator: ≈ 5 kV/cm
Gleitkorona (û): ≈ 6 kV/cm
Gleitfunken (û): einige 100 V/cm
Ist die Gleitentladung erst einmal in eine Leader-Entladung umgeschlagen, bedarf es nur
noch einer geringfügigen weiteren Spannungssteigerung bis zum Überschlag. Das Erreichen
der Gleitfunkeneinsetzspannung Ug muss daher in praktischen Anordnungen unbedingt
vermieden werden. Für Ug in Luft wurde folgende empirische Beziehung gefunden
U g
13,5 ⋅10
−5
= Ug ... Effektivwert der Spannung in kV; cOb in F/cm 0,44
cOb
2
Speziell für die ebene Anordnung (Toeplersche Gleitanordnung) gilt
U
g
⎛ s ⎞
= 75⋅⎜
⎟
ε
⎝ r ⎠
0,44
Ug ... Effektivwert der Spannung in kV; s ... Plattendicke in cm
10.1.2 Maßnahmen zur Vermeidung von Gleitentladungen
Die wichtigsten Maßnahmen zur Vermeidung von Gleitentladungen wurden bereits in
Kapitel 8 beschrieben. Wie ebenfalls schon erwähnt, ist die Vermeidung des Auftretens von
Vorentladungen am wirkungsvollsten. Erreicht wird dies zum Beispiel durch vorgeschobene,
d.h. in den Isolierstoff eingelassene Elektroden, Metallisierung des Flanschbereichs von
Durchführungen oder die kapazitive Feldsteuerung. Eine weitere häufig angewendete
Maßnahme ist die resistive Steuerung: durch Aufbringen einer schwach leitfähigen Schicht
auf die Isolatoroberfläche lässt sich, gemäß unten gezeigtem Ersatzschaltbild, die für die
Gleitfunkenentwicklung erforderliche Stromzufuhr begrenzen. In vielen Fällen, so etwa an
den Austrittstellen von Wicklungsstäben elektrischer Maschinen aus dem Blechpaket,
bestehen kaum andere Möglichkeiten zur Unterdrückung von Gleitentladungen.
Ob
Zur Wirkung der resistiven Steuerung gegen Gleitfunkenbildung
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10.2 Fremdschichtüberschlag
10.2.1 Mechanismus des Fremdschichtüberschlages
Die Überschlagspannung eines Isolators kann durch leitfähige Fremdschichten auf der
Oberfläche stark herabgesetzt werden. Diese bilden sich beispielsweise dann aus, wenn eine
durch Staub-, Ruß-, Salz- oder sonstige Ablagerungen verschmutzte Oberfläche befeuchtet
wird (in trockenem Zustand sind die Ablagerungen meistens unbedenklich). Besonders kritisch
für die elektrische Festigkeit von Freiluftisolationen sind daher nach langen Trockenperioden
einsetzende Betauung, Nebel oder Regen. Anhand des folgenden Bildes wird der Mechanismus
des Fremdschichtüberschlages beschrieben.
Phasen des Fremdschichtüberschlages
(Erläuterungen siehe Text)
Besäße die feuchte Fremdschicht eine völlig gleichmäßige Schichtleitfähigkeit, würde sich
ebenfalls eine gleichmäßige Feldverteilung auf Grund des elektrischen Strömungsfeldes ergeben.
Durch Inhomogenitäten in der Fremdschicht bilden sich aber immer einzelne Trockenzonen
aus, an deren Rändern es zur Stromverdrängung kommt (a). Die an den Rändern erhöhte
Stromdichte bewirkt dort ein Wachsen der Trockenzone quer zum Strömungsfeld durch
Verdampfen der Feuchtigkeit (b). Es kann schließlich zur vollständigen Unterbrechung des
Strompfades kommen, so dass eine erhebliche Spannung über dem entstandenen Trockenband
abfällt (c). Ist diese ausreichend groß, entsteht ein Vorlichtbogen (d), dessen thermische Wirkung
nun für eine schnelle Vergrößerung des Trockenbandes an den Lichtbodenfußpunkten
sorgt (e).
