Was Ingenieure über die Technik der Oberflächenabschirmung falsch verstehen

Was Ingenieure über die Technik der Oberflächenabschirmung falsch verstehen
Vakuum-Leistungsschalter mit fester Isolierung Kupfer-Sammelschiene
SIS-Schaltanlage

Einführung

Die Technologie der Oberflächenabschirmung in festisolierten Schaltanlagen ist eines der folgenreichsten und am wenigsten verstandenen Konstruktionselemente im Mittelspannungsschaltanlagenbau - eine halbleitende oder metallische geerdete Abschirmung, die auf der Außenfläche der Epoxidharz1 gekapseltes Sammelschienen- und Schaltmodul zur Steuerung der elektrische Feldverteilung2 an der festen Isolationsgrenze und bietet die berührungssichere, spannungsfreie Außenfläche, die SIS-Schaltanlagen im Hinblick auf die Personensicherheit grundlegend von jeder anderen Mittelspannungs-Schaltanlagentechnologie unterscheidet. In Projektspezifikationen, Auswahlleitfäden und Beschaffungsbewertungen, die in Hunderten von Projekten zur Modernisierung von Umspannwerken geprüft wurden, tauchen jedoch immer wieder dieselben technischen Missverständnisse über die Oberflächenabschirmung auf - Missverständnisse, die zu falschen SIS-Schaltanlagenspezifikationen, unzureichenden Sicherheitsbewertungen und Feldinstallationen führen, bei denen das Oberflächenabschirmsystem durch Installationsfehler beeinträchtigt wurde, die die Sicherheits- und Isolationsleistungsvorteile, für die die Technologie konzipiert wurde, aufheben. Der größte Fehler, den Ingenieure bei der Oberflächenabschirmung von SIS-Schaltanlagen immer wieder begehen, besteht darin, dass sie die geerdete äußere Abschirmung als passive mechanische Beschichtung betrachten und nicht als aktives System zur Kontrolle des elektrischen Feldes, dessen Integrität, Durchgängigkeit und korrekte Erdungsverbindung für die dielektrische Leistung der Schaltanlage und die Sicherheit des Personals ebenso wichtig sind wie die Primärisolierung selbst. Dieser Leitfaden richtet sich an Konstrukteure von Umspannwerken, Sicherheitsbeauftragte und Beschaffungsmanager, die für die Auswahl und Installation von SIS-Schaltanlagen in Hochspannungsschaltanlagen verantwortlich sind. Er korrigiert die fünf wichtigsten Missverständnisse über die Oberflächenabschirmungstechnologie mit der technischen Präzision, die in der Literatur für Auswahlleitfäden nur selten zu finden ist.

Inhaltsübersicht

Was ist die SIS-Schaltanlagen-Oberflächenabschirmungstechnologie und wie steuert sie die Verteilung des elektrischen Feldes?

Eine technische Infografik mit dem Titel 'SIS SWITCHGEAR: SURFACE SHIELDING TECHNOLOGY & ELECTRIC FIELD CONTROL' mit zwei Hauptteilen. Der linke Teil, 'DAS PROBLEM: UNGESCHÜTZTE FESTISOLIERUNG', zeigt gefährliche kapazitive Oberflächenspannungen und elektrische Feldbelastungen an einem Epoxidmodul mit Formelangaben, der Hand einer Person, die einen Schlag erleidet, und Blitzsymbolen. Die rechte Seite, 'THE SOLUTION: SIS SURFACE SHIELDING (TOUCH-SAFE)', visualisiert sowohl 'SEMICONDUCTIVE COATING SHIELD (12-24 kV)' als auch 'METALLIC SCREEN SHIELD (12-40.5+ kV)' mit Erdungsanschlüssen, gleichmäßigen elektrischen Feldern, stilisierten Händen, die sich sicher berühren, und 'IEC 61140 COMPLIANT'-Hinweisen für <50V / <1V AC Berührungssicherheit. Eine vereinfachte Tabelle unten, 'KEY PARAMETERS: SHIELDING TYPE COMPARISON', vergleicht den Oberflächenwiderstand, die Erdung, die Berührungsspannung, die Spannungseignung und die Schadensempfindlichkeit für beide Typen mit Icons und illustrativen Werten. Das Diagramm ist ein sauberes, professionelles Vektordiagramm mit vielen Symbolen.
SIS Surface Shielding Technology Diagramm

