Einführung
Elektrische Durchführungen sind entscheidende Bauteile für zahlreiche elektrische Geräte wie Leistungstransformatoren, Shunt-Reaktoren, Leistungsschalter und Kondensatoren. Diese scheinbar einfachen Geräte übernehmen die kritische Aufgabe, elektrischen Strom bei hoher Spannung durch Gehäuse von Geräten zu leiten. Sie erfüllen diese Aufgabe, indem sie eine isolierende Barriere zwischen dem stromführenden Leiter und dem metallischen (leitenden) Gehäuse des elektrischen Apparats (der auf Erdpotential ist) bereitstellen.
Leistungstransformator Durchführungen hervorgehoben
Klassifizierung und Konstruktion
Elektrische Durchführungen lassen sich grob in zwei Hauptkategorien einteilen, basierend auf ihrer Bauweise und Montage:
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Wie elektrische Durchführungen funktionieren
Das folgende Video ist ein Auszug aus unserem Online-Kurs zu elektrischen Durchführungen.
Massiv-Typ-Durchführungen
Eine Massiv Typ-Durchführung besteht aus einem zentralen leitenden Stab, der üblicherweise aus Kupfer oder Aluminium gefertigt ist und von einem Isolator umgeben ist. Der umgebende Isolator kann aus Porzellan oder Verbundharz-Silikonkautschuk hergestellt sein.
Während der traditionelle Porzellanisolator mechanische Stabilität und eine lange Lebensdauer bietet, wird der Einsatz von Silikonkautschuk aufgrund seiner geringeren Kosten, einfachen Handhabung und seiner Oberflächenhydrophobie (die das Risiko von verschmutzungsbedingten Überschlägen verringert) immer beliebter. Aufgrund von Einschränkungen der dielektrischen Festigkeit ist der Einsatz von Massiv-Typ-Durchführungen auf Systemspannungen von 72 kV und darunter beschränkt.
Kondensator-Durchführungen
Bei höheren Systemspannungen werden Kondensator-Durchführungen verwendet. Im Vergleich zu Massiv-Typ-Durchführungen sind Kondensator-Durchführungen relativ komplex in ihrer Konstruktion. Um mit den hohen elektrischen Feldspannungen bei hoher Spannung umzugehen, bestehen Kondensator-Durchführungen aus einem inneren kapazitätsgraduierten isolierten Kern, der zwischen dem zentralen stromführenden Rohr und dem äußeren Isolator eingebettet ist.
Der Kondensatorkern besteht aus koaxialen Schichten von elektrischer Kraftpapier und leitenden Folieneinsätzen unterschiedlicher Länge. Folieneinsätze sind in festen radialen Abständen angeordnet, was zur Verteilung und Stabilisierung des elektrischen Feldes über die Durchführungsisolierung beiträgt. Diese leitenden Einsätze imitieren die kapazitiven Elemente (in Reihe geschaltet), die den Hochspannungsleiter der Durchführung mit der Erde verbinden. Aus diesem Grund werden Kondensator-Durchführungen manchmal auch als kapazitätsgraduierte Durchführungen bezeichnet.
Querschnitt einer Kondensator-Durchführung
Um die dielektrische Festigkeit einer Durchführung weiter zu erhöhen, wird die Kondensatorisolierung mit Mineralöl oder härtbarem Epoxidharz gesättigt; diese beiden Technologien werden als ölgetränktes Papier (OIP) und harzgetränktes Papier (RIP) bezeichnet.
Das Material des äußeren Isolators ist für OIP-Kondensatoren immer Porzellan und für RIP-Kondensatoren Silikonkautschuk, beide dienen demselben Zweck, den Fluss von Leckstrom zu begrenzen und externe Überschläge zu verhindern. OIP-Kondensator-Durchführungen sind auch mit einer federbelasteten Expansionskammer ausgestattet, um Ölvolumenschwankungen (Ausdehnung/Kontraktion) aufgrund von Temperaturschwankungen auszugleichen (ein Ausgleichsbehälter an einem Leistungstransformator erfüllt einen ähnlichen Zweck).
