Was sind Teilentladungstests?

Die Betriebskosten sind hoch, Ausfälle haben fast immer katastrophale Folgen. Auch bei alternden Systemen wird auf hohem Spannungsniveau gearbeitet – dies verkürzt Lebensdauer und Zuverlässigkeit erheblich.

Neue Wege für Betreiber elektrischer Infrastrukturen

Moderne Asset Manager stehen vor der Herausforderung, ihre alternde elektrische Infrastruktur mit weniger qualifiziertem Personal, strengeren Sicherheitsvorgaben und knappen Wartungsbudgets zu betreiben. Fortschritte wie die Teilentladungstests bieten neue Wege zur Steigerung von Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit kritischer elektrischer Anlagen.

Was ist Teilentladung?

Teilentladungen (PD = Partial Discharge) sind winzige elektrische Überschläge innerhalb der Isolierung von Mittel- und Hochspannungsanlagen. Sie entstehen durch elektrische Durchschläge in Lufttaschen oder anderen Schwachstellen im Isoliermaterial und führen langfristig zu dessen Erosion – was letztlich einen Isolationsausfall zur Folge haben kann.

Laut NFPA 70B ist Isolationsversagen die häufigste Ursache elektrischer Ausfälle. Der National Electrical Code (NEC) nennt Teilentladungen als Frühindikator für die Isolationsalterung. Daten des IEEE Gold Book (Tabelle 36) zeigen: Kabel, Schaltanlagen und Transformatoren sind besonders anfällig für Isolationsschäden.

Warum Teilentladungstests?

Seit über 50 Jahren werden Teilentladungstests als Bestandteil vorausschauender Instandhaltung eingesetzt. Die Ergebnisse ermöglichen präzise Aussagen zum Zustand der Isolierung und liefern Entscheidungsgrundlagen für Reparatur- oder Austauschmaßnahmen – noch bevor es zu Ausfällen kommt. Damit lassen sich Investitionen gezielt steuern und die Betriebssicherheit erhöhen.

Typische Prüfobjekte:

• Kabel, Spleiße und Verbindungen
• Leistungstransformatoren und Durchführungen
• Schaltanlagen
• Motoren und Generatoren

Abnahmetests an Neuanlagen

Auch bei neu installierten Geräten sind Teilentladungstests essenziell. Akzeptanztests können:

• Überprüfen Sie die Testdaten des Originalherstellers und identifizieren Sie beschädigte Isolierungen, die durch unsachgemäße Installation, schlechtes Design und/oder schlechte Verarbeitung während oder nach der Installation entstanden sind
• Frühzeitige Ausfälle identifizieren und Basisdaten erfassen, um den Zustand der Vermögenswerte über den gesamten Lebenszyklus der Vermögenswerte zu bestimmen und eine maximale Kapitalrendite zu gewährleisten.

Vertiv-Lösungen im Überblick

Vertiv bietet umfassende Lösungen zur Teilentladungsprüfung – sowohl online (im laufenden Betrieb) als auch offline, die regelmäßig und kontinuierlich von ihrer elektrischen Anlagen überwacht werden. Abhängig von Ihren spezifischen Betriebsanforderungen und Anwendungen kann Vertiv ein Programm an Ihre Bedürfnisse anpassen. Wählen Sie aus den folgenden Lösungen:

• Online-Test zur Teilentladung
• Handheld-Umfrage
• Regelmäßige Teilentladungstests
• Kontinuierliche Online-Überwachung
• Ultraschall
• Offline-Teilentladungstests
• Tan Delta
• Tests mit sehr niedriger Frequenz (VLF)

Online-Teilentladungstests

Online-Tests werden durchgeführt, während das Gerät bei normalen Betriebsspannungen unter Spannung steht. Die Prüfung erfolgt unter realen Betriebsbedingungen, unter typischen Temperaturen, Spannungsspannungen und Vibrationspegeln. Es handelt sich um einen zerstörungsfreien Test, bei dem keine Überspannungen verwendet werden, die sich negativ auf das Gerät auswirken könnten. Online-Tests zur Teilentladung sind im Vergleich zu Offline-Tests, die eine Unterbrechung von Service und Produktion erfordern, relativ kostengünstig. Für kritische Einrichtungen, die rund um die Uhr arbeiten, ist dies die beste Lösung zur Identifizierung des Isolierungszustands.

Vertiv führt regelmäßige Online-Tests mit einem PD Surveyor und einem tragbaren PD-Testgerät mit nichtinvasiven Sensoren durch. Der PD Surveyor ist das erste Mehrzweck-Handgerät, das das erste Vorscreening durchführen kann, um die kritischen Geräte für Tests zu identifizieren. Normalerweise haben nur 5 bis 10 Prozent der Mittel- und Hochspannungsanlagen ein signifikantes Maß an PD-Aktivität. Dieses Pre-Screening liefert die erforderlichen Daten, um einen Gesamttestplan zu entwickeln, um sicherzustellen, dass der Fokus auf die richtigen Vermögenswerte gerichtet ist und unnötige Ausgaben minimiert werden. Das Vorscreening bietet auch eine Sicherheitsprüfung vor dem Öffnen der Panels oder der Durchführung von Arbeiten.

