Wie erkennt man beschädigte Kabelisolierung?

—Ein Leitfaden zur Vermeidung von Wicklungskurzschlüssen

Wicklungskurzschlüsse in Transformatoren und Drosselspulen sind eine häufige Ursache für Geräteausfälle, und beschädigte Isolierung ist oft ein Vorbote solcher Fehler. Die effektive Erkennung von Isolierungsschäden und die Umsetzung vorbeugender Maßnahmen sind entscheidend für die Instandhaltung elektrischer Anlagen. Dieser Artikel bietet einen detaillierten Leitfaden zu Methoden der Isolierungsschadenserkennung, vorbeugenden Maßnahmen und internationalen Normen, um Ihnen zu helfen, das Risiko von Wicklungskurzschlüssen zu reduzieren und die Lebensdauer Ihrer Geräte zu verlängern.

Inhalt

1. Warum führt eine beschädigte Drahtisolierung zu Wicklungskurzschlüssen?

Transformatorwicklungen bestehen aus leitfähigen Materialien (wie Kupfer oder Aluminium) und sind mit einer Isolierung ummantelt, um Kurzschlüsse zwischen den Windungen oder Lagen zu verhindern. Gängige Isoliermaterialien sind Nomex®-Papier, Epoxidharz oder Polyimidfolie, die hohe Temperaturbeständigkeit, chemische Korrosionsbeständigkeit und hohe Durchschlagsfestigkeit bieten.

Bei beschädigter Isolierung können freiliegende Leiter folgende Probleme verursachen:

(1)Teilentladungs ​​(PD): Unter dem Einfluss hoher elektrischer Felder kommt es an Stellen mit schwacher Isolation zu Ionisation, was im Laufe der Zeit zu einer weiteren Verschlechterung der Isolation führt.

(2)Kurzschlüsse zwischen den Windungen: Durch direkten Kontakt zwischen benachbarten Leitern aufgrund eines Isolationsfehlers entsteht eine niederohmige Schleife, die zu lokaler Überhitzung oder sogar zum Durchbrennen führen kann.

(3)Erdschlüsse: Wenn Leiter mit dem Kern oder dem Gehäuse in Kontakt kommen, können Erdschlüsse auftreten, die zum Abschalten der Geräte führen.

Daher ist eine regelmäßige Überprüfung des Isolationszustands unerlässlich.

2. Wie erkennt man beschädigte Kabelisolierung?

● Sichtprüfung

(1)Anwendbares Szenario: Bei Stromausfällen der Geräte.

(2)Anleitung:

- Verwenden Sie hochintensive Lichtquellen und Vergrößerungsgläser, um die Wicklungsoberfläche auf Risse, Abplatzungen oder Verfärbungen zu überprüfen.

- Prüfen Sie das Isolierpapier bzw. die Isolierfolie auf mechanische Beschädigungen (z. B. Kratzer, Knicke).

(3)Vorteile: Einfach, intuitiv und kostengünstig.

(4)Einschränkungen: Erkennt nur sichtbare äußere Schäden; innere Defekte bleiben unentdeckt.

● Isolationswiderstandsprüfung (IR-Prüfung)

(1)Standards:IEC 60076 / IEEE 43

(2)Anleitung: Legen Sie eine Gleichspannung von 500 V oder 1000 V zwischen die Wicklung und Masse an und messen Sie den Isolationswiderstand (Einheit: MΩ) mit einem Megohmmeter (Megger).

(3) Abnormale Indikatoren:

-Ein Isolationswiderstand unterhalb der Normwerte oder ein Abfall von mehr als 50 % gegenüber historischen Daten deutet auf eine Verschlechterung hin.

-Ein Absorptionsverhältnis (60s/15s Widerstand) <1.3 deutet auf Feuchtigkeitseintritt oder lokale Beschädigung hin.

● Teilentladungserkennung

(1)Prinzip: Mikroentladungen an Isolationsbeschädigungsstellen emittieren hochfrequente elektromagnetische Wellen und Ultraschallsignale.

(2)Ausrüstung:

-Hochfrequenz-Stromwandler (HFCT)

-Ultraschallsensor (AE-Sensor)

(3)Standard:IEC 60270 (Anforderungen an die Teilentladungsprüfung)

(4) Beurteilungskriterien:

-Teilentladungsgröße <10 pC (neue Geräte)

-PD-Größe >100 pC (potenziell schwere Defekte)

(5) Vorteile:Ermöglicht Online-Überwachung und präzise Fehlerortung.

● Frequenzbereichsspektroskopie (FDS)

(1)Prinzip:Misst die dielektrische Reaktion von Isoliermaterialien über den Frequenzbereich (0.001 Hz bis 1 kHz), um die Alterung zu beurteilen.

