Teilentladung (PD) in Transformatoren bezeichnet ein Phänomen, bei dem es in einem kleinen Teil des Isolationssystems unter Hochspannungsbelastung zu einem lokalen dielektrischen Durchschlag kommt. Diese Entladungen überbrücken die Elektroden nicht, sondern treten nur in Bereichen mit schwacher Isolation auf. PD ist normalerweise sehr schwach und kann von menschlichen Sinnen nicht erkannt werden, sodass spezielle Messgeräte erforderlich sind.
Ursachen für Teilentladungen in Transformatoren
Die Ursachen für Teilentladungen in Transformatoren sind vielschichtig und umfassen mehrere Aspekte:
1. Isoliermaterial und Aufbau:
Defekte wie Blasen, Verunreinigungen und Risse: Diese Defekte beeinträchtigen die Isolationsleistung des Materials und führen zu Teilentladungen.
Niedrigere Dielektrizitätskonstante von Blasen: Blasen müssen im Vergleich zum angrenzenden Isoliermaterial einer höheren elektrischen Feldstärke standhalten und sind daher anfälliger für Durchschläge und Entladungen.
Unangemessenes Design der Isolierstruktur: Eine aufgrund mangelhafter Konstruktion zu hohe Zwischenschicht- oder Windungsfeldstärke in Trockentransformatoren kann zu Teilentladungen führen.
Scharfe Kanten und Grate: Isolierende und metallische Bauteile mit scharfen Kanten oder Graten können eine lokale Konzentration des elektrischen Feldes verursachen und so Teilentladungen auslösen.
2. Betriebsfaktoren:
Dauerbetrieb und Lastschwankungen: Diese Faktoren führen zur Alterung und zum Verschleiß der inneren Isoliermaterialien des Transformators, wodurch deren Isoliereigenschaften verringert werden und es zu Teilentladungen kommt.
Überspannung: Überspannungen im Stromnetz, die durch externe Faktoren (z. B. Blitzschlag) oder interne Faktoren (z. B. Schaltvorgänge) verursacht werden, können die Durchschlagsspannung von Materialien überschreiten und zu einer Teilentladung führen.
3. Installations- und Prozessfaktoren:
Unzureichende Herstellungsprozesse: Eine schlechte Vakuumkontrolle während des Trocknens, unzureichende Trocknungszeit und unzureichende Temperaturvorgaben können zu Restgasen in den Spulen führen.
Installationsschäden: Die Isolierung kann während der Installation beschädigt werden oder durch lange Stillstandzeiten kann der Feuchtigkeitsgehalt in den Isoliermaterialien steigen, was sich auf die Entladungswerte auswirkt.
Unsachgemäße Wickel- und Montageprozesse: Probleme wie Grate an Hoch- und Niederspannungsleitungen oder falsche Abstände bei der Montage können die Teilentladungswerte beeinflussen.
Gefahren einer Teilentladung
Obwohl Teilentladungen in Transformatoren lokal begrenzt und schwach sind, stellen sie langfristig erhebliche Gefahren dar, vor allem durch die Beschädigung von Isoliermaterialien:
1. Direkte Schäden an der Isolierung: Kontinuierliche Teilentladungen greifen die Isolierung allmählich an und können im Laufe der Zeit zu einem vollständigen Zusammenbruch führen. Elektrochemische Effekte erzeugen reaktive Gase wie Ozon und Stickoxid, die die Isolierung weiter korrodieren.
2. Lokale Wärme: Teilentladungen erzeugen Wärme, die die lokale Temperatur des Dielektrikums erhöhen und sogar eine Karbonisierung verursachen kann.
Nachweismethoden für Teilentladungen
Zu den Erkennungsmethoden für Teilentladungen gehören im Allgemeinen elektrische, Ultraschall- und chemische Techniken:
1. Elektrische Methoden: Verwenden Sie Oszilloskope, Teilentladungsdetektoren oder Funkstörungsmessgeräte, um Entladungswellenformen oder Funkstörungspegel zu beobachten.
2. Ultraschallmethoden: Erkennen von durch Entladung erzeugten Ultraschallwellen und Umwandeln dieser Wellen in elektrische Signale zur Analyse.
3. Chemische Methoden: Analyse des Inhalts und der Variationsmuster verschiedener in Öl gelöster Gase, allgemein als „chromatographische Analyse“ bekannt.
Vorbeugende Maßnahmen gegen Teilentladungen
Um die Gefahren einer Teilentladung zu vermeiden, können verschiedene vorbeugende Maßnahmen ergriffen werden:
1.Auswahl hochwertiger Dämmstoffe.
2. Regelmäßige Inspektion und Wartung: Rechtzeitiger Austausch gealterter und stark verschlissener Komponenten.
3. Installation von Überspannungsschutzeinrichtungen: Zum Erkennen und Unterdrücken von Überspannungszuständen.
4. Installation von Temperaturüberwachungsgeräten: Regelmäßige Überprüfung der Temperaturveränderungen an der Oberfläche des Transformators.
Diese Maßnahmen verhindern wirksam das Auftreten von Teilentladungen und verringern diese. So wird ein sicherer und stabiler Betrieb der Transformatoren gewährleistet.
