Isolatorsätze gehören zu den häufigsten Komponenten in Übertragungsnetzen und ihre Qualität und Leistung spielen eine entscheidende Rolle für die Gewährleistung einer zuverlässigen Stromversorgung. Ein wichtiger Teil davon ist ihr Verhalten, wenn sie einem Lichtbogen ausgesetzt sind. Eine schlechte Konstruktion im Hinblick auf das Lichtbogenverhalten kann die Lebensdauer des Isolatorsatzes erheblich verkürzen und die Wahrscheinlichkeit von Versorgungsunterbrechungen erhöhen.
Es gibt eine große Vielfalt an Isoliermaterialoptionen und Umgebungen, in denen Isolatorsätze verwendet werden. Daher variieren die Designs von Isolatorsätzen erheblich und müssen möglicherweise sogar auf bestimmte Anwendungen zugeschnitten werden. Schon kleinste Konstruktionsunterschiede können das Lichtbogenverhalten einer Saite beeinflussen. Physikalische Tests sind die zuverlässigste Methode zur Beurteilung des Lichtbogenverhaltens eines Strings. Deshalb verlangen Energieversorger zunehmend, dass Isolatorsätze einem Lichtbogentest unterzogen werden, bevor sie sie in ihren Netzwerken installieren.
In den letzten Jahren führten die KEMA Laboratories, Prag, über 160 Lichtbogentests an Isolatorsätzen verschiedener Typen durch. Diese Tests wurden gemäß IEC 61467:2008 durchgeführt. Dieser von Robert Jech beigesteuerte Überblick zeigt nicht nur die häufigsten Fehlermodi für verschiedene Arten von Isolatorsätzen auf, sondern hebt auch ein potenzielles Problem bei der aktuellen Definition von IEC 61467:2008 hervor. Dies ist ein Problem, das sich auf den Wert auswirken könnte, den Versorgungsunternehmen aus heutigen Tests ziehen. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse werden den Herstellern von Isolatorsätzen nützliche Informationen darüber liefern, wie sie Strings am besten entwerfen können, um die Chancen auf einen ersten Erfolg bei Tests zu erhöhen und dadurch den Zeit- und Geldaufwand für Neukonstruktionen zu reduzieren. Es kann auch eine Diskussion über die Spezifikation des Standards anregen, um sicherzustellen, dass er den Anforderungen von Herstellern und Versorgungsunternehmen gleichermaßen gerecht wird.
Die Lichtbogenprüfung von Isolatorsätzen wird bei KEMA gemäß der Norm IEC 61467:2008 durchgeführt. Diese Norm gilt für Isolatorstränge oder -sätze aus Keramik, Glas oder Verbundwerkstoffen, die auf Metallmasten oder -türmen montiert und in Wechselstrom-Freileitungen mit einer Nennspannung über 1000 V verwendet werden.
Die Norm definiert Methoden, Parameter, Schaltungen usw. für Lichtbogentests sowohl an Isolatorsätzen als auch an kurzen Strings. Innerhalb der Norm sind unterschiedliche Prüfanordnungen zulässig, und die Auswahl hängt von der endgültigen Anwendung der Isolatorsätze gemäß den Kundenanforderungen ab. Die Testschaltung und -reihe sollte auf der Grundlage von Faktoren wie der Geometrie und dem Typ des Isolators, seiner Position auf der Leitung und dem Typ des Turms ausgewählt werden.
Testanordnungen
Die beabsichtigte Position eines Satzes auf einer Leitung bestimmt, ob er mit einem symmetrischen oder unsymmetrischen Versorgungsstromkreis getestet werden soll, und bestimmt, abhängig von den Leitungsparametern, mit welchem Kurzschlussstrom er beim Testen verwendet werden soll. Wenn der Isolatorsatz in den ersten oder letzten 5 % einer Leitung positioniert wird, sollte er mit einem unsymmetrischen Versorgungskreis getestet werden, während Sätze, die zwischen den 5 %- und 95 %-Punkten der Leitung platziert werden sollen, zum Testen einen symmetrischen Versorgungskreis erfordern. Ebenso benötigen Sets für den „mittleren“ Abschnitt (dh von 24 % bis 76 % der Leitungslänge) nur 20 % des Nennkurzschlussstroms des Netzwerks. Geräte für den Einsatz an Standorten zwischen 5 % und 24 % – oder 76 % und 95 % – benötigen 50 % und Geräte im ersten oder letzten 5 %-Bereich benötigen den vollen Kurzschlussstrom des Netzwerks.
