In diesem Artikel erläutern wir das Problem der Teilentladungen, welche Auswirkungen sie auf die Lebensdauer des Elektromotors haben und welche Lösungen wir nutzen können, um die Auswirkungen zu verringern.
Der jahrelange Einsatz von Umrichtern zur Drehzahlregelung von Elektromotoren und generell zum Einsatz des Motors unter unterschiedlichen Last- und Verbrauchsbedingungen (siehe Thema Energieeffizienz) hat aufgrund der nicht harmonischen Form der Versorgungsspannung zu Belastungsproblemen bei der elektrischen Isolierung geführt.
Tatsächlich stellen wir in der Abbildung rechts fest, dass es sich nicht um ein sinusförmiges Signal handelt, sondern um eine Reihe von Impulsen variabler Dauer, deren Modulation nur scheinbar eine Sinusform wiedergibt. Insbesondere bei den steigenden und abfallenden Impulsen stellen wir aufgrund der Kommutierungen des Umrichters Überspannungen oder Spitzen (englisch „Spikes“) fest.
Wenn das Isolationssystem nicht stark genug ist, erzeugen diese Überspannungen kleine elektrische Entladungen, die als „Mikroentladungen“ oder Teilentladungen (englisch „Partial Discharge“ oder PD) bezeichnet werden und sich in den Hohlräumen der Isolation konzentrieren, insbesondere:
1) Zwischen den Windungen verschiedener Phasen, insbesondere bei den ersten Windungen, bei denen der Spannungswert höher ist;
2) Zwischen den Windungen und der Masse;
3) Zwischen verschiedenen Windungen der gleichen Phase.
Diese Mikroentladungen können im Laufe der Zeit die Isolierung zerstören, bis sie eine vollständige Entladung verursachen und die Wicklung irreparabel beschädigen.
Diese Vorbedingungen werfen zwangsläufig einige Fragen auf:
– Kann die Wicklung vor diesen vom Umrichter eingeleiteten Überspannungen geschützt werden?
– Kann überprüft werden, ob die Wicklung diesen Phänomenen standhalten kann?
– Ist es schließlich möglich, den Grad der „Robustheit“ der Isolierung der von einem Umrichter gespeisten Wicklung zu bewerten?
Diese und andere Fragen werden von verschiedenen Normen beantwortet, die in den letzten Jahren veröffentlicht wurden, insbesondere:
– IEC 60034-18-41 „Teilentladungsfreie elektrische Isoliersysteme …“
– IEC/TS 60034-25 „Leitfaden für den Entwurf von Induktionsmotoren mit Käfigläufer, die speziell für Umrichterbetrieb bemessen sind“
– IEC/TS 60034-27 „Off-line Teilentladungsprüfungen …“
– IEC/TS 61934 „Elektrische Messung von Teilentladungen (TE) bei sich wiederholenden Spannungsimpulsen“
Um den neuen Anforderungen, die durch dieses Thema eingeführt wurden, voll und ganz gerecht zu werden, hat Came nach einer notwendigen technischen Ausbildung in diesem Bereich (auch dank der Unterstützung von Dozenten mit nachgewiesener Erfahrung) vor einigen Jahren das „Projekt Mikroentladung“ ins Leben gerufen. Ziele des Projekts waren:
– Überprüfung der Eigenschaften der im Produktionsprozess verwendeten Isoliermaterialien;
– Auswahl der Isoliermaterialien, die am besten für das Projekt geeignet, also frei von PD-Phänomenen sind;
– Verbesserung der Produktionsprozesse, um sicherzustellen, dass diese Phänomene nicht auftreten;
– Identifizierung eines Testsystems, dass diese Phänomene erkennen kann, und anschließende Bewertung des Gütegrads oder der Robustheit des Isolationssystems gemäß den Belastungskategorien:
A – Leicht
B – Mäßig
C – Schwer
D – Extrem
Dieses Projekt, das in den letzten Jahren den Einsatz verschiedener Ressourcen und eine beträchtliche Investition des Unternehmens in Form von Schulungen für technisches Personal und spezielle Testgeräte erforderte, macht Came zu einem sicheren Bezugspunkt für seine Kunden in Bezug auf:
– Überprüfung des Isolationssystems
– Studie zu einem „verstärkten“ Isolationssystem für die Stromversorgung von Umrichtern
– Laboruntersuchung des Robustheitsgrades mit Erstellung eines Prüfberichts
F+E Came steht seinen Kunden zur Vertiefung des Themas zur Verfügung.
Fabrizio Bardelli
Forschungs- und Entwicklungsexperte Came
consulting@came-italy.com
+39 0444 488282