Bei der Oberflächenabschirmung in SIS-Schaltanlagen handelt es sich um ein System aus leitenden oder halbleitenden Schichten, die auf der Außenfläche der mit Epoxidharz vergossenen Module aufgebracht werden und zwei gleichzeitige und voneinander abhängige Funktionen erfüllen: Sie steuern die Verteilung des elektrischen Feldes innerhalb der festen Isolierung, um eine Spannungskonzentration an der Epoxid-Luft-Grenze zu verhindern, und sie stellen eine durchgehend geerdete Außenfläche dar, die die kapazitiv gekoppelte Spannung eliminiert, die andernfalls an der Außenfläche eines nicht abgeschirmten Moduls mit fester Isolierung bei hoher Spannung auftreten würde.

Das Problem des elektrischen Feldes, das durch Oberflächenabschirmung gelöst wird

Ohne Oberflächenabschirmung würde die Außenfläche eines festen Epoxidharz-Isoliermoduls bei 24 kV eine kapazitiv gekoppelte Oberflächenspannung führen, die durch den kapazitiven Spannungsteiler bestimmt wird, der zwischen dem Hochspannungsleiter und dem geerdeten Gehäuse der Schaltanlage gebildet wird:

Usurface=Uphase×CconductorsurfaceCconductorsurface+CsurfaceearthU_{Oberfläche} = U_{Phase} \mal \frac{C_{Leiter-Oberfläche}}{C_{Leiter-Oberfläche} + C_{Oberfläche-Erde}}

Bei einem Epoxidmodul mit 24 kV Phasenspannung (13,9 kV) und typischer Geometrie erreicht diese kapazitiv gekoppelte Oberflächenspannung 2-6 kV - ausreichend, um einen gefährlichen elektrischen Schlag für Personen zu erzeugen, die die äußere Oberfläche berühren, und ausreichend, um Teilentladungen an Oberflächenunregelmäßigkeiten auszulösen, wo das lokale elektrische Feld die Teilentladungs-Eingangsspannung von Luft an der Epoxidoberfläche übersteigt.

Systemarchitektur der Oberflächenabschirmung

Die Oberflächenabschirmung von SIS-Schaltanlagen wird in zwei Hauptkonfigurationen realisiert:

  • Halbleitende Beschichtung3 Schild: Eine kohlenstoffhaltige Epoxid- oder Silikonbeschichtung, die auf die äußere Oberfläche des gekapselten Moduls aufgebracht wird - Oberflächenwiderstand 10³-10⁶ Ω/Quadrat; sorgt für eine kontinuierliche kapazitive Kopplung mit der Erde durch die halbleitende Schicht; kostengünstig für 12-24 kV-Anwendungen
  • Metallische Abschirmung: Ein durchgehender Schirm aus Kupfer- oder Aluminiumfolie oder -netz, der in die Außenfläche des Epoxidmoduls eingebettet oder darauf angebracht und mit der Erdungsschiene der Schaltanlage verbunden ist - sorgt für eine Nullimpedanz-Erdung der Außenfläche; erforderlich für 40,5 kV und darüber, wenn die kapazitiv gekoppelte Oberflächenspannung auf einer halbleitenden Beschichtung die sicheren Berührungsspannungsgrenzen überschreitet

Technische Schlüsselparameter von Oberflächenabschirmungssystemen

ParameterHalbleitende BeschichtungMetallischer Bildschirm
Widerstandsfähigkeit der Oberfläche10³-10⁶ Ω/Quadrat< 0,1 Ω/Quadrat
Erdverbindungkapazitiv (verteilt)Direkt (unter Zollverschluss)
Berührungsspannung bei Nennspannung< 50 V AC (IEC 61140)< 1 V AC
Eignung für die Spannungsklasse12-24 kV12-40,5 kV
SchadensempfindlichkeitAbrasion - Entfernung von BeschichtungenMechanisch - Unterbrechung des Bildschirms
Einhaltung der IEC 62271-200Geprüfter Typ mit intakter BeschichtungTypgeprüft mit aufgeklebtem Bildschirm

Geltender Sicherheitsstandard

IEC 611404 - Schutz gegen elektrischen Schlag - definiert den Grenzwert der Berührungsspannung von 50 V AC, den das Oberflächenabschirmungssystem auf der Außenfläche der SIS-Schaltanlagenmodule unter allen normalen Betriebsbedingungen einhalten muss. Das Oberflächenabschirmsystem ist die technische Kontrolle, die die Einhaltung der IEC 61140 für festisolierte Schaltanlagen gewährleistet - ohne dieses System sind die Außenflächen von SIS-Schaltanlagen bei mittleren Spannungswerten nicht berührungssicher.