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Es hängt maßgeblich vom Widerstand der Fremdschicht ab, ob ein solcher Lichtbogen
stabil brennt oder wieder erlischt. In den beiden folgenden Bildern sind schematisch für zwei
Beispiele zu fünf aufeinanderfolgenden Zeitpunkten t1 ... t5 die Spannungs-Strom-Kennlinien
des Lichtbogens und die Widerstandskennlinien der in Reihe liegenden Fremdschicht dargestellt.
Während der Spannungsbedarf des länger werdenden Lichtbogens zunimmt (Kenn-
u
AP 4
AP 3
AP 2
AP 1
Abnehmender Fremdschichtwiderstand
linien verschieben sich nach oben), verringert sich gleichzeitig der Widerstand der sich verkürzenden,
in Reihe liegenden Fremdschicht (Kennlinien werden flacher). Im Beispiel 1 für
einen hohen Fremdschichtwiderstand (steile Widerstandsgeraden) wandern die stabilen Arbeitspunkte
auf den Schnittpunkten der Kennlinien nach oben und nach links (AP1 ... AP4),
zum Zeitpunkt t5 existiert bereits kein gemeinsamer Schnittpunkt der Kennlinien mehr: der
u
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t 1
t 2
t 3
t 4
Wachsender Spannungsbedarf
des Lichtbogens
Entwicklung eines Trockenzonenüberschlages
Beispiel 1: Hoher Fremdschichtwiderstand; die Entladung stirbt ab.
AP 2
AP 1
AP 3 AP 4
t 1
t 2
t 5
Abnehmender Fremdschichtwiderstand
AP 5
t 3
t 5
t 4
t 3
t 2
t 1
t 4
t 5
t 4
t 3
t 2
t 1
i
Wachsender Spannungsbedarf
des Lichtbogens
Entwicklung eines Trockenzonenüberschlages
Beispiel 2: Niedriger Fremdschichtwiderstand; die Entladung ist stabil.
i
t 5

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Lichtbogen stirbt ab. Im Beispiel 2 ist ein geringerer Fremdschichtwiderstand angenommen,
die Widerstandsgeraden verlaufen flacher. Die stabilen Arbeitspunkte wandern zu größeren
Strömen hin, der Lichtbogen brennt stabil.
In der weiteren Entwicklung kann sich eine Vielzahl von Trockenzonen mit Teilüberschlägen
ausbilden, aus denen sich schließlich ein vollständiger Überschlag entwickelt.
Für das Überschlagverhalten bei Fremdschichtbelastung ist also die Schichtleitfähigkeit K
ein wichtiger Parameter. Sie ergibt sich aus dem Leitwert κ der Fremdschicht und der
Fremdschichtdicke ds:
K = κ·ds
Typische Werte sind
K = 5 µS "leichte bis mittlere Verschmutzung"
K = 10 µS "mittlere bis starke Verschmutzung"
K = 40 µS "sehr starke Verschmutzung"
Die Schichtleitfähigkeit lässt sich aus dem gemessenen Leitwert der Fremdschicht und der
Isolatorgeometrie bestimmen. Es bestehen folgende Zusammenhänge: der Leitwert dG eines
infinitesimal kurzen Zylinderelements der Länge dl und der Schichtdicke ds beträgt (s. Bild
unten):
2πr⋅κ⋅ds K
dG
= =
dl d l/2πr Darstellung eines Isolators (oben) und Details zur Bestimmung des
Leitwertes eines Fremdschichtbelages auf der Isolatoroberfläche
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i

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Damit ist der Leitwert G des gesamten Isolators mit der Kriechweglänge lk:
G =
lk
∫
0
K
dl
2π
r
Das Integral im Nenner dieses Bruchs wird Formfaktor F genannt:
lk
dl
F = ∫ 2π
r
0
Die Schichtleitfähigkeit K ergibt sich also zu
K = F·G
Die durch leitende Fremdschichtbeläge bewirkte Verminderung der Überschlagspannung
eines Isolators ist zum Teil erheblich. Nachfolgend sind typische Überschlagspannungen von
Freileitungsisolatoren bei Wechselspannung, bezogen auf die Trockenüberschlagspannung,
angegeben (die Steh-Blitzstoßspannung bleibt dagegen durch Regen oder Fremdschichten
praktisch unbeeinflusst):
ûü, Regen ≈ 0,7 ... 0,9 · ûü, trocken
Uü, Fremdschicht ≈ 0,2 ... 0,3 ·
uˆ
ü, trocken
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2
Anmerkung: da für Fremdschichtüberschläge thermische Prozesse maßgeblich sind, ist es üblich, hierfür die
Spannungen als Effektivwerte anzugeben.
