ASTM D1868-20 Standardprüfverfahren zur Erkennung und Messung von Teilentladungsimpulsen (Koronaimpulsen) bei der Bewertung von Isolationssystemen

Der von der American Society for Testing and Materials (ASTM) entwickelte Standard „ASTM D1868-20 Standardtestverfahren zur Erkennung und Messung von Teilentladungsimpulsen (Korona) bei der Bewertung von Isolationssystemen“ beschreibt ein Testverfahren zum Erkennen und Messen von Teilentladungsimpulsen (Korona) an den Anschlüssen eines Isolationssystems unter einer angelegten Testspannung und zum Bestimmen der Beginn- und Endespannungen der Teilentladung (Korona) beim Erhöhen und Verringern der Testspannung. Diese Testmethode ist auch nützlich, um Größen wie scheinbare Last und Impulswiederholrate sowie integrierte Größen wie Durchschnittsstrom, quadratisches Verhältnis und Leistung zu bestimmen. Dieses Prüfverfahren eignet sich zum Prüfen von Spannungen mit Frequenzen von Null (Gleichspannung) bis etwa 2000 Hz.

Dieses Prüfverfahren ist direkt auf ein einfaches Isolationssystem anwendbar, das als Zweipolkondensator dargestellt werden kann. Dieses Prüfverfahren lässt sich auch auf Isolationssysteme (mit verteilten Kennwerten) wie beispielsweise Hochspannungskabel anwenden. Bei derartigen Systemen muss auf die Phänomene der Dämpfung und Reflexion geachtet werden.

Für die Zwecke dieser Norm gelten die folgenden Bereiche und Definitionen:

• Unter Ionisierung versteht man den Vorgang, bei dem Elektronen aus neutralen Molekülen oder Atomen verloren gehen oder auf diese übertragen werden, wodurch positiv oder negativ geladene Teilchen entstehen.
• Unter Teilentladung (Korona) versteht man eine elektrische Entladung, die die Isolierung zwischen Leitern nur teilweise überbrückt. Diese elektrische Entladung, die durch den vorübergehenden Gasionisationsprozess gesteuert wird, kann die Form eines Funkens mit einem schmalen Entladungskanal oder eines diffusen Glühens mit einem erweiterten oder deutlich erweiterten Entladungskanal annehmen. Teilentladungen treten in gasgefüllten Räumen auf, die von Isoliersystemen umschlossen sind, und werden ausgelöst, wenn sich die Spannung in den Räumen um einen Wert ändert, der ihrer Durchbruchspannung entspricht.
• Koronaen sind Teilentladungen, die in Gasen in der Nähe eines Leiters auftreten. Dieser Begriff wird auch allgemein für Teilentladungen verwendet.
• Kontinuierliche Teilentladungen (kontinuierliche Korona) sind Entladungen, die in relativ regelmäßigen Abständen wiederkehren. Beispielsweise etwa jede Periode einer Wechselspannung oder mindestens einmal pro Minute bei angelegter Gleichspannung.
• Die Teilentladungs-(Korona-)Einsatzspannung ist die niedrigste Spannung, bei der anhaltende Teilentladungen über einer bestimmten Größe (die den zulässigen Grenzwert für Hintergrundrauschen definieren kann) auftreten, wenn die angelegte Spannung allmählich erhöht wird. Viele Test- und Probenparameter können diesen Wert beeinflussen und in einigen Fällen kann es schwierig sein, die Wiederholbarkeit zu erreichen.
• Die Teilentladungslöschspannung (Koronalöschspannung) ist die höchste Spannung, bei der keine Teilentladungen über einer bestimmten Größe mehr auftreten, wenn die angelegte Spannung allmählich über die Anfangsspannung hinaus verringert wird. Viele Test- und Probenparameter können diesen Wert beeinflussen und in einigen Fällen kann es schwierig sein, die Wiederholbarkeit zu erreichen.
• Die Teilentladungsstoßspannung ist die Klemmenstoßspannung, die aus einer Teilentladung resultiert, dargestellt als eine Spannungsquelle, die plötzlich in Reihe mit der Kapazität des zu prüfenden Isolationssystems angelegt und unter Leerlaufbedingungen an den Klemmen des Systems erfasst wird. Form, Anstiegszeit und Stärke der Spannung des Teilentladungsimpulses hängen von der Geometrie des Hohlraums, seiner Größe, der Beschaffenheit seiner Grenzen, der Art des Gases und dem darin herrschenden Druck sowie den Parametern des Übertragungsmediums zwischen dem Entladungsfeld und dem Teilentladungsimpulsdetektor ab. Die Teilentladungsimpulse der Funkenentladung haben im Vergleich zu denen der Glühentladung deutlich kürzere Anstiegszeiten.
• Der Betrag der Teilentladung (Koronaladung an den Anschlüssen) ist die Stärke der einzelnen Entladung in einem Isolationssystem und wird als Ladungsübertragung ausgedrückt, die an den Anschlüssen des Systems gemessen wird. Die gemessene Ladung ist im Allgemeinen nicht gleich der am Entladungsort übertragenen Ladung und steht in einer Beziehung zur Entladungsenergie. Bei einer kleinen Probe, die als einfacher konzentrierter Kondensator behandelt werden kann, ist sie gleich dem Produkt aus der Kapazität des Isolationssystems und der Teilentladungsimpulsspannung.
• Der Pegel der Teilentladung (Korona) ist die Stärke der größten Stromentladung, die bei der Beobachtung kontinuierlicher Entladungen auftritt.
• Der durchschnittliche Entladungsstrom (Koronastrom) ist der Wert, der sich ergibt, wenn man die Summe der absoluten Größen der einzelnen Entladungen in einem bestimmten Zeitintervall durch dieses Zeitintervall dividiert.
• Das quadrierte Verhältnis ist die Summe der Quadrate der einzelnen Abflussmengen in einem bestimmten Zeitintervall geteilt durch dieses Zeitintervall.
• Teilentladungsenergie (Koronaenergie) ist die Energie, die der Prüfspannungsquelle durch eine einzelne Entladung entzogen wird.
• Der Leistungsverlust durch Teilentladungen (Korona) wird ermittelt, indem die Summe der aus der Prüfspannungsquelle entnommenen Energien durch die einzelnen Entladungen, die in einem bestimmten Zeitraum auftreten, durch diesen Zeitraum geteilt wird.
• Der scheinbare Leistungsverlust durch Teilentladung ist die Summe aller Koronaimpulsamplituden über die Zeitspanne multipliziert mit der Thermistorprüfspannung.
• Die Teilentladungsimpulsrate (Koronaimpulsrate) ist die durchschnittliche Anzahl der Entladungsimpulse, die pro Sekunde oder einem anderen angegebenen Zeitintervall auftreten. Die Anzahl der Impulse kann auf Impulse über einem vorgegebenen Schwellenwert oder auf Impulse zwischen festgelegten unteren und oberen Schwellenwerten begrenzt werden.
• Ein Teilentladungsimpuls ist ein Spannungs- oder Stromimpuls, der infolge einer Teilentladung an einer bestimmten Stelle im Stromkreis auftritt.

Während der Prüfung wird das Isolationssystem einer Probe in einem Prüfkreis von einer Hochspannungsquelle mit Strom versorgt. Eine Teilentladung (Korona) in der Probe verursacht einen plötzlichen Ladungstransfer und Spannungsimpuls an den Probenanschlüssen. Ein an die Anschlüsse angeschlossenes Messgerät ist kalibriert und reagiert auf den Spannungsimpuls hinsichtlich der an den Anschlüssen übertragenen Ladung.

Das Vorhandensein von Teilentladungen (Korona) bei Betriebsspannung in einem Isolationssystem kann zu einer erheblichen Verkürzung der Lebensdauer des Isolationsmaterials führen. Einige Materialien sind für diese Art von Entladungsschäden anfälliger als andere.

Das Vorhandensein von Teilentladungen (Korona) in einer scheinbar festen Isolierung ist ein möglicher Hinweis auf das Vorhandensein innerer Hohlräume. Teilentladungstests sind bei der Konstruktion und Prüfung von geformten, laminierten und zusammengesetzten Isolierungen sowie von Proben in Form von Kabeln, Kondensatoren, Transformatoren, Durchführungen, Statorstäben und rotierenden Maschinen nützlich.

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