(2)Formel:

   Kennzahlen:

tanδ: Dielektrischer Verlustfaktor

ε'': Verlustdielektrizitätskonstante

ε': Speicherdielektrizitätskonstante

(3)Interpretation:

- Ein mit der Frequenz ansteigender tanδ-Wert deutet auf Feuchtigkeit oder Zersetzung hin.

- Eine Abweichung von mehr als 20 % von den Ausgangsdaten erfordert eine genauere Überprüfung.

3. Wie kann man Isolierungsschäden vorbeugen?

● Materialauswahl: Verwenden Sie hochstabile Isoliermaterialien

Die wichtigste Präventivmaßnahme ist die Auswahl von Hochleistungsisolationsmaterialien, die internationalen Normen entsprechen. Hochwertige Materialien wie DuPont Nomex® Aramidpapier (bis 220 °C) und Polyimidfolie (bis >300 °C) sind beständig gegen thermische und chemische Zersetzung und verzögern so die Alterung der Isolierung. Diese Materialien sollten die Zertifizierungen UL 1446 und IEC 60505 erfüllen. In rauen Umgebungen (z. B. Offshore-Windkraftanlagen) kann eine mit Fluorkautschuk beschichtete Isolierung Korrosion durch Salzsprühnebel verhindern.

● Temperaturregelung: Optimierung der Kühlung und Echtzeitüberwachung

Die Kontrolle der Betriebstemperaturen ist entscheidend, um thermische Alterung zu verhindern. Gemäß dem Arrhenius-Gesetz beschleunigt sich die Verschlechterung der Isolierung exponentiell mit steigender Temperatur. Zum Beispiel:

(1)Öltransformatoren: Öltemperatur am oberen Ende ≤95°C (IEEE C57.91).

(2)Trockentransformatoren: Wicklungstemperatur ≤155°C (IEC 60076-11).

Maßnahmen:

(1)Installieren Sie PT100- oder faseroptische Temperatursensoren zur Echtzeit-Überwachung von Hotspots.

(2)Verbessern Sie die Kühlsysteme (z. B. durch Ölumlaufkühlung oder Luftkühlung).

(3)Reinigen Sie die Heizkörper regelmäßig, um ihre Effizienz zu erhalten.

(4)Bei überlastungsgefährdeten Transformatoren sollten intelligente thermische Systeme mit Vorhersagemodellen eingesetzt werden.

● Mechanischer Schutz: Minimierung von Belastungs- und Vibrationsschäden

Mechanische Belastungen – etwa durch Kurzschlüsse oder Transport – können die Isolierung beschädigen. Zu den Gegenmaßnahmen gehören:

(1)Strukturiertes Design: Um elektromagnetischen Kräften standzuhalten, verwenden Sie mit Epoxidharz imprägnierte Glasfaser-Abstandshalter und axiale Klemmen (IEC 60076-5).

(2)Prozessoptimierung: Durch Anwendung von Vakuumdruckimprägnierung (VPI) lässt sich die mechanische Festigkeit um 30 % steigern (gemäß IEC 61378).

(3)Transport/Installation: Um Resonanzschäden zu vermeiden, sollten Vibrationsbeschleunigungsmesser (Schwellenwert <3 g) und Stoßdämpfungspads verwendet werden.

● Technologieintegration und Einhaltung von Standards

(1)Material-Temperatur-Synergie: Hohe Temperaturen verringern die mechanische Festigkeit; daher müssen hitzebeständige Materialien mit Kühlmaßnahmen kombiniert werden.

(2)Quantitative Standards:Kurzschlussfestigkeitsprüfungen (IEC 60076-5) erfordern, dass nach dem Fehler keine sichtbare Verformung auftritt.

(3)Intelligente Überwachung: Die IoT-basierte Multiparameteranalyse (Vibration + Temperatur + Teilentladung) ermöglicht Frühwarnungen.

Durch diesen mehrschichtigen Ansatz lassen sich Isolierungsschäden systematisch verhindern, wodurch die Lebensdauer der Geräte um mehr als 10 Jahre verlängert wird.

Internationale Standards und Best Practices

Zusammenfassend

Zur Erkennung von Isolationsschäden ist eine Kombination verschiedener Methoden erforderlich – von Sichtprüfungen bis hin zur Teilentladungsmessung –, um ein umfassendes Risiko abzudecken. Präventive Maßnahmen wie hochwertige Materialien, Temperaturkontrolle und mechanischer Schutz sind ebenso wichtig. Die Einhaltung der IEC- und IEEE-Normen maximiert Zuverlässigkeit und Lebensdauer.

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