Währenddessen bestimmt der Turmtyp die Wahl eines symmetrischen oder unsymmetrischen Rückleitungskreises während des Tests. Sets, die im mittleren Phasenfenster eines Turms verwendet werden sollen, müssen mit einem symmetrischen Rückstromkreis getestet werden (als Testreihe X bezeichnet). Für äußere Positionen am Turm oder dort, wo es kein zentrales Phasenfenster gibt, wird ein unsymmetrischer Rückstromkreis verwendet (als Testreihe Y bezeichnet). Darüber hinaus hängt die Anzahl der durchzuführenden Tests davon ab, ob der Kunde die Verwendung desselben Satztyps auf der gesamten Linie (in diesem Fall wird die gesamte Testreihe X oder Y durchgeführt) oder nur entlang eines Teils der Linie beabsichtigt. Abb. 1 zeigt eine atypische Testanordnung für einen V--String-Satz mit Verbundisolator. Diese Testanordnung umfasst ausgeglichene Vor- und Rücklaufkreise. Die abgebildete Anordnung simuliert eine Isolatorposition zwischen den 5 %- und 95 %-Punkten der Linie im mittleren Phasenfenster des Turms.
Abhängig von der Art des Isolatorsatzes erfordert die Norm IEC 61467:2008 möglicherweise zusätzlich zum Lichtbogentest auch Verifizierungstests, wobei der Haupttest der mechanische Ausfalllasttest (MFLT) ist. Dies wird an den Isolatoreinheiten durchgeführt, um sicherzustellen, dass sie den mechanischen Kräften standhalten, nachdem ein Lichtbogen angelegt wurde. Isolatorsätze müssen möglicherweise auch einem DPFF-Test (Dry Power Frequency Flashover) unterzogen werden, um sicherzustellen, dass der Isolator bei Spannungen unterhalb der Überschlagsspannung keine Durchschläge erleidet. An den Anschlüssen und Leitern innerhalb des Isolatorsatzes können zusätzliche elektrische Tests durchgeführt werden, um die Widerstandsfähigkeit zu überprüfen.
Statistische Übersicht über Tests
Die Analyse der Ergebnisse von Tests, die über einen Zeitraum von fünf -Jahren an 162 Isolatorsätzen durchgeführt wurden, ist unten dargestellt:
Arten von Isolatorsätzen und Komponenten
Je nach Einsatzzweck gibt es Isoliersets in verschiedenen Ausführungen und Isoliermaterialien. Die während des Fünfjahreszeitraums getesteten Isolatorsätze umfassten:
• 92 Aufhängungssets
• 49 Spannsätze
• 17 „V“-Saiten
• 4 Querarmisolatoren
Bezüglich des verwendeten Isoliermaterials und des Isolatordesigns umfassten die getesteten Isolatorsätze:
• 81 Verbundwerkstoff
• 34 Glas, Kappe und Stift
• 12 Glas, Kappe und Stift (kurze Schnur)
• 27 Porzellan, langer Stab
• 8 Porzellan, Kappe und Nadel
Kritische Komponenten
Die obigen Zahlen geben einen Hinweis auf die Qualität der heute erhältlichen Isolatorsätze und den anhaltenden Testbedarf vor der Installation. Vielleicht aufschlussreicher ist jedoch der Einblick in die Hauptversagensarten von Isolatorsätzen. Diese Erkenntnis verdeutlicht Bereiche, denen Hersteller bei der Entwicklung neuer Isolatorsätze besondere Aufmerksamkeit schenken sollten.
Lange-Stab-Isolator-Sets
Bei langen Stangensätzen wurden drei besondere potenzielle Probleme identifiziert. Die Metallteile der Isoliereinheit können bei unsachgemäßer Konstruktion zum Schmelzen neigen. Darüber hinaus kann eine schlechte Konstruktion dazu führen, dass die Schuppen in der Nähe dieser Metallteile brechen. Schließlich kann der Lichtbogen dazu führen, dass Metall aus der Schutzarmatur des Geräts verdampft und so eine Pfützenbildung verursacht.
Verbundisolatorsätze
Der in Verbundisolatoren verwendete Silikonkautschuk weist eine hohe Beständigkeit bei Lichtbogentests auf. Der kritische Punkt bei diesen Sets ist jedoch die Stelle, an der der Glasfaserkern mit den Metallendstücken verbunden ist.
Kappen- und Stiftisolator-Sets (Glas oder Porzellan)
Kappen- und Stiftisolatoren weisen nach Lichtbogentests eine hohe mechanische Beständigkeit auf. Die Hauptprobleme bei diesen Sets sind die Möglichkeit, dass die Schirme brechen, und bei Glassets die Abkühlung der Kappen- und Stifteinheiten
Schutzbeschläge:Last-Lagerbeschlagschutz und Lichtbogenrichtungsbeschläge
Bei Lichtbogenprüfungen sind diese Armaturen mechanisch und thermisch wesentlich stärker beansprucht als bei Kurzschlussprüfungen. Dies muss bei der Auslegung der Schutzarmaturen von Isolatorsätzen aller Art berücksichtigt werden.