Was sind die fünf folgenschwersten technischen Missverständnisse über die Leistung von Oberflächenabschirmungen?

Ein anschauliches Diagramm zur Veranschaulichung einer gefährlichen Fehlerart in Hochspannungs-SIS-Schaltanlagen, die durch eine diskontinuierliche metallische Oberflächenabschirmung verursacht wird. Chaotische blaue und violette Teilentladungslinien brechen aus einer Lücke in der Kontinuität des Schirms an einer Modulverbindung aus und verursachen eine Oberflächenverfolgung auf der Epoxidisolierung, was die Folgen von technischen Fehleinschätzungen verdeutlicht. Detaillierte Beschriftungen weisen auf Schlüsselkomponenten und Fehlerzustände hin.
SIS Oberflächenabschirmung Fehlvorstellung Konsequenz

Diese fünf Irrtümer tauchen in Projektspezifikationen, Installationsverfahren und Wartungsprotokollen bei Umspannwerksprojekten in allen Regionen auf - jeder von ihnen führt zu einer bestimmten, vorhersehbaren Fehlerart, die bei richtigem Verständnis der Oberflächenabschirmungstechnologie verhindert worden wäre.

Irrtum 1 - “Die Oberflächenabschirmung ist nur eine Farbbeschichtung”

Der am weitesten verbreitete Irrtum besteht darin, dass die halbleitende oder metallische Oberflächenabschirmung als kosmetische oder mechanische Schutzschicht betrachtet wird - vergleichbar mit dem Anstrich eines Schalttafelgehäuses - und nicht als funktionale elektrische Komponente, deren Integrität ebenso kritisch ist wie die der primären Isolierung.

Die Folge: Wartungspersonal schmirgelt, schleift oder trägt nichtleitende Ausbesserungslacke auf beschädigte Bereiche der halbleitenden Beschichtung während der Routinewartung auf - dadurch entstehen nicht abgeschirmte Stellen auf der Epoxidoberfläche, an denen das elektrische Feld wieder in die unkontrollierte Verteilung zurückkehrt, die lokale Feldspannung die Teilentladung5 und die TE-Aktivität setzt an der Patch-Grenze ein. Ein 50 mm² großer ungeschirmter Fleck auf der Oberfläche eines 24-kV-SIS-Moduls erzeugt am Rand des Flecks eine lokale elektrische Feldspannung von 4-8 kV/mm - weit über der TE-Eintrittsschwelle von 1-2 kV/mm für Luft an der Epoxidoberfläche.

Irrtum 2 - “Erdung mit Oberflächenabschirmung ist für Niederspannungsklassen optional”

Einige Ingenieure spezifizieren SIS-Schaltanlagen mit 12 kV, ohne dass die Erdung der Oberflächenabschirmung mit der Erdungsschiene der Schaltanlage verbunden sein muss - mit der Begründung, dass die niedrigere Spannungsklasse eine geringere kapazitiv gekoppelte Oberflächenspannung erzeugt, die “wahrscheinlich sicher genug” ist.”

Die Folge: Die IEC 61140 kennt keine Spannungsklassenausnahme für Berührungsspannungsgrenzen - 50 V AC ist die Grenze, unabhängig von der Systemspannung. Ein 12-kV-SIS-Modul mit einer nicht angeschlossenen halbleitenden Abschirmung führt unter normalen Betriebsbedingungen eine Oberflächenspannung von 0,8-2,5 kV - das 16-50fache der Berührungsspannungsgrenze nach IEC 61140. Die Einschätzung “wahrscheinlich sicher genug” ist keine technische Berechnung, sondern eine Annahme, die die primäre Personenschutzfunktion des Oberflächenabschirmungssystems außer Acht lässt.

