Wie man ein umfassendes Teilentladungs-Diagnosesystem erstellt

Die Entwicklung eines umfassenden Teilentladungs-Diagnosesystems ist für die Überwachung und Bewertung des Zustands der elektrischen Isolierung in Hochspannungsanlagen unerlässlich. In diesem Artikel wird untersucht, wie ein solches System entwickelt werden kann, und es werden die wichtigsten Konzepte, Komponenten und Methoden vorgestellt.

Einführung

Die Verschlechterung des Isolationszustandes in Hochspannungsnetzen kann durch verschiedene Faktoren verursacht werden, unter anderem durch Teilentladungen (TE). Teilentladungen sind kleine elektrische Entladungen, die die Isolierung zwischen Leitern nicht vollständig überbrücken. Sie führen zu einer allmählichen Verschlechterung der Isolierung und schließlich zu einem Durchschlag (vollständiger Verlust der Isolierung). Die Entwicklung eines umfassenden Teilentladungs-Diagnosesystems ist von entscheidender Bedeutung für eine frühzeitige Erkennung, die eine Überwachung in Echtzeit ermöglicht und die Vorhersage der Lebensdauer von Hochspannungsanlagen verbessert.

Wie kommt es zu Teilentladungen?

Teilentladungen treten in örtlich begrenzten Bereichen innerhalb oder auf der Oberfläche der Isolierung aufgrund kleiner Durchschläge des dielektrischen Materials auf. Mit der Verschlechterung der Isolierung nehmen Häufigkeit und Intensität dieser Entladungen zu. Sie sind durch elektromagnetische Impulse von kurzer Dauer und hoher Frequenz gekennzeichnet, die erfasst und analysiert werden können, um den Zustand der Isolierung zu beurteilen.

Damit es zu einer Teilentladung kommt, muss das System mindestens einen der folgenden Auslösefaktoren erfüllen:

• Spannungsgradient: Ein hoher elektrischer Potentialunterschied über der Isolierung.
• Steilheitsgradient: Schnelle Änderungen in der Verteilung des elektrischen Feldes, insbesondere bei Spannungsspitzen.
• Geschwindigkeitsgradient: Schnelle Spannungsschwankungen, wie sie z. B. von Stromrichtern oder Schaltvorgängen verursacht werden.

Was sind die grundlegenden Arten von Teilentladungen?

Es gibt drei Arten von Teilentladungen:

• Innere Entladung: Verursacht durch inhomogene Isoliermaterialien, die zu Schwachstellen in der Isolierung führen.
• Externe Entladung: Aufgrund von Oberflächenverschmutzung oder unzureichendem Isolationsabstand, insbesondere in Außenbereichen.
• Koronaentladung: Tritt in Bereichen mit hoher elektrischer Feldstärke in der Nähe von Leitern auf, was oft auf die Geometrie oder den Abstand der Leiter zurückzuführen ist.

Was ist die Teilentladungsmesskette?

Erstens detektiert der Messsensor den elektromagnetischen Impuls, entweder direkt über einen kapazitiven Teiler oder indirekt über den Stromfluss mittels einer Rogowski-Spule. Zweitens muss das schwache Teilentladungssignal mit einem Korrekturverstärker verstärkt werden.

Schließlich entfernt die lokale Verarbeitungseinheit Umgebungsgeräusche und verarbeitet den TE-Impuls, um sein Auftreten und seine Größe zu identifizieren. Breitband- und Schmalband-Verarbeitungsmethoden werden eingesetzt, um das Rauschen zu filtern und das TE-Signal genau zu extrahieren.

Alle gesammelten Daten werden archiviert und in einem fortschrittlichen System, wie PD Doctor, dargestellt. Dieses System zeichnet wichtige Informationen auf, z. B. den Zeitpunkt der Entladung, ihre Größe und die Phase der Grundschwingung, bei der sie auftrat. Es bietet auch eine automatische Überwachung und Echtzeit-Diagnose, die den Benutzer im Falle eines Ereignisses benachrichtigt, und nutzt künstliche Intelligenz, um die verbleibende Lebensdauer der Geräte auf der Grundlage von Trends der TE-Aktivität vorherzusagen.

Wie erkennt man Teilentladungen?

Bei der Erkennung von Teilentladungen verwenden wir die elektromagnetische Impulsdetektion. Teilentladungen erzeugen elektromagnetische Impulse, die in ihrer Form den Dirac-Impulsen ähneln und ein breites Frequenzspektrum aufweisen, das an weißes Rauschen erinnert. Diese Impulse können in verschiedenen Frequenzbändern nachgewiesen werden, und ihre Eigenschaften können zu Diagnosezwecken analysiert werden.

Es gibt verschiedene mögliche Messverfahren. Den besten Frequenzgang erhalten Sie, wenn Sie eine aktive Messung mit einem kapazitiven oder ohmschen Teiler, der direkt an die Hochspannungsanlage angeschlossen ist, oder mit kapazitiven Sensoren, die an isolierten Teilen des Kabels angebracht sind, durchführen. Eine andere, weniger empfindliche Methode ist die Messung des induzierten Leckstroms im Leiter mit Rogowski-Spulen oder mit UHF-Antennen, die Hochfrequenzemissionen von PD erfassen, ohne dass eine physische Verbindung mit dem Hochspannungskreis erforderlich ist.

Wie werden die Messdaten ausgewertet?

Die Grenzwerte für die PD-Aktivität, die die Betriebszonen definieren, basieren auf Herstellerempfehlungen und Felddaten der Betreiber. Die kontinuierliche Online-Diagnose ermöglicht im Gegensatz zur Offline-Diagnose eine Überwachung in Echtzeit und eine schnellere Erkennung von Fehlerzuständen, wodurch das Risiko unerwarteter Ausfälle verringert wird.

Dies ermöglicht eine grundlegende Bewertung des Erreichens bestimmter Schwellenwerte, die eine weitere Untersuchung erfordern, die Lokalisierung der Entladungsquelle durch die Installation von Sensoren an beiden Enden eines Kabels und die Berechnung der Restlebensdauer der Geräteisolierung mit Hilfe von Vorhersagealgorithmen.

Für die Offline-Diagnose können tragbare TE-Rekorder an kritischen Punkten im System eingesetzt werden. Diese Geräte speichern die TE-Aktivitätsdaten auf einer SD-Karte zur späteren Analyse. Dies ist nützlich, wenn eine kontinuierliche Online-Überwachung nicht möglich ist, und bietet einen Zwischenschritt zur Beurteilung des Zustands der Isolierung während der geplanten Wartung.

Schlussfolgerung

Die Entwicklung eines umfassenden Teilentladungs-Diagnosesystems umfasst mehrere Stufen, von der Erkennung und Filterung von TE-Signalen bis hin zu ihrer Analyse und Archivierung für die Vorhersage der Lebensdauer. Mit modernen Systemen wie PD Doctor können Betreiber eine Echtzeitdiagnose sicherstellen, plötzliche Ausfälle verhindern und die Lebensdauer der Anlagen optimieren. Da sich die Isolationssysteme verschlechtern, ist die TE-Überwachung ein unverzichtbares Instrument zur Aufrechterhaltung der Sicherheit und Zuverlässigkeit von Hochspannungsanlagen.

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