Anforderungen Temperatur & Isolation

5. ISOLATIONS- UND TEMPERATURANFORDERUNGEN


5.1 BEMESSUNGS-ISOLATIONSPEGEL, BEMESSUNGS-STEH-WECHSELSPANNUNG, BEMESSUNGS-STEH-BLITZSTOSSSPANNUNG

Die Isolationsanforderungen beziehen sich auf die höchste Spannung für Betriebsmittel Um (engl. highest voltage for equipment). Hierbei handelt es sich um den Effektivwert der höchsten Außenleiterspannung (im Mehrphasensystem die Spannung eines Außenleiters gegen einen anderen Außenleiter), für die die Isolation eines Betriebsmittels, hier eines Stromwandlers, bemessen ist. Für Um wird i. d. R. die Systemspannung Usys, früher Reihenspannung genannt, gewählt. Der Bemessungs-Isolationspegel (engl. rated isolation level) beschreibt eine Kombination von Spannungswerten, die die Isolationsfestigkeit kennzeichnen, bestehend aus der höchsten Spannung für Betriebsmittel Um, der Bemessungs-Steh-Wechselspannung Up(engl. rated power- frequency withstand voltage) und der Bemessungs-Steh-Blitzstoßspannung Ub (engl. rated lightning impulse withstand voltage), wobei letztere erst ab Um= 3,6 kV angegeben wird. Ab Um= 300 kV kommt noch der Scheitelwert der Bemessungs-Steh-Schaltspannung (engl. rated switching impulse withstand voltage) hinzu. Die Bemessung-Steh-Wechselspannung Up ist der Effektivwert einer an die Isolation angelegten Spannung über eine Zeitdauer von 60 s. Die Bemessungs-Steh-Blitzstoßspannung Ub ist dagegen der Scheitelwert einer transienten Spannung mit einer Anstiegsflanke von 1,2 μs und einer Abstiegsflanke von 50 μs. So gilt z. B. für eine höchste Spannung für Betriebsmittel von Um= 12 kV, dass sich der Bemessungs-Isolationspegel zusammensetzt aus der Bemessungs-Steh-Wechselspannung von Up= 28 kV und der 70 Bemessungs-Steh-Blitzstoßspannung von Ub= 60 kV . Der Bemessungs-Isolationspegel wird dann i. Allg. angegeben in der Form 12/28/60 kV . Bei Stromwandlern mit Um≤1,2 kV gilt nur die Bemessungs-Steh-Wechselspannung und zwar 3 kV bei 0,72kV und 6kV bei 1,2kV. Eine Bemessungs-Blitzstoßspannung ist hier nicht definiert. Der Bemessungs-Isolationspegel hat dann die Kurzform 0,72/3 kV, bzw. 1,2/6 kV . Aber auch die Bezeichnung in der Form 0,72/3/-kV, bzw. 1,2/6/-kV ist anzutreffen. Die Bemessungs-Isolationspegel für die höchsten Spannungen für Betriebsmittel von 0,72 kV bis 765 kV sind in der DIN EN 61869-1 aufgelistet.


5.2 WINDUNGSPRÜFUNG

Während der Bemessungs-Isolationspegel die Werte der Isolation zwischen den galvanisch getrennten Einheiten widerspiegelt, beschreibt die Windungsisolation die Isolation innerhalb einer Wicklung. Die Windungsprüfung (engl. inter-turn overvoltage test) stellt sicher, dass die Isolation innerhalb einer Wicklung fehlerfrei ist und kein Windungsschluss vorliegt oder durch eine Schwachstelle während des späteren Betriebs auftreten kann. Dazu wird der Primärstrom bei offener Sekundärwicklung so lange erhöht, bis an den Sekundäranschlüssen entweder vor Erreichen des Bemessungsstroms eine Scheitelspannung von 4,5 kV gemessen wird, oder der Primärstrom die Größe des Bemessungsstroms erreicht. Für bestimmte Schutzwandler sind sogar 10 kV vorgeschrieben.


5.3 TEMPERATURKLASSEN

Messwandler werden unter „normalen“ Betriebsbedingungen hinsichtlich der zulässigen Umgebungstemperatur in 3 Temperaturklassen (engl. temperature category) eingeteilt, wie in Tabelle 3/S.72 zu sehen. Die Angaben gelten für Höhenlagen bis 1000 m. Da darüber hinaus aufgrund der abnehmenden Luftdichte die Kühlung schlechter wird, sind Höhenkorrekturfaktoren (engl. altitude correction factor) aus der DIN EN 61869-1 zu entnehmen. An Standorten, an denen die Umgebungstemperaturen beträchtlich außerhalb der in der Tabelle „Normale Umgebungsbedingungen“ angegebenen Bereiche liegen, empfiehlt die DIN EN 61869-1, Bereiche festzulegen entsprechend der Werte der Tabelle „Besondere Umgebungsbedingungen“ Tabelle 3/S.72.

Temperaturklassen
Besondere Umgebungsbedingungen
AnwendungsfallNiedrigste Temperatur °CHöchste Temperatur °C
für sehr kaltes Klima-5040
für sehr heißes Klima-550

Temperaturklassen
Normale Umgebungsbedingungen
KlasseNiedrigste Temperatur °CHöchste Temperatur °C
-5/40-540
-25/40-2540
-40/40-4040

5.4 ISOLIERSTOFFKLASSEN

Isolierstoffklassen (engl. class of insulation) charakterisieren Isolierstoffe hinsichtlich ihrer maximal zulässigen Temperatur. Die Isolierstoffklasse ist in der DIN EN 61869-2 nicht mehr als Pflichtangabe auf dem Typenschild erwähnt. Trotzdem ist sie dort immer noch anzutreffen. Die Isolierstoffklasse nach der IEC 60085 gibt die Grenzen der Übertemperaturen an, die abhängig von den Isolierstoffen erreicht werden dürfen. Eine Auflistung ist auch in der DIN EN 61869-1 zu finden. Die höchste Umgebungstemperatur ist hierbei 40 °C, entsprechend der Tabelle 3/S.72. Ist diese überschritten, so muss die Grenze der Übertemperatur um den Betrag der Überschreitung der Umgebungstemperatur verringert werden. Für die Isolierstoffklasse E gilt eine Übertemperaturgrenze von 75 K (Kelvin), für F 110 K und für H ist eine Übertemperatur bis 135 K zulässig.