Irrtum 3 - “Eine diskontinuierliche metallische Abschirmung bietet immer noch eine ausreichende Abschirmung”

Ingenieure, die SIS-Schaltanlagen mit metallischer Abschirmung bei 40,5 kV spezifizieren, akzeptieren manchmal Lücken in der Abschirmung - an Modulverbindungen, Kabeleinführungen oder mechanischen Beschädigungen - auf der Grundlage, dass die Abschirmung den “größten Teil” der Oberfläche abdeckt und den “größten Teil” des Abschirmungsvorteils bietet.

Die Folge: Die Abschirmung des elektrischen Feldes ist keine proportionale Funktion der Schirmabdeckung - ein 10 mm breiter Spalt in einem durchgehenden Metallschirm konzentriert das gesamte nicht abgeschirmte elektrische Feld an der Spaltstelle. Die Feldspannung an einer Schirmlücke in einem 40,5-kV-SIS-Modul erreicht 15-25 kV/mm - ausreichend, um eine Teilentladung in der Luft an der Lücke auszulösen, die die Epoxidoberfläche erodiert und innerhalb von 500-2.000 Betriebsstunden zu einem Tracking-Ausfall führt.

Ein Kundenfall: Ein Konstrukteur eines Umspannwerks bei einem EPC-Auftragnehmer in Jiangsu, China, wandte sich an Bepto, nachdem ein 35-kV-SIS-Schaltfeld innerhalb von 8 Monaten nach der Inbetriebnahme eine sichtbare Spur auf der Oberfläche der gekapselten Sammelschienenmodule entwickelt hatte. Bei der Inspektion nach dem Ausfall wurde eine 15 mm große Lücke in der Abschirmung an der Verbindungsstelle zwischen zwei gekapselten Sammelschienenabschnitten festgestellt - die Lücke war während der Installation entstanden, als das Installationsteam das Abschirmklebeband an der Modulverbindung nicht angebracht hatte. Der Tracking-Kanal war von der Lückenkante aus 35 mm in Richtung des Kabelabschlusses vorgedrungen. Das technische Team von Bepto spezifizierte das korrekte Verfahren zum Verkleben der Abschirmung und lieferte Ersatzklebeband und leitfähigen Klebstoff für die Reparatur. Die reparierte Anlage funktioniert seit 30 Monaten ohne Rückfälle.

Irrtum 4 - “Oberflächenabschirmung eliminiert die Notwendigkeit von Teilentladungsprüfungen”

In einigen Beschaffungsspezifikationen für SIS-Schaltanlagen wird die Inbetriebnahmeprüfung für Teilentladungen mit der Begründung ausgelassen, dass das Oberflächenabschirmsystem “Teilentladungen verhindert” - dabei wird die Funktion der Oberflächenabschirmung (Kontrolle der externen Feldverteilung) mit der primären Isolationsfunktion (Verhinderung interner Teilentladungen innerhalb des Epoxidharzvergusses) vermengt.

Die Folge: Die Oberflächenabschirmung kontrolliert das elektrische Feld an der Epoxid-Luft-Grenze - sie verhindert keine Teilentladung in Hohlräumen, Delaminationen oder Einschlüssen innerhalb des Epoxidharzes. Interne TE in SIS-Schaltanlagen kann nicht durch visuelle Inspektion erkannt werden und wird nicht durch die Integrität der Oberflächenabschirmung verhindert - um sie zu erkennen, ist eine Teilentladungsmessung nach IEC 60270 bei 1,5× U0 erforderlich. Ein Verzicht auf die TE-Inbetriebnahmeprüfung auf der Grundlage des Vorhandenseins der Oberflächenabschirmung führt dazu, dass interne Gussfehler unentdeckt bleiben.

Irrtum 5 - “Alle SIS-Schaltanlagen-Oberflächenabschirmungen sind gleichwertig”

Ingenieure, die zwischen SIS-Schaltanlagen verschiedener Hersteller wählen, behandeln die Oberflächenabschirmung manchmal als standardisiertes Merkmal - in der Annahme, dass jedes Produkt mit der Bezeichnung “SIS” und “Oberflächenabschirmung” eine gleichwertige elektrische Feldkontrolle und Berührungssicherheit bietet.

