1997 - Fachgebiet Hochspannungstechnik - Schering-Institut

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In den Untersuchungen wurde insgesamt eine von der Art der Zersetzung abhängige und
unterschiedliche Zusammensetzung der ungelösten Gase nachgewiesen. Die Zersetzungsgase
bestehen für alle simulierten Fehler hauptsächlich aus Wasserstoff, wobei der Anteil in der
Folge thermischer Fehler - Entladung - Teilentladung ansteigt. Eine Klassifikation der Zusammensetzung
der ungelösten Gase nach dem Fehlerkriterium von Dörnenburg für ungelöste
Gase führt für alle untersuchten Isolierflüssigkeiten zur weitgehend korrekten Erkennung der
unter Laborbedingungen simulierten Fehler.
Dipl.-Ing. J. Gärtner
"Teilentladungsarme Hochspannungs-Hochleistungs-Sicherungen"
Teilentladungsarme Hochspannungs-Hochleistungs-Sicherungen (HH-Sicherungen) besitzen
neben den Merkmalen üblicher HH-Sicherungen feldsteuernde Schichten zur Homogenisierung
des Feldverlaufs.
Es wurden erstmals Sicherungen mit Feldsteuerschichten
realisiert und getestet, bei denen die Feldsteuerschicht
direkt auf das Sicherungsrohr aufgebracht
wird, so daß sie Bestandteil des Rohres ist. Zur Verwendung
kamen Feldsteuerschichten auf keramischer
Basis und auf Basis von organischen Bindemitteln wie
Silikon- und Epoxidharz. In beiden Fällen wurde Siliziumkarbid
(SiC) als leitfähiger Zusatz eingebracht.
Beispiele solcher Sicherungsrohre sind in Bild 1 dargestellt.
Die so gefertigten Sicherungen wurden in einem Hochleistungsfeld
getestet, wobei neben den normalen
Messungen (DIN VDE 0670, Teil 4) besondere Aufmerksamkeit
der Messung des Reststroms galt, der
durch die Ableitung der Feldsteuerschicht verursacht
wird.
Da es sich bei den Sicherungen um Prototypen handelte
stand zu befürchten, daß einige Sicherungen versagten.
Dies ist nicht ungewöhnlich und liegt an der
Tatsache, daß in diesem frühen Produktstadium noch
nicht alle Details aufeinander abgestimmt sind. Aus
Bild 1 Sicherungsrohre mit
diesem Grund wurde während der Schaltversuche eine
leitfähiger Beschichtung
Hochgeschwindigkeits-Videokamera eingesetzt, um
bei einem eventuellen Versagen der Sicherungen genauere
Informationen zu erhalten.
Die Modifizierung des Versuchsaufbaus zur Schaltprüfung
für die Messung des Reststromes bestand in einem
Sicherung
Meßsystem
zusätzlichen Leistungsschalter, der einen Meßwiderstand
in den Erdzweig der Sicherung einschalten
Meßshunt
konnte (Bild 2), nachdem der hohe Abschaltstrom
und Schalter
abgeklungen war. Aus Sicherheitsgründen wurde der
Schalter nur jeweils für den Meßaugenblick betätigt.
Die Meßergebnisse spiegeln den für die Leitschicht auf
Basis von SiC typischen Verlauf wieder (Bild 3).
Erwartungsgemäß tritt das Strommaximum im Spannungsmaximum
auf.
Bild 2 Nachstrommeßeinrichtung
Prüfkreis
VDE 0670
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Die Untersuchungen ergaben, daß nahezu alle Sicherungen die in der Norm veranschlagten
Grenzwerte erreichten.
Einige wenige Prüflinge versagten jedoch, wobei mit Hilfe der Hochgeschwindigkeitskamera
die Fehlerursache gefunden werden konnte. In Bild 4 ist ein Ausschnitt einer Videosequenz
abgebildet. Das Bildformat ist durch das besondere Aufzeichnungsverfahren der Hochgeschwindigkeitskammera
vorgegeben. Es werden immer zwei Bilder pro Fernsehhalbbild aufgezeichnet.
Bild 3 Nachstrom einer Sicherungs-Muffenkombination
a)
b)
Sicherungshalter
Sicherung
Stromindikator
Bild 4 Sicherung im Schaltversuch
a) t = 7 ms, b) t = 11 ms
Lichterscheinung
Um die Sicherung in ihrer vollen
Länge zu erfassen, wurde die
Kamera um 90° geschwenkt. In
Bild 4a sieht man die Sicherung
kurz nach dem Anschalten des
Prüfstromes. Bild 4b zeigt eine
Lichterscheinung im rechten (in
Realität oberen) Kappenbereich,
die durch das Austreten von
Plasma oder heißen Gasen verursacht
wird. Es ist auch zu erkennen,
daß sich die Sicherungskappe
gegenüber Bild 4a leicht
verdreht hat. Im nächsten Bild
(1 ms später) tritt schon der
Lichtbogen aus und zerstört die
Sicherung. Da das Rohr zunächst
intakt bleibt, liegt hier der Fehler
offenbar in den für diese Rohre
ungeeigneten Sicherungskappen.
Insgesamt zeigten die Untersuchung
jedoch, daß teilentladungsarme
HH-Sicherungen mit feldsteuernden
Schichten realisierbar
sind, so daß einem verstärkten
Einsatz von Monitoringsystemen
auch im Mittelspannungsbereich
und der immer leistungsstärker
werdenden TE-Meßtechnik
Rechnung getragen werden kann.
Durch Verwendung teilentladungsarmer
HH-Sicherungen
können ”Fehlalarme” ausgeschlossen
werden.