Vergleich der vier wichtigsten Technologien zur Teilentladungserkennung: Detaillierte Analyse der Prinzipien, Vorteile und Anwendungen

Im Bereich der Sicherheitswartung von Hochspannungsgeräten spielt die Teilentladungserkennung (TE-Erkennung) als Frühwarnsystem eine entscheidende Rolle. Da globale Stromnetze eine höhere Zuverlässigkeit für wichtige Anlagen wie Transformatoren und Reaktoren erfordern, ist die Beherrschung präziser und effizienter TE-Erkennungstechnologien zum Branchenkonsens geworden. Dieser Leitfaden bietet eine detaillierte Analyse der vier gängigen internationalen Erkennungsmethoden: Impulsstrommethode (IEC 60270-Standard), Ultraschallmethode (akustische Emission), Ultrahochfrequenzmethode (UHF) und Transiente-Erdspannung-Methode (TEV) und unterstützt Sie bei der Entwicklung einer wissenschaftlich fundierten Strategie zur Geräteintegritätsüberwachung.

Inhalt

1. Impulsstrommethode (IEC 60270 Standardmethode) – Der Goldstandard als Referenz

●Kernprinzip: Elektromagnetische Induktion zur quantitativen Erfassung
 Die Pulsstrommethode entspricht der IEC 60270                         internationaler Standard und ist der Maßstab für PD   Quantifizierung. Diese Methode erkennt transiente Stromimpulse  durch Teilentladungen, indem eine Präzisions-Erkennungsimpedanz (Zm) in Reihe mit dem Erdungskabel oder dem Kopplungskondensator (Ck) des Geräts geschaltet wird. Wenn innerhalb der Isolierung eine Entladung auftritt, erzeugt eine schnelle Ladungsmigration eine plötzliche Stromänderung (di/dt).●Gemäß Faradays Gesetz der elektromagnetischen Induktion:

V(t) = M × di/dt

Dabei ist V(t) die Übergangsspannung über der Erfassungsimpedanz und M der gegenseitige Induktivitätskoeffizient des Messkreises.

Mithilfe eines Hochgeschwindigkeitserfassungssystems zur Aufzeichnung der V(t)-Wellenform kann die scheinbare Ladung (Q) präzise berechnet werden:

Q = ∫i(t)dt ≈ (1/R) × ∫V(t)dt

wobei R die Widerstandskomponente der Detektionsimpedanz ist

Detaillierte Analyse der Vorteile und Einschränkungen

2. Ultraschallmethode (akustische Emission) – Der Experte für die Ortung mechanischer Wellen

●Kernprinzip: Verfolgung der Ausbreitungswege akustischer Wellen
Teilentladungen erzeugen Mikroexplosionen und damit mechanische Schwingungen (20 kHz–300 kHz). Piezoelektrische Sensoren auf der Geräteoberfläche erfassen diese Signale. Das System nutzt die Time of Flight Difference (TOFD) zur 3D-Lokalisierung:

∆t = (d1 - d2)/v

 Dabei ist v die Wellengeschwindigkeit im Medium (~1400m/s in Öl, ~2400 m/s in Epoxidharz)

∆t ist die Ankunftszeitdifferenz zwischen den Sensoren.

Detaillierte Analyse der Vorteile und Einschränkungen

3. Ultrahochfrequenz (UHF)-Methode – Die elektromagnetische Welle „Röntgen“

●Kernprinzip: Erfassung elektromagnetischer Strahlung im GHz-Band Impulse

PD erzeugt steile Stromimpulse (Anstiegszeit <1ns),                sendet elektromagnetische Wellen im Frequenzbereich von 300 MHz bis 3 GHz aus. Eingebaute UHF-Sensoren (z. B. archimedische Spiralantennen) in Geräten (z. B. Transformatortanks, GIS-Kammern) erfassen diese Signale.

Detaillierte Analyse der Vorteile und Einschränkungen

4. Transiente Erdspannung (TEV)-Methode – Die schnelle externe Diagnoselösung

●Kernprinzip: Elektromagnetische Kopplung an Metallschnittstellen
PD in der Nähe geerdeter Abschirmungen induzieren nanosekundäre Transientenspannungen auf Metalloberflächen. Kapazitive Sonden erfassen diese transienten Erdspannungen (typischerweise <1 V):

V_tev = k × (dQ/dt) × Z_c

      Dabei ist k der Kopplungskoeffizient

 Z_c ist die Oberflächenwellenimpedanz (80-150Ω).

Detaillierte Analyse der Vorteile und Einschränkungen

Technologie-Entscheidungsmatrix: Schlüsselfaktoren für die Anwendungsanpassung

Zusammenfassend

Globale Best Practices (z. B. CIGRE WG D1.37) zeigen, dass Einzelmethodenlösungen bei komplexen Szenarien Schwierigkeiten haben. Führende Systeme setzen mittlerweile auf multimodale Datenfusion:

Impulsstrom + UHF:Kombiniert Quantifizierung und Störfestigkeit (z. B. ABB Guardus).

Ultraschall + TEV:Ermöglicht eine schnelle PD-Lokalisierung von Schaltanlagen (z. B. Omron PD-TEV).

KI-gesteuerte Diagnostik:Verwendet IEEE Std C57.104 und maschinelles Lernen (z. B. PSO-SVM-Modelle).

PG&E (USA) berichtete, dass die UHF-Ultraschallfusion die Warnzeiten bei Transformatorfehlern um 37 Tage verlängerte und die Kosten um 52 % senkte.

Mit der Standardisierung nach IEC 62478 (UHF) und KI-Fortschritten in der TE-Mustererkennung entwickelt sich das Feld hin zu höherer Präzision und intelligenterer Diagnostik. Verfolgen Sie die Updates der IEEE Dielectrics and Electrical Insulation Society, um über die neuesten Trends informiert zu sein.

Die globale Netzstabilität beginnt mit der präzisen Erkennung mikroskopischer Entladungen. Wenn diese vier Technologien ein Diagnosenetzwerk bilden, bestimmt jeder erfasste Impuls und jede analysierte Schallwelle die Zukunft der elektrischen Zuverlässigkeit – und lässt keinen Raum für unerwartete Ausfälle.

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