Die Folge: Das Design des Oberflächenabschirmungssystems, die Materialspezifikation und die Verifizierung der IEC-Baumusterprüfung variieren erheblich zwischen den Herstellern - eine halbleitende Beschichtung mit einem Oberflächenwiderstand von 10⁷ Ω/Quadrat (Obergrenze des zulässigen Bereichs) bietet wesentlich weniger Feldkontrolle als eine Beschichtung mit 10³ Ω/Quadrat, und eine metallische Abschirmung mit diskontinuierlicher Verbindung an den Modulverbindungen bietet wesentlich weniger Schutz als eine kontinuierlich verbundene Abschirmung. Ohne die Anforderung an den Hersteller, den Bericht über die Typprüfung nach IEC 62271-200 vorzulegen, der die Messung der Oberflächenspannung bei eingebautem Abschirmungssystem umfasst, kann in der Spezifikation nicht überprüft werden, ob das Produkt die Berührungsspannung nach IEC 61140 einhält.

Wie spezifiziert man korrekt die Anforderungen an die Oberflächenabschirmung in SIS-Schaltanlagen für Hochspannungsschaltanlagen?

Eine technische Infografik in einem klaren grafischen Stil, die als Auswahlhilfe für die Spezifikation der Oberflächenabschirmung in Solid Insulation Switchgear (SIS) für Hochspannungs-Schaltanlagenprojekte konzipiert ist. Sie zeigt eine detaillierte Abbildung eines gekapselten SIS-Schaltanlagenmoduls mit einem Haupttitel: "SIS-SCHALTANLAGE: SPEZIFIKATIONSLEITFADEN FÜR DIE OBERFLÄCHENABSCHIRMUNG". Die Infografik ist logisch aufgebaut und zeigt, wie man die Anforderungen (Systemspannung, Berührungsspannungsgrenzen) korrekt definiert, die Umgebungsbedingungen (kontrollierter Innenraum vs. Außenbereich/Verschmutzung) berücksichtigt und die Einhaltung von Normen und Zertifizierungen überprüft. Die beiden Schlüsseltechnologien - Halbleiterbeschichtung und metallischer Bildschirm - werden visuell gegenübergestellt und die wichtigsten technischen Parameter hervorgehoben. Kleine Symbole stehen für Tests wie IEC-Typentests und Teilentladung.
SIS-Schaltanlagen Oberflächenabschirmung Spezifikationsleitfaden

Schritt 1: Definition der elektrischen und sicherheitstechnischen Anforderungen

Legen Sie die Spezifikationsparameter für die Oberflächenabschirmung anhand der elektrischen und sicherheitstechnischen Anforderungen des Projekts fest:

  • Systemspannung: Bestimmt die Mindestabschirmungsart - halbleitende Beschichtung akzeptabel bei 12-24 kV; metallischer Schirm erforderlich bei 40,5 kV
  • Berührungsspannungsgrenze: Geben Sie die Einhaltung der IEC 61140 an - maximal 50 V AC auf jeder zugänglichen Außenfläche bei Nennbetriebsspannung
  • Häufigkeit des Zugangs des Personals: Hochfrequenz-Personenzugang (tägliche Inspektionswege in der Nähe stromführender SIS-Module) erfordert eine metallische Abschirmung in allen Spannungsklassen - die niederohmige Erdverbindung bietet eine größere Sicherheitsmarge als eine halbleitende Beschichtung

Schritt 2: Berücksichtigung der Umgebungsbedingungen der Umspannwerke

  • Klimatisiertes Umspannwerk im Innenbereich: Halbleitende Beschichtung als Abschirmung akzeptabel - stabile Temperatur und Luftfeuchtigkeit verhindern die Verschlechterung der Beschichtung
  • Unterstation im Freien oder in unkontrollierter Umgebung: Metallische Abschirmung spezifiziert - UV-Strahlung, Temperaturwechsel und Feuchtigkeit zersetzen halbleitende Beschichtungen schneller als metallische Abschirmungen
  • Stark verschmutztes Umspannwerk (SPS-Klasse III/IV): Metallische Abschirmung mit versiegelten Modulverbindungen - verhindert leitfähige Verschmutzung durch Überbrückung von Abschirmungsspalten an Modulschnittstellen

Schritt 3: Anpassung von Standards und Zertifizierungen

Die folgenden Nachweise sind für jedes zur Bewertung vorgelegte SIS-Schaltgeräteprodukt erforderlich:

Anforderung an die ZertifizierungSpezifikationsklauselÜberprüfungsdokument
IEC 62271-200 TypenprüfungVollständige Typenprüfung einschließlich Messung der OberflächenspannungOriginal-Prüfbericht - keine zusammenfassende Bescheinigung
Einhaltung der Berührungsspannung nach IEC 61140Oberflächenspannung ≤ 50 V AC bei NennspannungMessdaten im Baumusterprüfbericht
Widerstand der halbleitenden Beschichtung10³-10⁶ Ω/QuadratMaterialprüfzeugnis des Herstellers
Metallische Abschirmung KontinuitätNull-Diskontinuität an ModulverbindungenWerksinspektionsprotokoll
Teilentladungstest< 10 pC bei 1,5× U0IEC 60270 Prüfbericht

Teilanwendungsszenarien

  • Städtisches Umspannwerk: SIS mit Metallbildschirm - hohe Zugriffshäufigkeit des Personals; kompakter Platzbedarf entscheidend; Berührungssicherheit in öffentlich zugänglichen Anlagen nicht verhandelbar
  • Umspannwerk für Industrieanlagen: Halbleitende Beschichtung SIS bei 12-24 kV - kontrollierter Zugang; stabiles Innenraumklima; kostenoptimiert für große Plattenanzahl
  • Umspannwerk für erneuerbare Energien: SIS mit metallischer Abschirmung bei 35 kV - Installation im Freien oder halb im Freien; lange Wartungsintervalle; Haltbarkeit der Abschirmung über eine Lebensdauer von 25 Jahren
  • Hochgelegene Umspannwerke (> 1.000 m): Metallische Abschirmung SIS - geringere Luftdichte erhöht das Oberflächen-TE-Risiko an Beschichtungsunterbrechungen; metallische Abschirmung eliminiert Luftspalt-TE-Auslösung an der Oberfläche

Welche Installations- und Wartungsfehler beeinträchtigen die Integrität der Oberflächenabschirmung im Betrieb?

Ein fokussierter ostasiatischer Techniker in PSA verwendet sorgfältig ein hochohmiges elektrostatisches Voltmeter, das einen Messwert von 28 V AC' mit dem Status PASS' anzeigt, um die Berührungsspannung an einem Solid Insulation Switchgear (SIS) Modul in einem modernen Umspannwerk zu messen. Erläuternde Textaufrufe weisen auf die wichtigsten Komponenten hin und veranschaulichen die genaue Wartung, um häufige Fehler zu vermeiden, die die Oberflächenabschirmung beeinträchtigen.
Präzise SIS-Oberflächenabschirmungsmessung

Schritte zur Installation und Wartung

  1. Prüfung der Integrität der Abschirmung vor der Installation: Prüfen Sie alle gekapselten Moduloberflächen vor dem Einbau auf Beschädigungen der Beschichtung oder Unterbrechungen der Abschirmung - lehnen Sie jedes Modul mit sichtbarem Beschichtungsabrieb > 25 mm² oder einem Abschirmungsspalt > 5 mm ab; dokumentieren Sie die Prüfergebnisse mit Fotos
  2. Schirmverklebung an Modulverbindungen: Bringen Sie das vom Hersteller angegebene leitfähige Klebeband an allen Modul-zu-Modul-Verbindungen an - stellen Sie sicher, dass das Band auf jeder Seite der Verbindung ≥ 50 mm überlappt; messen Sie den Verbindungswiderstand < 1 Ω mit einem kalibrierten niederohmigen Ohmmeter vor dem Zusammenbau der Platte.
  3. Überprüfung der Erdverbindung: Sicherstellen, dass die Erdungsverbindung der Oberflächenabschirmung mit der Erdungsschiene der Schaltanlage mit dem vom Hersteller vorgeschriebenen Leiter und mit dem vorgeschriebenen Anzugsmoment hergestellt wurde - Erdungswiderstand < 0,5 Ω messen; im Inbetriebnahmeprotokoll der Anlage vermerken
  4. Messung der Berührungsspannung bei der Inbetriebnahme: Messen Sie die Oberflächenspannung an allen zugänglichen gekapselten Moduloberflächen mit einem hochohmigen Voltmeter bei Nennbetriebsspannung - stellen Sie sicher, dass < 50 V AC an allen Oberflächen anliegen; jede Oberfläche, die 50 V AC überschreitet, erfordert eine sofortige Untersuchung der Abschirmung und des Erdungsanschlusses, bevor dem Personal der Zugang gestattet wird

