Nach der Norm IEC 60270 sind Teilentladungen dielektrische Entladungen in einem örtlich begrenzten Bereich eines dielektrischen Isoliersystems. Dieses elektrische Isoliersystem steht unter der Beanspruchung der Spannung, und die Teilentladungen verschlechtern die Isolierung eines Transformators bis hin zu dessen Ausfall.
Diagnostische Teilentladungsmessungen sind daher wichtig, um beginnende Entladungen bereits in einem frühen Stadium nachzuweisen und ihren Ursprung zu orten.
Die Teilentladung wird von mehreren Begleitphänomenen begleitet, und das Verfahren zur Erkennung der TE kann jedes dieser Phänomene nutzen: das abgegebene Licht, die elektromagnetische Störung (EMI), die Schallentstehung, das dielektrische Verhalten, die chemische Reaktion oder die elektrischen Impulse.
Akustische Erkennung
Teilentladungen können von einer Schallentstehung begleitet sein. Die Schallwelle entsteht durch die Ausdehnung der Gase in der Nähe der Entladung; dieses akustische Signal lässt sich mit piezoelektrischen Aufnehmern erfassen. Die für die akustische Erkennung genutzten Hauptfrequenzen reichen von 20 kHz bis 100 kHz.
Der Vorteil der akustischen Erkennung ist die Störfestigkeit gegen elektrische Störungen. Diese Störfestigkeit bedeutet nicht, dass in der Umgebung kein akustisches Rauschen vorhanden ist: Akustisches Rauschen kann durchaus auftreten, es beeinflusst die Messung jedoch nicht.
Die wichtigsten Merkmale dieses Messverfahrens lassen sich wie folgt zusammenfassen:
- Es handelt sich um ein nicht invasives Messverfahren.
- Es erkennt Kriechwegbildung (Tracking) an der Oberfläche.
- Es erkennt lose Bauteile.
- Es erkennt elektrisch potentialfreie Schirme oder andere Bauteile.
- Es erkennt nichtelektrische Probleme wie Druckverluste.
- Es erkennt Teilentladungen in mehreren Bauteilen.
Elektrische Erkennung
Tritt eine Teilentladung in der Phase-Erde-Isolierung eines Betriebsmittels der Hochspannungsanlage auf, etwa in einer metallgekapselten Schaltzelle, so wird eine kleine Ladungsmenge vom Hochspannungsleiter auf die geerdete Metallkapselung übertragen.
Da diese Schaltzelle über einen Leiter geerdet ist, lässt sich der Strom in diesem Leiter mit einem Hochfrequenz-Stromwandler (HFCT) messen, einem induktiv gekoppelten Sensor.
Transiente Erdspannungen (TEV, transient earth voltages) sind Spannungsspitzen, die auf der Oberfläche der umgebenden Metallkonstruktion induziert werden. TEV entstehen, weil die Teilentladung Stromspitzen im Leiter erzeugt und ein kleiner Teil dieser Energie auf die geerdete Metallkapselung übertragen wird.
Die TEV-Impulse setzen sich aus hochfrequenten Anteilen zusammen, und für diese Anteile weist die geerdete Metallkonstruktion eine beachtliche Impedanz gegen Erde auf. Es entstehen daher Spannungsspitzen. Diese bleiben auf der Innenfläche der umgebenden Metallstrukturen, in einer Tiefe von etwa 0,5 µm in Stahl bei 100 MHz. Dieser hochfrequente Strom läuft um die Außenfläche herum, weil in der Metallkonstruktion eine elektrische Unterbrechung vorliegt.
Die Höhe der TEV ist eine Funktion der Höhe der Entladung und der Dämpfung des Ausbreitungswegs. Die Dämpfung des Ausbreitungswegs ist ihrerseits eine Funktion des inneren Aufbaus des Schaltgeräts.
Erkennung mit der EMI-Methode
Die Teilentladung strahlt elektromagnetische Wellen ab. Die EMI lässt sich mit einer Antenne erfassen und, abhängig von ihrer Leistung, in dB umrechnen.
Chemische Erkennung
Dieses Verfahren wird bei Transformatoren über die Analyse gelöster Gase (DGA) angewendet. Es ist ebenso in gasisolierten Schaltanlagen (GIS) einsetzbar, wo sich die Analyse und der Nachweis der Komponenten des SF6-Gases nutzen lassen.
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