und Lichtbogenschutzes in AC-Netzen – Teil 1 - pfisterer

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dass ohne zusätzliche Massnahmen das
Risiko einer weiteren Schadensakkumulation
bestand. Aus diesem Grund wurden
alle Verbundisolatoren ersetzt und das
Kettendesign angepasst.
Die Ursache für den Ausfall war, dass in
diesem Fall die Kette nicht als Paketlösung,
sondern als Einzelkomponenten
ausgeschrieben wurde. Auf eine ganzheitliche
Typprüfung wurde verzichtet, in dieser
wäre der Designfehler einfach erkennbar
gewesen.
Sind die vorgängig genannten Designregeln
ausreichend?
Diese Frage ist mit einem «Ja» und einem
«Nein» zu beantworten. Kann für
einen Verbundisolator bzw. eine Kette
Koronafreiheit im Versuch oder in einer
Simulation nachgewiesen werden, ist eine
betriebsrelevant-kritische Schädigungsursache
ausgeschlossen, da diese Entladungen
von einer Stahlkomponente kontinuierlich
existieren würden.
Darüber hinaus ist aufgrund der sehr vorteilhaften
Hydrophobie von polymeren
Isolierstoffen das Phänomen der Wassertropfenkorona
zu berücksichtigen.
Wissenschaftliche Untersuchungen in
Deutschland und weltweit haben gezeigt,
dass beim Überschreiten einer bestimmten
Feldstärke auf der Isolierstoffoberfläche
die hohe Permittivitätszahl des
Wassers gegenüber Luft (80:1) eine Deformation
der Tropfen und die Zündung
von Entladungen an den deformierten
Tropfenenden verursachen kann. Unter
ungünstigen Bedingungen entstehen
dann Zersetzungsprodukte, die bei un-
Auftreten von
Korona
Dauer Teil der Isolatorkette Grenzwert der
Höchstfeldstärke
in kV/cm
sachgemässer Wahl der Materialien des
Verbundisolators (Kostendruck) zum Ausfall
führen können.
Eine Arbeitsgruppe der IEEE (Institute of
Electrical and Electronics Engineers) hat
sich aufgrund von Negativerfahrungen
in den USA (mehr als 30 Ausfälle) dieser
Thematik mit einer systematischen Zusammenstellung
von Betriebserfahrungen
und der Korrelation zu Simulationsergebnissen
gestellt und entsprechende
Empfehlungen abgeleitet. Diese wurden
in einer IEEE-Veröffentlichung publiziert
und lassen sich wie in der unten stehenden
Tabelle dargestellt zusammenfassen.
Es wird empfohlen, Simulationen durchzuführen,
da gewisse elektrische Feldstärken
messtechnisch kaum nachweisbar sind.
Dazu eignen sich Methoden wie Finite-
Elemente- oder Boundary-Elemente-Berechnungen.
Diese können aufgrund der
heute vorhandenen Rechnerkapazitäten
auch dreidimensional unter Berücksichtigung
der Nachbarphasen durchgeführt
werden, was die Genauigkeit der Ergebnisse
erhöht.
Die in connect 1/2010 vorgestellte Isoliertraverse
der Kompaktleitung Randstad
380 wurde in dieser Form simuliert (Bild
7), da die projektspezifische Forderung
bestand, einen maximalen Wert der elektrischen
Feldstärke von nur 2.5 kV/cm
(Empfehlung 4.5 kV/cm) auf einer Länge
von nur 10 mm am Strunk der Isolatoren
zuzulassen. Diese Forderung war als «sehr
sportlich» einzustufen, da gleichzeitig die
Ästhetik der Isoliertraverse als «sanfte,
nichttechnische» Zielstellung bestand.
Nachweis
Test im tro- Simulation im trockenen
Zustand ckenen Zustand
Trockener Zustand kontinuierlich Korona- oder kombinierter
Lichtbogenschutzring,
Isolatorarmatur
≤ 17**…21 x x
Feuchter Zustand diskontinuierlich Isoliermantel am Strunk ≤ 4.5 auf einer Länge
von weniger als 10 mm
– x
Feuchter Zustand diskontinuierlich Dichtinterface* 3.5 – x
Trockener und kontinuierlich / im Isolator (Stab,
≤ 30 – x
feuchter Zustand diskontinuierlich Isoliermantel, Interface
beider)
* Für Isolatordesigns, die ein exponiertes Dichtinterface haben, trifft nicht für das sogenannte Überspritzen der Armatur
oder den Einsatz eines Koronaschirms zu.
** Für stark korrodierende Umgebungen, da sich durch Rostbildung die Koronaeinsetzspannung reduzieren kann.
Impressum
Connect
1 / 2011 CoNNECT 16
Bild 7: Simulation des elektrischen Feldes unter Berücksichtigung
der Nachbarphasen.
Fazit
Bereits im Jahr 1992 wurden grundsätzliche
Regeln für die Vermeidung von Koronaentladungen
an Verbundisolatoren und
Ketten mit Verbundisolatoren formuliert,
deren konsequente Einhaltung eine Reihe
von Ausfällen vermieden hätte. Einen
weiteren Beitrag zur Erhöhung der Zuverlässigkeit
leistet die spezifisch für Verbundisolatoren
einzuhaltende Maximalfeldstärke
am Isolatorstrunk, die aufgrund
von wissenschaftlichen Untersuchungen
und Betriebserfahrungen definiert wurde.
Der angegebene Wert von 4.5 kV/cm darf
als sicher im Sinne von konservativ eingestuft
werden. Untersuchungen an SEFAG-
Isolatoren nach 10-jähriger Betriebszeit im
420-kV-Netz haben gezeigt, dass bei hochwertigen
Materialien dieser Wert überschritten
werden kann, ohne dass die Betriebszuverlässigkeit
kompromittiert wird.
Dr. Frank Schmuck
Kundenmagazin der PFISTERER Gesellschaften in der Schweiz
und Südafrika – 18. Jahrgang – Nr. 1/2011 – erscheint 2 x jährlich
Auflage: 1800 Exemplare.
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Abschlussredaktion/Layout: Brigitte Senn, www.amk.ch
Druck: Engelberger Druck AG
Redaktionsschluss 2/11: 30.09.2011