Warum besteht mehr als fünf Jahrzehnte nach ihrer Einführung immer noch kein breiter Konsens darüber, ob Verbundisolatoren immer eine sinnvolle Alternative zu Keramikisolatoren darstellen? Nach Ansicht des Branchenexperten und Beobachters Alberto Pigini liegt das zugrunde liegende Problem hinter den widersprüchlichen Ansichten über die langfristige Zuverlässigkeit der Verbundisolatortechnologie in der Tatsache, dass die Leistung eines jeden Isolators in hohem Maße von der Wahl des Designs angesichts der vorgesehenen Betriebsumgebung abhängt.
Leider wurde dies bei Verbundisolatoren nicht immer korrekt durchgeführt. Beispielsweise kann eine ungeeignete oder zu oberflächliche Spezifikation aus elektrischer Sicht zu einem Überschlag von keramischen Isolatoren führen. Bei Verbundisolatoren kann es jedoch zu bleibenden Schäden kommen.
Verbundisolatoren bieten eine Reihe gut dokumentierter Vorteile. Doch im Gegensatz zu dem, was in den Anfangsjahren propagiert wurde, sind sie sicherlich nicht „unzerstörbar“. Um eine Leistung zu gewährleisten, die mit der von Keramikisolatoren erwarteten Leistung vergleichbar oder besser ist, muss daher große Sorgfalt auf Folgendes gelegt werden:
• Spezifikation,
• Handhabung und
• Installation.
Hinsichtlich der Spezifikation lässt sich ein großer Teil der im Laufe der Jahre bei diesen Isolatoren gemeldeten Probleme auf Mängel bei der Auswahl – insbesondere aus elektrischer Sicht – zurückführen. Dies liegt daran, dass die elektrische Auslegung von Verbundisolatoren nicht ausschließlich auf deren Überschlagsleistung bei Kurzzeittests basieren sollte. Vielmehr muss sie idealerweise auf dem Risiko einer Oberflächendegradation durch Teilentladungen basieren, die langfristig zu Kriechbildung, Erosion und schließlich zu Ausfällen führen kann.
Dies ist ein entscheidender Mangel, da Verbundisolatoren sehr anfällig für Schäden sind, wenn es auf oder in der Nähe ihrer Oberflächen zu kontinuierlichen Teilentladungen und Lichtbogenaktivitäten kommt. Beispielsweise sind viele gemeldete Fehlerfälle darauf zurückzuführen, dass Isolatoren ohne geeignete Abschirmelektroden zur Begrenzung der elektrischen Feldgradienten in der Nähe ihres Hochspannungsendes und bei sehr hohen Systemspannungen sogar am Erdende installiert wurden.
In ähnlicher Weise waren Ausfälle manchmal das Ergebnis einer ungenauen Schätzung der tatsächlichen Verschmutzungsumgebung. In der CIGRE-Broschüre 142-1999 wurde erklärt, dass Erfahrungen aus Alterungstests im Labor sowie Feldversuchen bestätigt haben, dass es bei Verbundisolatoren bei normaler Benetzung drei Klassen von Ableitströmen gibt Bedingungen:
1. eine geringwertige, stark intermittierende Klasse;
2. ein relativ hoher Durchschnittsstrom von einigen mA, der jedoch weit von den für Bedingungen vor dem Überschlag typischen Werten entfernt ist;
3. Eine hohe Stromwertklasse (dh einige Hundert mA), die anzeigt, dass der Isolator kurz vor dem Überschlag steht.
Während Keramikisolatoren hauptsächlich unter Berücksichtigung der Leckstromklasse „Typ C“ konzipiert werden, sollten Verbundisolatoreinheiten stattdessen unter Berücksichtigung von Strömen vom Typ „B“ entworfen werden. Untersuchungen haben tatsächlich gezeigt, dass Ströme der Klasse „A“ zwar kaum einen Einfluss auf die Langzeitleistung haben, Ströme der Klasse „B“ jedoch zu Kriechstrombildung und Erosion und möglicherweise zu dauerhaftem Ausfall führen können.
Daher sollte bei der Auswahl von Verbundisolatoren immer ein ausreichender konstruktiver Spielraum zwischen der Belastungsstärke und der tatsächlichen Umweltverschmutzung bestehen. Die entscheidende Notwendigkeit besteht darin, den Leckstrom über die gesamte Lebensdauer zu begrenzen und dabei den möglichen Einfluss von Betriebsbelastungen auf die Hydrophobie und Benetzbarkeit der Oberfläche zu berücksichtigen. Daher kann bei Verbundisolatoren, egal ob Wechselstrom oder Gleichstrom, der herkömmliche Ansatz, der auf den Verschmutzungsklassen gemäß IEC 60815 basiert, als fragwürdig angesehen werden.
Um eine zufriedenstellende Serviceleistung sicherzustellen, muss vielmehr ein statistischer Ansatz gewählt werden, der sowohl Umgebungsparameter als auch spezifische Isolatoreigenschaften berücksichtigt. Insbesondere ist die Angabe der erforderlichen Kriechstrecke allein nicht ausreichend. Beispielsweise kann die Effizienz eines Profils sinken, wenn bei einer gegebenen Lichtbogenstrecke zu viel Kriechstrom erzwungen wird. Hinweise nach IEC 60815 sind idealerweise eher als „Orientierungshilfe“ denn als Ersatz für die aus der Prüfung gewonnenen Informationen zu verstehen.
Bei Verbundisolatoren, die bereits in Leitungen installiert sind und bei denen es zu spät ist, die Spezifikationen zu ändern, kann eine Diagnose auf der Grundlage der Messung des Leckstroms entlang ausgewählter Einheiten dabei helfen, mögliche Unzulänglichkeiten im Design zu erkennen und eine Auslösung auszulösen, falls die durchschnittlichen Leckstromwerte die zerstörerische Klasse „B“ erreichen.
Während hier nur der Aspekt des elektrischen Designs betrachtet wird, ist natürlich auch eine geeignete Spezifikation aus mechanischer Sicht wichtig und möglicherweise sogar noch wichtiger als bei keramischen Isolatoren. Auch hier sind viele gemeldete Ausfälle, die insbesondere die jüngsten Generationen von Verbundisolatoren betreffen, auf ungenaue mechanische Spezifikationen oder auf falsche Handhabung und unsachgemäße Installationspraktiken zurückzuführen, die den dauerhaften Schaden, der auftreten kann, nicht berücksichtigen.
Prinzipiell können die Reife und die intrinsische Zuverlässigkeit von Verbundisolatoren mittlerweile als zufriedenstellend und auf dem gleichen hohen Niveau wie Keramikisolatoren angesehen werden. Die Zuverlässigkeit in der Praxis hängt jedoch davon ab, ob die elektrischen und mechanischen Spezifikationen korrekt sind und auch ihre besonderen Eigenschaften und die Reaktion auf bestimmte Betriebsbedingungen berücksichtigen Belastungen und Installationsmethoden.