Ölgetränkte Kondensator-Durchführung
Kondensator-Durchführungsflansche sind mit einem Prüfanschluss ausgestattet (mehr dazu unten) und bieten zusätzlichen Platz für die Installation eines ringförmigen Stromwandlers (CT). Interne Anschlussklemmen sind mit Spannungsschirmen ausgestattet, um hohe Spannungsbelastungen im ölgefüllten Gehäuse zu begrenzen.
Zustandsbewertung
Der Prüfanschluss ist mit der äußersten Kondensatorfolie verbunden und wird verwendet, um zwei wichtige Benchmark-Messungen durchzuführen. Diese Messungen sind Kapazität (C) und Verlustfaktor (tanδ); beide Tests werden verwendet, um den Isolationszustand einer Durchführung zu bestimmen.
Jede Erhöhung der C- und/oder tanδ-Werte weist auf eine Verschlechterung der Isolierung, Feuchtigkeitseintritt und/oder Kurzschluss der Kondensatorfolien hin. Isolationswiderstand Tests, Teilentladungsmessungen und thermografische Inspektionen sind ebenfalls nützliche Hilfsmittel bei der Bewertung des Zustands einer Durchführung.
Anwendungen
In der Energietechnikindustrie sind die häufigsten Anwendungen für Durchführungen:
- Luft-zu-Öl – verwendet in Außenanlagen luftisolierter Umspannwerke (AIS), wie Transformatoren und Shunt-Reaktoren etc.
- Luft-zu-Gas – verwendet in gasisolierten Umspannwerken (GIS) und SF6-Leistungsschaltern.
- Luft-zu-Luft – verwendet für Außen-zu-Innen-Verbindungen, z.B. Wanddurchführungen.
Installation einer Transformator-Luft-zu-Öl-Kondensator-Durchführung
Konstruktionsanforderungen
Das Design jeder Art von elektrischer Durchführung berücksichtigt die folgenden Anforderungen und Aspekte:
- Der zentrale Leiter einer Durchführung sollte in der Lage sein, die erwartete Last oder Fehlerströme zu tragen, ohne die umgebende Isolierung zu überhitzen (was zu einem abnormalen Lebensdauerverlust führen kann).
- Für jeden gegebenen Transformator muss der leitende Stab einer Niederspannungs (LV) Durchführung einen höheren Strom tragen als sein Hochspannungs (HV) Gegenstück. Folglich ist der leitende Stab einer LV-Durchführung immer dicker (hat einen größeren Durchmesser) als sein HV-Gegenstück.
- Die interne Isolierung einer Durchführung muss in der Lage sein, die nominalen Betriebs- und gelegentlichen transienten elektrischen Feldspannungen auszuhalten, die darauf einwirken. Diese Spannungen entstehen durch die Potentialunterschiede zwischen dem stromführenden Leiter und der geerdeten äußeren Umgebung. Die interne Isolierung einer Durchführung sollte auch die Entstehung von Teilentladungen (PD) begrenzen, die eine fortschreitende Verschlechterung der Isolierung verursachen können.
- Die externe Isolierung einer Durchführung sollte ausreichende Trockenlichtbogenabstände bieten, um Blitzschläge und Schaltimpulse auszuhalten. Die externe Isolierung sollte auch ausreichende Kriechstrecken (Leckstrecken) bieten, um einen übermäßigen Fluss von Leckstrom zu verhindern; Leckstrom kann durch eine Kombination aus Verschmutzungsansammlung (Schmutz, Sand, Salz etc.) und/oder Umgebungsfeuchtigkeit entstehen.
Durchführung Trockenlichtbogen- und Kriechstrecke
- Die Kragarmfestigkeit einer Durchführung sollte hoch genug sein, um die erwarteten mechanischen Belastungen zu bewältigen, die während seismischer und Kurzschlussereignisse auf die Durchführung einwirken.
- Das Design und die Konstruktion einer Durchführung sollten robust genug sein, um den Strapazen des Transports, der Handhabung und der Installation standzuhalten.
Zusätzliche Ressourcen
https://en.wikipedia.org/wiki/Bushing_(electrical)
https://electrical-engineering-portal.com/purpose-and-maintenance-of-transformer-bushings