2000 - Fachgebiet Hochspannungstechnik

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- 15 - Die elektrischen Maschinen gehören nicht zu den einfachen TE-Prüfobjekten, da die Stromimpulse innerhalb der Maschine sich nicht nur entlang der Wicklungen ausbreiten, sondern aufgrund hoher kapazitiver und induktiver Kopplungen auch zwischen den Wicklungen. Die ursprünglich sehr kurzen TE-Stromimpulse treten wegen des äußerst komplizierten Stromimpulsübertragungsverhaltens der Wicklungen und aufgrund zahlreicher Reflexionsvorgänge am Auskopplungsort in verzerrter Form auf. Die gerade begonnene Forschungsarbeit hat daher eine Bewertung des Isolierungszustands der rotierenden Hochspannungsmaschinen durch Teilentladungsmessung zum Ziel und wird folgende Untersuchungen beinhalten: • Untersuchungen zur Erkennung des TE-Stromübertragungsverhaltens der elektrischen Maschinen und Bestimmung des Einflusses der verschieden Kopplungsmechanismen auf die Messergebnisse in Abhängigkeit des TE-Entstehungsorts. • Vergleich der TE-Signale, die durch verschiedene TE-Sensoren (Auskopplungen) erfasst werden sowie Auswahl und Entwicklung eines optimalen Auskopplungssystems. • Optimierung der Erfassung von Teilentladungsimpulsen in rotierenden Hochspannungsmaschinen. • Erfassung von Teilentladungsimpulsen bei verschiedenen Fehlerzuständen in elektrischen Hochspannungsmaschinen. • Diagnostik des Isolationszustands auf der Basis der gewonnenen Meßergebnisse und der vorhandenen Datenbank. • Untersuchung zur Erweiterung des Wissens über das Alterungsverhalten der Isolierung von Hochspannungsmaschinen unter elektrischer und thermischer Beanspruchung. • Untersuchungen zur Darstellung der Zusammenhängen zwischen elektrisch meßbaren TE-Kenngrößen und der verbleibenden Lebensdauer der Isolierung . • Entwicklung eines neuen Verfahrens zur TE-Ortung in Hochspannungsmaschinen. Dipl.-Ing. K. Hackemack, Dipl.-Ing. P. Werle "Verfahren zur automatisierten Auswertung von Blitzstoßspannungsprüfungen" Blitzstoßspannungsprüfungen werden zum Nachweis der elektrischen Festigkeit von Hochspannungsgeräten bei transienten Spannungsbeanspruchungen eingesetzt. Die für diese Prüfungen anzuwendenden Prüf- und Auswerteverfahren sind in der IEC-Norm 60060-1 bzw. in der entsprechenden VDE-Norm 0432-1 festgelegt. Sie basieren jedoch in vielen Punkten auf analogen Aufzeichnungs- und Auswerteverfahren, bei welchen der Blitzstoßimpuls auf lichtempfindlichem Fotopapier aufgezeichnet und anschließend mit Lineal und Bleistift von erfahrenen Prüfingenieuren ausgewertet wurde. Durch die Einführung digitaler Mess- und Auswertesysteme wurde eine kostengünstigere und leistungsfähigere Durchführung von
- 16 - Blitzstoßspannungsuntersuchungen möglich. Die manuellen Methoden lassen sich jedoch nicht generell in eindeutige, digitale Algorithmen umsetzen, weshalb in der jetzigen Fassung der Normen keine digitalen Verfahren definiert sind. Insbesondere bei Stoßspannungsimpulsen mit überlagerten Oszillationen oder Überschwingungen, welche zum Beispiel bei Transformatorprüfungen auftreten, können unterschiedliche, automatisierte Verfahren zu verschiedenen Ergebnissen führen. Bei Impulsen, bei denen die Frequenz der Überlagerung um 500 kHz schwankt, kann die Auswertung nach den aktuellen Regeln zu Sprüngen in der ermittelten Testspannung führen, so dass die Prüfungen nur schwer vergleichbar sind. Aus diesem Grund wurde ein von der EU unterstütztes Projekt initiiert, an dem neben dem Schering-Institut folgende Institutionen mitarbeiteten: KEMA (Niederlande), NGC (England) und L.C.O.E. (Spanien). In einer ersten Phase wurden an verschiedenen Isolierstoffen Blitzstoßspannungsprüfungen mit überlagerten Oszillationen und Überschwingungen variabler Frequenz durchgeführt, um das physikalische Durchschlagverhalten bei Blitzstoßspannungen zu untersuchen. Basierend auf den Forschungsergebnissen werden abschließend Vorschläge zur Anpassung der relevanten Abschnitte der IEC-Norm 60060-1 bzw. DIN-VDE 0432-1 erarbeitet. Die Ergebnisse der Blitzstoßprüfungen mit im Scheitel überlagerten Oszillationen bzw. Überschwingungen an den Isolierstoffen Luft, SF6, Isolieröl und PE lassen sich folgendermaßen zusammenfassen: ° Im Scheitelwert überlagerte Überschwingungen haben den gleichen Einfluss auf die Blitzstoßdurchschlagspannung wie Oszillationen. Die Dauer der Überschwingung lässt sich daher in die korrespondierende Frequenz umrechnen. ° Die Frequenz der überlagerten Oszillation bzw. Überschwingung hat einen Einfluss auf die Blitzstoßdurchschlagspannung. ° Die Amplitude der Oszillation bzw. Überschwingung beeinflusst die Blitzstoßdurchschlagspannung ebenfalls. Die Blitzstoßprüfungen an den oben genannten Isolierstoffen haben gezeigt, dass der Einfluss der überlagerten Oszillationen bzw. Überschwingungen auf die Blitzstoßdurchschlagspannung mit zunehmender Frequenz abnimmt. Niederfrequente Überlagerungen haben einen starken Einfluss auf die Blitzstoßdurchschlagspannung, während hochfrequente Überlagerungen das Durchschlagverhalten kaum beeinflussen. Dies führt zur Einführung eines frequenzabhängigen Spannungsfaktors k(f), der den Einfluss der Frequenz der Oszillation bzw. Überschwingung auf das Durchschlagverhalten berücksichtigt. Die Blitzstoßdurchschlagspannung Utest kann dann nach der folgenden Formel berechnet werden: Utest = Uextr -(1-k)∆U mit Uextr: höchste Amplitude des aufgezeichneten Blitzstoßimpulses 1 ∆U: Amplitude der überlagerten Oszillation bzw. Überschwingung In Bild 1 sind die Verläufe des Spannungsfaktors k dargestellt. Die graue Kurve, die nach den aktuellen Normen zu verwenden ist, hat bei 500 kHz einen Sprung, so dass die Testspannung im Bereich dieser Frequenz ebenfalls springt. Die schwarze Kurve stellt den Vorschlag für den Verlauf des Spannungsfaktors k dar. Mit dieser Kurve kann das frequenzabhängige Durchschlagverhalten berücksichtigt werden, und Sprünge in der ermittelten Testspannung werden vermieden, da die Funktion stetig verläuft. Die Reproduzierbarkeit der Auswertung der Blitzstoßspannungsprüfung wird somit wesentlich erhöht. 1 In Anlehnung an einen Vorschlag der gemeinsamen Task Force zwischen der CIGRE WG 33-03 "High Voltage Testing and Measuring Technique" und dem SC 12 "Transformers"
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