Sobald die Anlagen priorisiert sind, führen die Testingenieure von Vertiv die periodischen PD-Messungen mit nichtinvasiven, kalibrierten PD-Sensoren durch, einschließlich HFCT-Sensoren (High Frequency Current Transformer), TEMV-Sensoren (Transient Earth Voltage) oder luftgetragene Akustiksensoren. Diese Sensoren sind induktiv, kapazitiv oder akustisch mit dem Gerät gekoppelt, um Online-PD-Tests bereitzustellen, während das Gerät eingeschaltet bleibt. Jeder Befestigungspunkt wird nur wenige Minuten lang getestet, sodass eine große Anzahl von Anlagen schnell und einfach getestet werden kann. Die Technologie kann auch konventionelle Offline-Teilentladungsmessungen gemäß den Anforderungen der International Electro Technical Commission (IEC) bereitstellen. Die fortschrittliche Testanwendung von Vertiv erfasst die Teilentladungssignale synchron über den gesamten 60Hz-Stromzyklus, sodass der Testingenieur phasenbezogene Entladungsmuster online und in Echtzeit beobachten kann. Die Analyseanwendung von Vertiv bietet ein automatisches PD-„Kritikalitätsniveau“ basierend auf der Größe und Anzahl der PD-Impulse pro Leistungszyklus. Das PD-Lesegerät verwendet leicht verständliche wissensbasierte Methoden, um PD-Impulsdiskriminierung hinsichtlich der Quelle der Teilentladung (z. B. Kabel, Schaltanlage usw.) bereitzustellen, während elektrische „Rausch“-Impulse automatisch vorsortiert werden. Die Anwendung beinhaltet auch eine automatische HF-Rauschunterdrückungsfunktion.

Permanent montierte Sensoren

Für schwer zugängliche oder sicherheitsbedenkliche Bereiche können Sie fest montierte Sensoren für die regelmäßige Online-PD-Erkennung verwenden. Diese HFCT-Sensoren werden von Vertiv-Ingenieuren installiert und verbleiben für Online-Zugriff und Diagnoseinformationen auf der Ausrüstung. Oft müssen diese Sensoren während eines Ausfalls oder einer Anlagenstillstandszeit installiert werden. Nach der Installation sind keine weiteren Ausfälle oder Störungen für Online-Tests erforderlich.

Regelmäßige Teilentladungstests

Manchmal müssen Sie eine kontinuierliche Überwachung über einen kurzen Zeitraum durchführen. Ein tragbarer PD-Monitor kann zur kontinuierlichen Überwachung von einer Stunde bis zu drei Monaten verwendet werden. Durch die kontinuierliche Überwachung wird Vertiv Ihre Anlagen über einen längeren Zeitraum trendig gestalten, um eine genauere Bewertung und Empfehlung zu liefern. Diese Lösung ist kostengünstiger als die Installation eines permanent montierten PD-Überwachungssystems.

Kontinuierliche Online-Überwachung

Für Ihre wichtigsten Assets, die ein hohes Maß an Teilentladung gezeigt haben, einschließlich derjenigen, die sich dem Ende ihrer Lebensdauer nähern, kann eine kontinuierliche Online-PD-Überwachung die Antwort sein. Messen und analysieren Sie Daten zu Ihren elektrischen Anlagen und bieten Sie Fernzugriff über LAN oder Modem, um kontinuierliche und genaue Daten über den Zustand und die Fähigkeit der Ausrüstung zu liefern. Die kontinuierliche Überwachung wird auch rechtzeitig Warnungen an die Wartung ausgeben und drohende Ausfälle identifizieren, bevor eine ungeplante Abschaltung eintritt.

Ultraschallmessung

Wenn Probleme bei elektrischen Mittel- und Hochspannungsgeräten auftreten, wie z. B. Teilentladung und Corona, erzeugt es Schallwellen, die von Ultraschalltests erkannt werden können. Ultraschalltests werden durchgeführt, ohne den Betrieb von Anlagen oder Einrichtungen zu stören. Sie sind ein zerstörungsfreies, nichtinvasives vorausschauendes Wartungswerkzeug. Da es die Isolationsintegrität aufrechterhält, wird es häufig in Anwendungen wie Kabelabschlüssen, Schaltanlagen, Sammelschienen und Transformatoren eingesetzt. Die Ultraschallmessung ist auf Vergleichsbasis am leistungsfähigsten und kann die Zuverlässigkeit der Teilentladungserkennung bei Verwendung mit anderen Vertiv-Testtechnologien für Teilentladungen erheblich erhöhen.

