Die Teilentladung stellt einen lokalen elektrischen Durchschlag innerhalb der Isolierung dar, der die Leiter nicht vollständig überbrückt.
Solar cables experiencing partial discharge face progressive insulation degradation eventually leading to complete failure. Understanding detection methods and prevention strategies ensures long-term cable reliability in photovoltaic systems.

Teilentladung verstehen

Mechanismus:
Teilentladungen treten auf, wenn die Intensität des elektrischen Feldes die Durchschlagskraft der Isolierung an lokalisierten Schwachstellen übersteigt - typischerweise Hohlräume, Verunreinigungen oder Herstellungsfehler. Diese Entladungsereignisse erzeugen kleine Stromimpulse, elektromagnetische Strahlung und lokalisierte Erwärmung, die die umgebende Isolierung allmählich erodieren.

In DC-Solarsystemen unterscheidet sich das Teilentladungsverhalten von AC-Anwendungen. Gleichspannung erzeugt Ladungsakkumulation an dielektrischen Grenzflächen, was möglicherweise andere Entladungsmuster verursacht als bei AC-Systemen.

Progressive Beschädigung:
Jedes Entladungsereignis schädigt die Isolierung durch elektrische und thermische Belastung. Im Laufe der Zeit vergrößert die Entladungsaktivität die Defektstellen und erhöht die Entladungsgröße und -frequenz. Diese fortschreitende Verschlechterung führt schließlich zu einem vollständigen Isolationsversagen, wenn sie nicht behoben wird.

Ursachen in Solarkabeln

Herstellungsfehler:
Hohlräume oder Verunreinigungen in der Isolierung erzeugen Konzentrationen des elektrischen Feldes, wo eine Teilentladung einsetzt. Qualitativ hochwertige Herstellungsverfahren, die Hohlräume und Verunreinigungen minimieren, verhindern diese inhärenten Schwachstellen.

Vernetzte Isolierungen mit unzureichender Vernetzungsdichte können Bereiche mit reduzierter Durchschlagfestigkeit enthalten, die für die Einleitung von Teilentladungen anfällig sind.

Schäden bei der Installation:
Mechanische Belastungen während der Installation können zu Mikrorissen in der Isolierung führen. Diese Defekte bieten Stellen, an denen Feuchtigkeit eindringt und eine Teilentladung einsetzt, wenn Spannung anliegt.

Übermäßiges Biegen, Ziehen oder Stöße während der Installation führen zu Schäden an der inneren Isolierung, die möglicherweise nicht sofort sichtbar sind, aber Teilentladungsstellen bieten.

Umweltfaktoren:
Durch das Eindringen von Feuchtigkeit durch beschädigte Kabelmäntel oder unsachgemäß abgedichtete Anschlüsse gelangt Wasser in die Isolierung. Mit Wasser gefüllte Hohlräume weisen eine geringere Durchschlagfestigkeit auf als die Trockenisolierung, was eine Teilentladung bei Betriebsspannungen ermöglicht.

Der UV-Abbau von Kabelmänteln ermöglicht das Eindringen von Feuchtigkeit in die Isolierschichten und schafft so die Voraussetzungen für die Entwicklung von Teilentladungen.

Erkennungsmethoden

Elektrische Erkennung:
Spezielle Geräte erfassen elektrische Impulse, die durch Teilentladungsereignisse erzeugt werden. Hochfrequenz-Stromwandler oder kapazitive Sensoren erfassen Entladungssignale, wobei Analysesysteme die Größe und Frequenz der Entladung quantifizieren.

Bei der Prüfung wird in der Regel eine Spannung angewendet, die den Betriebswert übersteigt, während die Entladungsaktivität überwacht wird. Die Anfangsspannung - die Spannung, mit der die Entladung beginnt - gibt die Isolationsqualitätsspannen an.

Akustische Erkennung:
Teilentladungen erzeugen akustische Ultraschallemissionen. Akustische Sensoren erfassen diese Signale und ermöglichen die Identifizierung des Entladungsortes in installierten Systemen. Diese nicht-invasive Methode eignet sich für Feldversuche in Betriebsanlagen.

Chemischer Nachweis:
Durch die Einleitungsaktivität werden Ozon und andere chemische Nebenprodukte erzeugt. Während chemische Nachweismethoden bei Kabeltests weniger üblich sind, können sie das Vorhandensein von Einleitungen in geschlossenen Systemen nachweisen.

Prüfnormen

IEC 60270:
Die IEC 60270 legt Verfahren zur Messung von Teilentladungen fest, einschließlich Kalibrierungsmethoden, Empfindlichkeitsanforderungen und Ergebnisinterpretation. Während sie sich in erster Linie auf Wechselstromsysteme bezieht, gelten die Grundsätze für die Prüfung von Gleichstromkabeln mit entsprechenden Änderungen.