Ein Freileitungsisolator muss daher auf einen etwa fünfmal so langen Kriechweg ausgelegt
werden, wie für die Beherrschung der Betriebsspannungsbeanspruchung im trockenen
Zustand erforderlich wäre.
10.2.2 Maßnahmen zur Verbesserung des Fremdschichtverhaltens
Das Bild auf der nächsten Seite zeigt weitere wichtige Kenngrößen eines Isolators:
Schlagweite bzw. Fadenmaß s, Schirmausladung p und Schirmteilung t. Die wichtigste
Maßnahme zur Erhöhung der Fremdschichtfestigkeit eines Isolators ist die Verlängerung des
Kriechweges durch Anbringen von Schirmen. Das Verhältnis von Kriechweglänge lk zur Isolatorlänge
li wird durch das Verhältnis von Schirmausladung p zur Schirmteilung t bestimmt.
Die Isolatorlänge li, und damit auch die Schlagweite s bzw. das Fadenmaß, ergeben sich aus
der geforderten Stoßspannungsfestigkeit. Die Kriechweglänge errechnet sich aus dem geforderten
spezifischen Kriechweg, der nach dem Technischen Bericht IEC 60815 ("Guide for
the selection of insulators in respect of polluted conditions") abhängig von der zu erwartenden
Fremdschichtbelastung Werte von

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31 mm/kV für "sehr schwere" Fremdschichtbelastung
25 mm/kV für "schwere" Fremdschichtbelastung
20 mm/kV für "mittlere" Fremdschichtbelastung
16 mm/kV für "leichte" Fremdschichtbelastung
betragen sollte (das entspricht einer Abnahme um jeweils 20 % von einer Stufe zur nächst
niedrigeren). Der Bezugswert der Spannung ist dabei Um, also die höchste Spannung für ein
Betriebsmittel (verkettete Spannung). In Extremfällen werden spezifische Kriechwege bis zu
50 mm/kV vorgesehen.
Kriechweg lk, Isolatorlänge li, Schlagweite bzw. Fadenmaß s,
Schirmausladung p, und Schirmteilung t eines Isolators
Die Schirme dienen nicht nur allein der Kriechwegverlängerung, sondern sollen gleichzeitig
durch geeignete Formgebung dafür sorgen, dass bei Beregnung keine durchgängigen leitfähigen
Fremdschichten entstehen können. Es wurden im Laufe der Zeit unterschiedliche
Schirmformen entwickelt, die jeweils spezifische Vorteile für bestimmte Beanspruchungsarten
bieten. Die folgenden Abbildungen zeigen Beispiele für häufig verwendete Schirmprofile,
die sich aber jeweils in Details von Hersteller zu Hersteller noch unterscheiden. Gemeinsam
ist allen Schirmprofilen, dass die Schirme einen bestimmten Neigungswinkel aufweisen,
damit das Wasser von der Oberfläche ablaufen kann. Meistens werden zu diesem
Zweck auch Tropfkanten vorgesehen. Ziel bei der Auslegung eines optimalen Schirmprofils
ist es, einerseits ausreichend großflächige geschützte Bereiche zu schaffen (Schirmunterseiten,
Strunkbereich), zum anderen aber auch noch einen ausreichenden Selbstreinigungseffekt
bei Beregnung sicher zu stellen. IEC 60815 gibt Empfehlungen für einige wichtige Kenngrößen
des Schirmprofils (s. Bezeichnungen an den einzelnen Bildern, die hier aber nicht nä-
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p

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her erläutert werden sollen), bei deren Einhaltung ein ausreichend gutes Fremdschichtverhalten
des Isolators zu erwarten ist.
Typische Schirmprofile (aus IEC 60815; Erläuterungen zu den Kenngrößen s. dort).
