Stehspannungsprüfung leicht gemacht

Stehspannungsprüfungen an GIS mit verhältnismäßig geringem Aufwand

Bei der Planung, Anpassung oder Erweiterung von Schaltanlagen wird zunehmend auf gasisolierte Schaltanlagen (GIS) gesetzt. Einer der Gründe für diesen Trend ist der bessere Schutz der Systemkomponenten vor Alterungsprozessen, Verschmutzung oder Korrosion. Der daraus resultierende geringere Wartungsbedarf und die längere Lebensdauer können sich langfristig in niedrigeren Betriebskosten niederschlagen. In vielen Fällen ist aber ein Grund noch viel wichtiger: Eine GIS hat einen deutlich geringeren Platzbedarf. Sie benötigt nur einen Bruchteil des Platzes, den luftisolierte Systeme beanspruchen. Überall dort, wo Platz entweder sehr teuer ist oder einfach nicht in ausreichender Menge zur Verfügung steht, wie z. B. im städtischen Bereich, auf Plattformen oder unter der Erde, sind GIS oft die einzige Möglichkeit.

Zur Prüfung der Stehspannungsfestigkeit der Isolierung solcher Anlagen kommt eine Hochspannungsprüfung zum Einsatz.

Diese Hochspannungsprüfung wird in IEC 62271-203 beschrieben und dort als „Power-Frequency Voltage Test“ (Netzfrequenz-Spannungsprüfung) bezeichnet. Die GIS muss vollständig installiert und während der Prüfung in der vorgesehenen Dichte mit Gas befüllt sein. Wenn die GIS um neue Teile erweitert wird, müssen diese zunächst vor Ort einer dielektrischen Prüfung unterzogen werden. Die Prüfung gilt als bestanden, wenn die Isolierung bei Prüffrequenzen von 10 bis 300 Hz 60 Sekunden lang der Stehspannung standhält.

Grundlagen der Stehspannungsprüfung

Wie hoch ist die angelegte Prüfspannung?

Die Anforderungen an die Prüfspannung orientieren sich normalerweise an den Empfehlungen der Norm IEC 62271-203, können aber im Rahmen der Auftragsvergabe ausgehandelt werden. In der Regel wird die vor Ort verwendete Prüfspannung in Stufen bis auf maximal 80 % der bei der Typprüfung im Werk verwendeten Prüfspannung erhöht, was einer Spannung über der Nennspannung entspricht. Bei einer 123-kV-GIS, zum Beispiel, beträgt die maximale Vor-Ort-Stehspannung 200 kV.
Hinweis: Im selben Prüfzyklus können auch Teilentladungsmessungen durchgeführt werden. Nachdem der Zyklus mit der höchsten Stehspannung durchgeführt wurde, wird die Prüfspannung dafür auf den anwendbaren Wert gesenkt (bei einer 123-kV-GIS auf 148 kV).

Wann werden Stehspannungsprüfungen durchgeführt?

vor der Inbetriebnahme einer GIS im Rahmen der Spannungsprüfung (verpflichtend)
nach Systemerweiterungen (verpflichtend)
im Anschluss an die Aktivierung von Systemen für das Monitoring von Teilentladungen und Messungen während des Betriebs
zur Ermittlung des Zustands der Isolierung in älteren Systemen, im Anschluss an Messungen während des Betriebs

Welche anderen Prüfungen werden parallel durchgeführt?

In den meisten Fällen wird während einer Stehspannungsprüfung eine Messung der Teilentladungen (TE) durchgeführt, da die Hochspannungsquelle bereits vorhanden ist und die Isolierung der GIS nur einmal der elektrischen Belastung durch die Hochspannung ausgesetzt werden muss. Die TE-Messung kann zusätzliche Diagnoseinformationen liefern und wenn dabei eine geschwächte Isolierung festgestellt wird, weiß das Prüfpersonal, dass es die Prüfspannung nicht weiter erhöhen darf.

Welche Herausforderungen gibt es bei einer konventionellen Stehspannungsprüfung?

Eine Stehspannungsprüfung mit konventionellen Methoden erfordert große Prüfkomponenten, die für die beengten Verhältnisse im Umfeld einer GIS oft nur schwer verwendbar sind. Darüber hinaus entstehen für diese sehr schweren Komponenten, wie z. B. den SF6-Transformator mit Koppelkondensator, erhebliche Transportkosten

Wie muss die GIS auf eine Prüfung bei Resonanzfrequenz vorbereitet werden?

Für eine Prüfung bei Resonanzfrequenz muss in der GIS ein Spannungswandler mit verstärkter Unterspannungswicklung (PowerVT) installiert sein. Während des Normalbetriebs kann ein dauerhaft installierter PowerVT als Spannungswandler genutzt werden. Die etwas höheren Kosten des PowerVT amortisieren sich in der Regel schon bei einer weiteren Messung, da die Kosten für den Transport und den Einsatz des Prüftransformators entfallen. Ein PowerVT kann aber auch nur für die Dauer der Prüfung an die GIS angeschlossen werden (zwischen den Prüfdurchgängen sollte ausreichend Abkühlzeit eingerechnet werden, um Schäden am PowerVT zu vermeiden).

Wie viele Sektionen können mit CPC 100 und CP RC2 gemessen werden?

Das Prüfsystem muss die Kapazität der GIS für die Hochspannungseinspeisung über den PowerVT kompensieren. Je mehr Sektionen vorhanden sind, desto höher ist die zu kompensierende Kapazität.

Wenn die Kapazität der Sektionen und die Nenn-Übersetzung des PowerVT bekannt sind, kann die erforderliche Einspeiseleistung bestimmt werden.
Sollte die Leistung eines einzelnen Satzes aus CPC und CP RC2 nicht reichen, kann zur Verdopplung ein zweiter Satz aus CPC und CP RC2 verwendet werden.