Es besteht außerdem die Gefahr, dass Material aus diesen Anschlüssen auf die Isolatoreinheiten schmilzt. Außerdem ist darauf zu achten, dass sich die Schutzbeschläge während des Lichtbogenüberschlags nicht bewegen, was dazu führen kann, dass die Lichtbogenwurzel auf den tragenden Beschlägen aufsitzt.
Schutzbeschläge: Corona-Ringe, Gradierringe
Diese Armaturen sind nicht in erster Linie für Lichtbogenströme vorgesehen, sondern beeinflussen die Position der Lichtbogenwurzel und deren Bewegung. Zu den Risikofaktoren gehören, wie bei anderen Schutzarmaturen auch, das Aufschmelzen von Material auf den Isolatoreinheiten und die Bewegung der Armatur, wodurch sich der Lichtbogenfußpunkt von seiner vorgesehenen Position entfernt. Darüber hinaus können Änderungen an den Konturen dieser Armaturen zu übermäßiger Koronaentladung und Funkstörungen führen.
Verhalten des Lichtbogens während Tests
Die Durchführung der oben beschriebenen Tests bietet die Möglichkeit, das Verhalten von Lichtbögen während des Tests genau zu untersuchen. Es wurden zwei unterschiedliche Grundverhaltensweisen beobachtet. Im ersten Fall verläuft der Lichtbogen zwischen den Schutzarmaturen, die seinen Weg definieren sollen (also den Lichtbogenhörnern, Lichtbogenringen usw.). Dies ist das beabsichtigte Verhalten des Lichtbogens und bedeutet, dass die meiste Belastung durch den Lichtbogen auf die Schutzarmaturen und Isolatorsätze ausgeübt wird und nur begrenzte Auswirkungen auf das Isolatormaterial selbst hat. Entscheidend ist, dass dieses Verhalten nur geringe Auswirkungen auf den Turm und die Leiter hat.
Ein zweites Verhalten kann jedoch auftreten, wenn sich der Lichtbogen entlang des Leitungsleiters oder des Masts bewegt. In diesem Fall ist die Auswirkung auf den Isolatorsatz viel geringer und die Belastung der Schutzarmaturen und Isolatoreinheiten deutlich geringer. Die negativen Auswirkungen auf den Mast oder Leiter, der den Lichtbogen trägt, sind jedoch weitaus größer.
Derzeit legt IEC61467:2008 das Verhalten des Lichtbogens während der Prüfung nicht fest. Es wird in der Regel auch nicht in den Ausschreibungsunterlagen für Netzinstallations- oder -modernisierungsprojekte angegeben. Dies könnte ein echtes Problem für Versorgungsunternehmen und Hersteller von Isoliersätzen darstellen. Wenn die Konstruktion des Isolatorsatzes dazu führt, dass sich der Lichtbogen auf die zweite der beiden oben beschriebenen Arten verhält, besteht die Wahrscheinlichkeit, dass der Isolatorsatz den Leistungslichtbogentest besteht, da der Lichtbogen nicht in der Nähe des Isolators ist und ihn daher nicht beschädigen kann. Wenn ein solches Gerät jedoch vor Ort verwendet wird, können sich eventuell auftretende Lichtbögen entlang des Masts oder des Leitungsleiters ausbreiten und Schäden verursachen. Darüber hinaus wären Schäden an diesen Komponenten teurer zu reparieren und würden zu längeren Ausfällen führen.
Zusammenfassung
Durch statistische Untersuchungen der Ergebnisse von Lichtbogentests konnten die kritischen Punkte verschiedener Arten von Isolatorsätzen identifiziert werden. Dies bietet Herstellern wertvolle Erkenntnisse bei der Entwicklung neuer Isolatorsätze.
Darüber hinaus haben die aus diesen Tests gewonnenen Erfahrungen ein potenzielles Problem mit der Norm IEC 61467:2008 in ihrer heutigen Fassung aufgezeigt. Da die Norm das Verhalten des Lichtbogens während der Prüfung nicht spezifiziert, könnte sie dazu führen, dass potenziell gefährliche Isolatorsätze die Prüfung bestehen. Dies könnte den Versorgungsunternehmen ein falsches Gefühl der Sicherheit in Bezug auf die von ihnen gekauften Isoliersätze vermitteln. Um sicherzustellen, dass die Norm den Anforderungen von Versorgungsunternehmen, Anbietern von Isoliermaterial und Herstellern von Isolierarmaturen entspricht, sollte dieses Problem angegangen werden. Zu diesem Zweck sollte das Lichtbogenverhalten während der Prüfung entweder durch eine Aktualisierung auf IEC61467:2008 oder routinemäßig in Ausschreibungsunterlagen von Versorgungsunternehmen spezifiziert werden. Der letztgenannte Weg würde erfordern, dass alle Versorgungsunternehmen sich dieser Problematik stärker bewusst werden.
https://www.inmr.com/power-arc-testing-isolator-sets/