Von links nach rechts: Normalschirmprofil, Groß-Klein- oder Wechselschirmprofil,
Unterrippenschirme (Nebelprofil), Kappenisolatoren
An vielen Standorten kann ein dauernder sicherer Betrieb der Isolatoren trotz Berücksichtigung
der o.g. Empfehlungen nicht erzielt werden. Extremes Beispiel dafür wäre ein Standort
mit maritimen Wüstenklima bei gleichzeitiger Industrieverschmutzung. In solchen, aber auch
bereits in weniger schweren Fällen ist eine regelmäßige Reinigung der Isolatoren erforderlich,
die durch einen harten Wasserstrahl im spannungslosen Zustand, häufiger jedoch unter
Spannung vorgenommen wird. Gelegentlich sind in Schaltanlagen Abspritzvorrichtungen,
die einen dichten Wasservorhang erzeugen, auch fest installiert. Das folgende Bild zeigt dafür
ein Beispiel (RWE-Schaltanlage in der Nähe eines Stahlwerks).
Fest installierte Abspritzeinrichtung zur regelmäßigen automatisierten
Isolatorreinigung (in diesem Fall: Ableitergehäuse) unter Spannung (RWE Net)
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Die regelmäßige Reinigung verursacht erhebliche Betriebskosten. Daher werden Isolatoren
gelegentlich auch mit Silikonöl eingefettet (engl.: greasing) – auch das ist jedoch in zwar
größeren, aber regelmäßigen Abständen zu wiederholen – oder sogar mit einer dauerhaften
Silikon-Beschichtung (engl.: coating) versehen. Die Wirksamkeit dieser Maßnahmen ist
allerdings zum Teil zweifelhaft.
Seit Anfang der 1970er Jahre werden – anfangs nur versuchsweise, heute vielerorts bereits
in großem Maßstab – Kunststoffverbundisolatoren eingesetzt. Diese bestehen aus einem
GFK-Kern mit an den Enden aufgekrimpten Metallarmaturen. Der Kern wird mit einer
Kunststoffbeschirmung versehen. Als Materialien dafür kommen im
Mittelspannungsbereich teilweise kostengünstiges EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-
Monomer), im Hochspannungsbereich praktisch ausschließlich das teurere Silikon (SIR)
zum Einsatz. Silikon wird in unterschiedlichsten Ausführungen angeboten, die jeweils ganz
spezifische Fertigungsverfahren bedingen und auch unterschiedliches Betriebsverhalten
aufweisen. Das folgende Bild zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Silikon-Langstabisolators.
GFK-Kern
Aufextrudierte Silikonhülle
Aufgeschobene Silikonschirme
Aufgekrimpte Metallarmatur
Schnittzeichnung des unteren Endes eines Kunststoff-Verbundisolators (Werkbild Lapp Insulator)
Die für die Verwendung an Hochspannungsisolatoren herausragende Eigenschaft von Silikon
ist die Oberflächenhydrophobie. Auf die Oberfläche aufgebrachtes Wasser zieht sich zu
einzelnen Tropfen zusammen, so dass die Bildung geschlossener Wasserfilme und leitfähiger
Fremdschichtbeläge unterbunden wird. Besonders günstig ist dabei, dass sich das hydrophobe
Verhalten auch auf Fremdschichtbeläge überträgt (Hydrophobietransfer). Damit ist eine
Reinigung von Silikonisolatoren grundsätzlich nicht mehr erforderlich. Die Hydrophobie
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kann zwar bei dauernder Befeuchtung kurzfristig abnehmen oder sogar ganz verloren gehen,
während sich anschließender Trockenperioden kehrt sie jedoch wieder zurück (Hydrophobie-
Dynamik). Trotzdem muss das Material für den hypothetischen Fall des völligen
Hydrophobieverlustes kriechstromfest sein (engl.: tracking resistant). Leider hat man sich
bis heute noch auf keine einheitlichen Prüfverfahren und -vorschriften zum Nachweis des
Langzeitverhaltens einigen können, was mit einen Grund für die noch immer zögerliche
Verbreitung dieser Isolatorenart darstellen dürfte.
Ein Maß zur Beurteilung der Hydrophobie ist eine Einteilung in Hydrophobieklassen
"WC 1" für maximale Hydrophobie bis "WC 7" für einen geschlossenen Wasserfilm, d.h.