Qualifikationsprüfung:
Die Prüfung der Kabelqualifikation kann eine Überprüfung der Teilentladung umfassen, die sicherstellt, dass die Konstruktion angemessene Spielräume gegen den Beginn der Entladung bei Betriebsspannungen bietet. Die Prüfung findet bei erhöhten Spannungsniveaus statt und bestätigt, dass bei bestimmten Vielfachen der Nennspannung keine Entladungsaktivität stattfindet.

Präventionsstrategien

Herstellungsqualität:
Hochwertige Extrusionsverfahren minimieren die Hohlraumbildung in der Isolierung. Sorgfältige Materialhandhabung verhindert Verunreinigungen. Die richtige Vernetzung sorgt für eine gleichmäßige Isolierdichte während der gesamten Kabelkonstruktion.

Die Herstellungsverfahren von KUKA CABLE legen den Schwerpunkt auf eine hohlraumfreie Dämmstoffproduktion durch kontrollierte Extrusionsparameter und umfassende Qualitätsüberwachung.

Dicke der Isolierung:
Eine angemessene Isolierstärke verringert die Intensität des elektrischen Feldes und hält das Spannungsniveau deutlich unter der Durchschlagsfestigkeit des Materials.
PV cables designed with appropriate safety margins avoid field intensities approaching partial discharge inception levels.

Materialauswahl:
Hochwertiges vernetztes Polyethylen weist hervorragende dielektrische Eigenschaften mit hoher Durchbruchfestigkeit und minimaler Defektbildung auf. Materialreinheit und richtige Formulierung verhindern Schwachstellen, die anfällig für Teilentladungen sind.

Installationspraktiken:
Die Einhaltung der Installationsrichtlinien des Herstellers verhindert mechanische Beschädigungen, die zu Entladungseinleitungsstellen führen. Der richtige Biegeradius, das Ziehen von Spannungsgrenzen und die Vermeidung von Stoßspannungen bewahren die Integrität der Isolierung.

Feldüberwachung

Periodische Tests:
Etablierte Anlagen können von regelmäßigen Teilentladungstests profitieren, insbesondere bei kritischen Systemen oder Anlagen mit Leistungsproblemen. Tests identifizieren Entwicklungsprobleme, bevor vollständige Ausfälle auftreten.

Diagnostische Indikatoren:
Eine unerwartete Verschlechterung des Isolationswiderstands kann auf eine Teilentladungsaktivität hinweisen. Ein abnehmender Isolationswiderstand rechtfertigt eine Untersuchung einschließlich möglicher Teilentladungstests.

Visuelle Inspektion:
Oberflächenverfolgung oder Verfärbung an Kabelenden oder Schadensstellen können auf Entladungsaktivitäten hinweisen. Regelmäßige Sichtinspektion identifiziert diese Warnzeichen und ermöglicht Korrekturmaßnahmen.

Überlegungen zur Systemspannung

Höheres Spannungsrisiko:
1500-V-Gleichstromsysteme haben eine höhere Intensität des elektrischen Feldes als Niederspannungsanlagen. Diese erhöhte Belastung macht die richtige Isolierung und Fertigungsqualität kritischer, um Teilentladungen zu verhindern.

Transiente Überspannung:
Blitzeinschläge oder Schaltereignisse führen zu Spannungstransienten, die das stationäre Auslegungsniveau möglicherweise überschreiten. Diese Transienten können in Kabeln mit marginaler Isolationsqualität eine Teilentladung auslösen, was die Bedeutung angemessener Auslegungsspannen unterstreicht.

Qualitätssicherung

Produktionsprüfung:
Während routinemäßige Teilentladungstests für jedes Kabel während der Produktion aufgrund der Komplexität der Tests ungewöhnlich sind, führen die Hersteller regelmäßige Qualifikationstests durch, um sicherzustellen, dass die Produktionschargen den Teilentladungswiderstand einhalten.

Materialqualifikation:
Neue Dämmformulierungen werden während der Entwicklung umfassenden Teilentladungstests unterzogen, um sicherzustellen, dass die Materialien vor der Produktionsimplementierung den Anforderungen entsprechen.

Schlussfolgerung

Die Teilentladung stellt eine ernsthafte Bedrohung für
solar cable long-term reliability. Prevention through quality manufacturing, proper material selection, adequate insulation thickness, and careful installation practices provides more effective protection than detection and remediation after discharge activity begins.

Der Schwerpunkt von KUKA CABLE auf Fertigungsqualität und exzellentem Material stellt sicher, dass die Kabel die dielektrische Integrität bieten, die erforderlich ist, um eine Teilentladung über eine Lebensdauer von mehr als 25 Jahren zu verhindern.

Wenden Sie sich an das technische Team von KUKA CABLE, um Informationen zur Teilentladungsprüfung und -vermeidung bei der Herstellung von Solarkabeln zu erhalten.