Häufige Fehler, die es zu beseitigen gilt

  • Fehler 1 - Ausbessern einer beschädigten halbleitenden Beschichtung mit nichtleitender Farbe oder Epoxidspachtel: Jegliches Reparaturmaterial, das auf einen beschädigten Beschichtungsbereich aufgetragen wird, muss einen Oberflächenwiderstand innerhalb des Spezifikationsbereichs von 10³-10⁶ Ω/Quadrat haben - verwenden Sie nur die vom Hersteller gelieferte leitfähige Reparaturmasse; eine nicht leitfähige Reparatur erzeugt einen nicht abgeschirmten Fleck, der eine TE auslöst
  • Fehler 2 - Nichtbeachtung des Klebebands an den Modulverbindungen während der Installation: Das Klebeband für die Modulverbindung ist keine optionale Hardware - es ist das Kontinuitätselement, das den PD-Fehlermodus verhindert; seine Unterlassung ist der häufigste Installationsfehler, der zu frühen Ausfällen der Oberflächenverfolgung von SIS-Schaltanlagen führt.
  • Fehler 3 - Messung der Berührungsspannung mit einem Standardmultimeter: Standardmultimeter haben eine Eingangsimpedanz von 10 MΩ - unzureichend, um die kapazitiv gekoppelte Oberflächenspannung auf einer halbleitenden Abschirmung genau zu messen; verwenden Sie ein hochohmiges elektrostatisches Voltmeter (> 1 GΩ Eingangsimpedanz) zur Messung der Berührungsspannung auf halbleitenden, abgeschirmten Modulen

Ein zweiter Kundenfall: Ein Beschaffungsmanager eines regionalen Stromnetzbetreibers in Shandong, China, wandte sich an Bepto, um zwei konkurrierende Angebote für SIS-Schaltanlagen für die Aufrüstung eines städtischen 10-kV-Umspannwerks zu bewerten - beide Produkte wurden in den Marketingunterlagen der Hersteller als “oberflächengeschirmte SIS” bezeichnet. Bepto forderte die IEC 62271-200-Typenprüfberichte für beide Produkte an und stellte fest, dass der Bericht des einen Herstellers Messdaten für die Oberflächenspannung enthielt, die 38 V AC bei Nennspannung bestätigten - IEC 61140-konform. Der Bericht des zweiten Herstellers enthielt keine Messdaten für die Oberflächenspannung - die Typprüfung war ohne die Erdverbindung der Oberflächenabschirmung durchgeführt worden, so dass die Berührungssicherheit nicht bestätigt werden konnte. Bepto empfahl das zertifizierte Produkt; der Netzbetreiber übernahm die Anforderung der Messung der Oberflächenspannung nach IEC 61140 als obligatorische Beschaffungsspezifikation für alle künftigen Beschaffungen von SIS-Schaltanlagen.

Schlussfolgerung

Bei der Oberflächenabschirmung von SIS-Schaltanlagen handelt es sich nicht um eine passive Beschichtung, sondern um ein aktives System zur Kontrolle des elektrischen Feldes, dessen Integrität, Kontinuität und korrekte Erdungsverbindung sowohl die dielektrische Zuverlässigkeit der festen Isolierung als auch die Berührungssicherheit der Schaltanlage für alle Personen, die in der Schaltanlage arbeiten, bestimmen. Die fünf Missverständnisse, die in diesem Leitfaden korrigiert werden - die Behandlung der Abschirmung als kosmetische Maßnahme, das Weglassen der Erdung bei niedrigeren Spannungsklassen, das Akzeptieren von Unterbrechungen der Abschirmung, das Ersetzen der TE-Prüfung durch die Abschirmung und die Annahme, dass alle SIS-Abschirmungssysteme gleichwertig sind - führen jeweils zu spezifischen, vermeidbaren Fehlern, die durch die richtige Spezifikation und Installationsdisziplin vermieden werden können. Verlangen Sie Prüfberichte nach IEC 62271-200 mit Oberflächenspannungsmessdaten, die die Konformität mit IEC 61140 bestätigen, spezifizieren Sie eine metallische Abschirmung für 40,5 kV- und Hochfrequenzanwendungen, setzen Sie die Installation von Abschirmklebebändern an jeder Modulverbindung durch, überprüfen Sie den Erdungswiderstand bei der Inbetriebnahme und messen Sie die Berührungsspannung an jeder zugänglichen Oberfläche, bevor der Zugang für das Personal gestattet wird - denn das korrekt spezifizierte, vollständig installierte und bei der Inbetriebnahme überprüfte Oberflächenabschirmsystem ist das System, das die Sicherheitsleistung von Hochspannungsschaltanlagen liefert, für die SIS-Schaltanlagen konzipiert wurden.