überhaupt keine Hydrophobie (IEC/TS 62073: "Guide to the measurement of wettability of
insulator surfaces"). Dazu wird der Isolator aus einer Blumenspritze mit Leitungswasser
eingesprüht und die Tropfenbildung auf der Isolatoroberfläche beurteilt. Hierbei hilft eine
Tabelle mit einer verbalen Beschreibung sowie eine Bildtafel mit einer visuellen Darstellung
der Wassertropfenausbildung, s. nächste Bilder. Für eine genauere Beurteilung der Hydrophobie
eines Materials im Labor wird der Rückzugswinkel (engl.: receding angle) eines eine
schräge Fläche herunterlaufenden Tropfens herangezogen. Dieser ist umso größer, je besser
die Hydrophobie ist. Die Korrespondenz zwischen Rückzugswinkel und Hydrophobieklasse
ist in der Tabelle ebenfalls mit aufgeführt.
WC
Tabelle zur Beschreibung der Hydrophobieklassen (links) und Definition der Tropfenwinkel (rechts)
θa ... Vorrückwinkel (engl.: advancing angle); θr ... Rückzugswinkel (engl.: receding angle)
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WC 1 WC 2
WC 3 WC 4
WC 5 WC 6
Bildtafel zur Beschreibung der Hydrophobieklassen
10.2.3 Prüfungen mit künstlicher Fremdschicht
Die Eignung eines Isolators für den Einsatz unter Verschmutzungsbedingungen muss
durch Prüfungen mit künstlicher Fremdschicht nachgewiesen werden. Diese sind in der
Vorschrift IEC 60507 (DIN EN 60507 bzw. VDE 0488 Teil 1) festgelegt. Grundsätzlich
existieren zwei unterschiedliche Verfahren, das Salznebelverfahren (englisch: salt fog
method) sowie Verfahren mit haftenden Fremdschichten (englisch: solid layer methods).
Beim Salznebelverfahren wird der an Spannung liegende Isolator in einer Prüfkammer einem
fein verteilten Salznebel mit definierter Salzmassenkonzentration zwischen 2,5 kg/m 3 und
224 kg/m 3 ausgesetzt. Bei den Prüfverfahren mit haftenden Fremdschichten wird zunächst die
Fremdschicht mit Schichtleitfähigkeiten zwischen 3 µS und 80 µS aufgebracht und getrocknet.
Anschließend wird der Prüfling in eine Nebelkammer geschafft, in der die Fremdschicht
durch Einwirkung von Nebel wieder befeuchtet wird. Die Spannung wird dabei je nach Prüfverfahren
vor oder erst nach Beginn der Befeuchtung angelegt. Dem Isolator wird ein Stehverschmutzungsgrad
zugeordnet, ausgedrückt in Salzmassenkonzentration (salinity) im
Falle der Salznebelprüfung oder Schichtleitfähigkeit (layer conductivity) bzw. Salzablage-
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rungsdichte (salt deposit density, SDD; Definition s. IEC 60507) bei Prüfung mit haftender
Fremdschicht.
Für bestimmte Geräte, wie etwa Überspannungsableiter, stellt weniger die Überschlagfestigkeit
als vielmehr die thermische Beanspruchung der Innenteile das eigentliche
Problem bei Betrieb unter Verschmutzung dar, s. Bild unten. Für diesen Fall sind teilweise
alternative Fremdschichtprüfungen vorgeschrieben, die eben diesen Aspekt berücksichtigen
(z.B. in der Ableiter-Prüfvorschrift IEC 60099-4, Anhang F).
Teilentladungen
Teilentladungen
im
im
Gehäuseinneren
Gehäuseinneren
⇒ ⇒
Änderungen
Änderungen
der
der
Atmosphäre
Atmosphäre
⇒ ⇒
Risiko
Risiko
der
der
Randschichtalterung
Randschichtalterung
der
der
MO-Widerstände
MO-Widerstände
Risiko
Risiko
partieller
partieller
Erhitzung
Erhitzung
der
der
Aktivteile
Aktivteile
einzelner
einzelner
Bauglieder
Bauglieder
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Entladungen
Entladungen
auf
auf
der
der
Gehäuseoberfläche
Gehäuseoberfläche
⇒ ⇒
Risiko
Risiko
partieller
partieller
Erhitzung
Erhitzung
der
der
MO-Widerstände
MO-Widerstände
Risiko
Risiko
von
von
Außenüberschlägen
Außenüberschlägen
Mögliche Gefährdungen eines mehrteiligen Hochspannungsableiters bei Betrieb unter Verschmutzung