Die Fachtagung 2020 E-Motoren und Transformatoren

Die sichere Funktion der Isolation ist für umrichtergespeister Maschinen von entscheidender Bedeutung. Einerseits versucht man die elektrischen Feldstärken so groß wie möglich zu wählen, um Abmessungen, Materialeinsatz und Kosten zu minimieren. Andererseits müssen die Feldstärken so niedrig gehalten werden, dass ein Versagen des Isolationssystems ausgeschlossen werden kann. Ein vollständiges Versagen (Durchschlag) wird im Allgemeinen durch den Einsatz von Teilentladungen eingeleitet. Der Energie- und Ladungsumsatz solcher Entladungen ist sehr klein, sie stellen aber wegen ihrer Erosionswirkung insbesondere in organischen Isolierstoffen eine gefährliche Begleiterscheinung dar. Für die Entstehung von TE sind sowohl inhomogene elektrische Felder als auch die Überschreitung der lokalen elektrischen Festigkeit der beanspruchten Isolierung notwendige Voraussetzungen. Bei allen Kunststoffisolierungen sind TE äußerst kritisch. In der Umgebung treten bei organischen Isolierstoffen irreversible Zerstörungen des Dielektrikums auf, die zur Ausbildung von verästelten TE-Kanälen (electrical treeing) führen können. Diese TE-Kanäle breiten sich in Richtung des elektrischen Feldes aus, verbinden schließlich Elektroden unterschiedlichen Potentials und leiten so den elektrischen Durchschlag ein. Feste Isolierstoffe besitzen nicht die Fähigkeit zur Selbstheilung, wie bei Gasen und Flüssigkeiten. Mit dem Auftreten innerer TE ist daher in der Regel eine Verkürzung der Lebensdauer der betroffenen Komponente verbunden. Es ist daher durch entsprechende Dimensionierung, Konstruktion und Überwachung der Fertigungsqualität unbedingt dafür Sorge zu tragen und auch durch Prüfungen nachzuweisen, dass Betriebsmittel zumindest bei Betriebsspannung dauerhaft teilentladungsfrei sind. Im Beitrag werden beispielhaft die auftretenden elektrischen Beanspruchungen in umrichtergespeisten Maschinen, deren Auswirkungen hinsichtlich des Auftretens von TE und die Messung von Teilentladungen vorgestellt.