Häufig gestellte Fragen zur SIS-Schaltanlagen-Oberflächenabschirmungstechnologie

F: Wie hoch ist die maximal zulässige Berührungsspannung an der Außenfläche eines gekapselten SIS-Schaltanlagenmoduls unter normalen Betriebsbedingungen gemäß IEC 61140, und welcher Abschirmungstyp erreicht diesen Grenzwert bei 40,5 kV zuverlässig?

A: Die IEC 61140 schreibt eine maximale Berührungsspannung von 50 V AC vor - eine metallische Abschirmung mit direkter Erdung erreicht < 1 V AC bei 40,5 kV; eine halbleitende Beschichtung allein überschreitet bei 40,5 kV in der Regel die 50-V-Grenze ohne zusätzliche metallische Abschirmung.

F: Warum stellt ein 10-mm-Spalt in der metallischen Abschirmung eines 35-kV-SIS-Schaltanlagenmoduls einen kritischen Sicherheits- und Isolationszuverlässigkeitsfehler dar und nicht einen akzeptablen kleinen Installationsfehler?

A: Ein 10-mm-Abschirmungsspalt konzentriert das gesamte ungeschirmte elektrische Feld auf die Spaltstelle - die lokale Feldspannung erreicht 15-25 kV/mm bei 35 kV und löst eine Teilentladung in der Luft am Spalt aus, die die Epoxidoberfläche erodiert und innerhalb von 500-2.000 Betriebsstunden zu einem Versagen der Spur führt.

F: Welchen Bereich des Oberflächenwiderstands muss eine halbleitende Abschirmung auf einer SIS-Schaltanlage einhalten, um eine wirksame Kontrolle des elektrischen Feldes bei 12-24 kV Mittelspannung zu gewährleisten?

A: 10³-10⁶ Ω/Quadrat - unter 10³ Ω/Quadrat nähert sich die Beschichtung der metallischen Leitfähigkeit an und kann Zirkulationsströme verursachen; über 10⁶ Ω/Quadrat reicht die verteilte kapazitive Erdung nicht mehr aus, um die Beanspruchung des Oberflächenfeldes bei mittleren Spannungswerten zu kontrollieren.

F: Entfällt durch das Vorhandensein eines ordnungsgemäß installierten und geerdeten Oberflächenabschirmungssystems an SIS-Schaltanlagen die Anforderung einer Teilentladungs-Inbetriebnahmeprüfung nach IEC 60270 vor der Einschaltung?

A: Nein - die Oberflächenabschirmung kontrolliert nur die äußere Feldverteilung; sie verhindert nicht die innere TE in Hohlräumen oder Delaminationen im Epoxid-Gussstück; die IEC 60270 TE-Messung bei 1,5× U0 ist unabhängig von der Integrität der Oberflächenabschirmung obligatorisch, um innere Gussstückfehler zu erkennen.

F: Welches Messgerät muss für die Messung der Berührungsspannung an einem halbleitend beschichteten, abgeschirmten SIS-Schaltmodul verwendet werden, und warum ist ein Standard-Digitalmultimeter für diese Messung unzureichend?

A: Ein hochohmiges elektrostatisches Voltmeter mit einer Eingangsimpedanz von > 1 GΩ ist erforderlich - ein Standardmultimeter mit einer Eingangsimpedanz von 10 MΩ belastet die kapazitiv gekoppelte Oberflächenspannung und zeigt künstlich niedrige Werte an, die fälschlicherweise die Einhaltung der IEC 61140 auf einer nicht abgeschirmten oder schlecht geerdeten Oberfläche anzeigen.

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Jack Bepto

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