Offline-Teilentladungstests

Offline-Tests zur Teilentladung bieten einen erheblichen Vorteil gegenüber anderen Technologien, da sie die Reaktion des Kabelsystems auf ein bestimmtes Belastungsniveau messen und seine zukünftige Leistung vorhersagen können, ohne einen Fehler zu verursachen. Offline-Tests sind auch für ihre Fähigkeit bekannt, den genauen Fehlerort an vor Ort gealterten Geräten zu bestimmen, sodass der Asset Manager die Wartung und Reparatur genau planen kann. Die Herausforderung bei Offline-Tests besteht darin, dass die Ausrüstung offline und außer Betrieb genommen werden muss. Offline-Tests werden auch häufig bei Akzeptanztests an neu installierten Kabeln verwendet. Wenn eine Entregung bevorzugt wird, kann Vertiv Offline-Tests als Teil Ihres vorausschauenden Wartungsprogramms durchführen.

Tan-Delta-Tests

Der Verlustfaktor (Tan-Delta) ist eines der leistungsstärksten zerstörungsfreien Offline-Diagnosetools, das zur Überwachung des Zustands der extrudierten Kabelisolierung verwendet wird. Kapazitäts- und Tan-Delta-Werte aus einer neuen Isolierung werden als Richtwerte verwendet. Durch den Vergleich der periodischen Messwerte der Kapazität und des Tan-Delta-Werts Ihres Isoliermaterials mit den Benchmark-Werten können Sie die Verschlechterung der Isolierung messen, die Lebenserwartung vorhersagen und Wartungs- und Reparaturarbeiten planen, bevor ein unerwarteter Ausfall eintritt. Ein wesentlicher Vorteil von Tan-Delta-Tests ist die Fähigkeit, Wasserbäume zu erkennen – eine Hauptquelle für Isolationsfehler bei alten, extrudierten Kabeln. Tan-Delta-Tests können während des Herstellungsprozesses durchgeführt werden. Die Prüfhäufigkeit hängt von der Änderungsrate der Dämmqualität, der Historie vergangener Ausfälle, Umgebungsbedingungen usw. ab. Hohe Mengen an Umgebungsfeuchtigkeit, erhöhte Temperatur und Chemikalien oder Verschmutzung können häufigere Tests erfordern.

Die Testingenieure von Vertiv können Ihnen dabei helfen, Ihre Anforderungen zu bewerten und ein Programm einzurichten, das Ihren Anforderungen am besten entspricht.

VLF-Tests (Very Low Frequency)

VLF AC High Potential (Hipot) Testing wurde Anfang der 1980er Jahre als Ersatz für DC Hipot Testing entwickelt. DC-Hipot-Tests sind aufgrund ihrer zerstörerischen Beschaffenheit und der Unfähigkeit, die Isolationsqualität zu bestimmen, keine akzeptable Prüfmethode mehr für vor Ort gealterte extrudierte Kabel. Obwohl die Prüfung auf sehr niedrige Frequenzen (VLF) hauptsächlich zur Durchführung von Hipot- oder Widerstandstests in Kabeln verwendet wird, eignet sie sich auch zum Testen von Transformatoren, Schaltanlagen, rotierenden Maschinen und anderen elektrischen Anlagen. Es wird häufig als Spannungsquelle für Offline-Tests verwendet. Ein VLF-Hipot-Test ist ein Go/No-Go-Test und kein Diagnosetest, aber eine der besten Möglichkeiten, um die AC-Integrität eines elektrischen Assets zu überprüfen, um ein bestandenes oder nicht bestandenes Ergebnis zu bestimmen. Ähnlich wie beim Offline-Teilentladungstest besteht die Herausforderung dieses Tests darin, dass die Ausrüstung außer Betrieb genommen werden muss.

Fazit: Maximale Verfügbarkeit durch Teilentladungstests

Teilentladungstests sind entscheidend für die Zustandsbewertung elektrischer Systeme und leisten einen wesentlichen Beitrag zur Sicherstellung maximaler Betriebszeit. Darüber hinaus erhalten Asset-Manager die kritischen Informationen, um Wartungsressourcen auf die Bereiche auszurichten, die die größte Aufmerksamkeit erfordern. Abhängig von Ihren spezifischen Betriebsanforderungen und Anwendungen kann Vertiv Sie dabei unterstützen, die richtige Kombination von Technologie zu entwickeln und zu implementieren, ob online oder offline, um Ihre Wartungsanforderungen zu erfüllen. Arbeiten Sie mit Vertiv-Experten zusammen, um die betriebliche Effizienz und die Sicherheit der Mitarbeiter zu verbessern.

Arbeiten Sie mit Vertiv-Experten zusammen, um Effizienz und Sicherheit in Ihrer elektrischen Infrastruktur nachhaltig zu verbessern.