Teilentladungsprüfung erfordert zu viele Geräte: Häufige Probleme und Expertenlösungen

Bei der Planung der Diagnose elektrischer Anlagen (Kabel, Motoren, Generatoren usw.) zur Erkennung von Teilentladungen ist vielen wahrscheinlich ein Problem begegnet: Die Liste der benötigten Geräte für die Teilentladungsprüfung erscheint extrem lang! Ein Angebot verlangt beispielsweise eine UHF-Sonde, ein anderes eine Sonde zur Messung transienter Erdspannungen.

Und irgendwo befindet sich eine HFCT-Klemme. Wir könnten auch die Möglichkeit in Betracht ziehen, ein Ladungsmessgerät mit dem dazugehörigen Kalibrator mitzuführen. Teilentladungsprüfung Es wirkt weniger wie eine einzelne Aufgabe, sondern eher wie eine ständig wachsende Einkaufsliste. Dieser Artikel untersucht, warum wir am Ende einen so umfangreichen Gerätekatalog haben, die eigentliche Ursache dieser Fragmentierung und die notwendigen Schritte, um Prüfgeräte für Teilentladungen zu beschaffen, die den tatsächlichen Bedürfnissen und Anwendungen einer elektrischen Anlage entsprechen, anstatt Ihr gesamtes Team übermäßig auszustatten.

Warum für die Teilentladungsprüfung so viele Geräte benötigt werden

Teilentladungen entstehen, wenn sich ein elektrisches Feld lokal konzentriert und die elektrische Belastbarkeit des Isoliermaterials überschreitet. Dies führt zu einem kleinen, lokalen elektrischen Durchschlag innerhalb des Isolationssystems, der jedoch den Spalt zwischen den Leitern nicht vollständig überbrückt. Jede dieser beginnenden Entladungen erhöht die Spannungsbelastung und trägt zur allmählichen Zerstörung der elektrischen Isolation bei.

Diese Anzeichen deuten daher darauf hin, dass sich der Zustand des Objekts verschlechtert und ein vollständiger Isolationsausfall bevorsteht. Weitere Informationen finden Sie in unserer Erläuterung zu diesem Thema. Was ist Teilentladung eigentlich? Für die zugrunde liegende Physik und den Entladungsmechanismus bleibt dieser Artikel auf das Geräteproblem fokussiert.

Mehrere, sich gegenseitig beeinflussende Faktoren führen zu dieser erhöhten Anzahl erforderlicher Geräte. Erstens manifestiert sich Teilentladung durch verschiedene unterschiedliche physikalische Effekte – eine Hochfrequenzwelle, einen Stromimpuls, ein akustisches Signal –, die sich nicht vollständig mit einem einzigen Sensortyp messen lassen. Zweitens bewirken die verschiedenen zu untersuchenden Komponenten – Kabelanschlüsse, Durchführungen und Schaltanlagen – eine unterschiedliche Kopplung und Übertragung des Teilentladungsereignisses im Stromkreis.

Schließlich können Normen je nach Messungen, Detektortypen und Anlagenkategorien fragmentiert werden, was die Komplexität noch erhöht. Multipliziert man fünf Arten von Detektionstechnologien mit vier Anlagentypen und berücksichtigt die jeweils geltenden Normen, entsteht ein scheinbar unendlicher Katalog. Im Folgenden werden diese drei Faktoren nacheinander analysiert.

Die vier Arten von Parkinson und die Methoden, mit denen sie erkannt werden

Teilentladungen lassen sich anhand ihrer Ursachen in vier Kategorien unterteilen: Entladungen in Hohlräumen von Isolatoren, Kriechströme an Grenzflächen oder Oberflächen, Luftionisation durch scharfe Metallkanten und Kabelverbindungen oder -anschlüsse. Jede Art konzentriert die elektrische Spannung an einer anderen Stelle, und jedes Detektionsverfahren dient der Identifizierung einer anderen physikalischen Eigenschaft – daher ist kein einzelnes Verfahren ausreichend.

Die konventionelle elektrische Technik, definiert durch IEC 60270 Es misst den Stromimpuls und liefert den Wert für die Scheinladung in Pikocoulomb. Die Bandbreite liegt unterhalb von etwa 1 MHz. IEC TS 62478 enthält eine Liste unkonventioneller Verfahren zur Messung von Hochfrequenz- und Schallenergie. TEV (Transient Earth Voltage), ein älteres, nicht-invasives Diagnoseverfahren, misst die Spannungstransiente an der Außenseite des Gehäuses von Schaltanlagen (sofern diese metallgekapselt sind).

UHF-Sonden erfassen Emissionen im Frequenzbereich von 300 MHz bis 3 GHz und eignen sich gut für gasisolierte Schaltanlagen; akustische Sensoren „hören“ im Ultraschallbereich, häufig zwischen 20 kHz und 100 kHz. Ein HFCT (Hochfrequenz-Stromwandler) mit Stromzange erfasst den Teilentladungsimpuls als Stromimpuls, der in ein Erdungskabel eingespeist wird. veröffentlichte vergleichende Bewertung von HFCT- und UHF-Sensoren in der Online-PD-Messung Es wurde darauf hingewiesen, dass UHF eine höhere Empfindlichkeit für kleine Teilentladungen bietet, während die direkt angeschlossenen HFCT-Messwerte auf größere Impulse hinweisen würden, und dass die beiden Techniken daher unterschiedliche, aber sich ergänzende Rollen erfüllen.

Betrachtet man eine beliebige Spalte, wird die Botschaft deutlich: Verlässt man sich allein auf TEV, übersieht man die Oberflächenausbreitung; verlässt man sich allein auf HFCT, entgeht einem die Korona. Deshalb verwendet ein seriöses PD-Testverfahren mehr als einen Sensor – und wie unsere Aufschlüsselung der verschiedene Arten von Teilentladungen Die Abbildungen zeigen, dass jeder Defektmodus einem anderen Detektor zugeordnet ist.

Online- vs. Offline-PD-Testing: Zwei separate Toolchains

Bei der Online-Prüfung wird die Teilentladung (TE) gemessen, während das Gerät mit seiner normalen Betriebsspannung versorgt wird. Bei der Offline-Prüfung wird das Gerät spannungsfrei geschaltet und anschließend über eine separate Hochspannungsquelle wieder mit Strom versorgt, sodass die Prüfspannung am Prüfobjekt erhöht und gehalten werden kann. Diese Aufteilung ist für die Anzahl der Prüflinge relevant, da für jeden Prüfpfad unterschiedliche Hardware benötigt wird.

Kann man Teilentladungen prüfen, ohne die Geräte außer Betrieb zu nehmen?

Klar, absolut. Online-Teilentladungstests sind genau dafür da, dass man die Beleuchtung nicht abschalten muss. Man kann einen TEV- oder UHF-Scan eines Schaltanlagenraums durchführen, während dieser noch in Betrieb ist, und laut Technikern dauert ein Online-Teilentladungstest pro Rotormaschine weniger als 15 Minuten, und das mehrmals im Jahr. Diese „Kontrolle“ – also die andere Art, Teilentladungen bei Betriebsspannung zu beobachten – eine fehlerhafte Stelle entlädt sich erst, wenn die Spannung steigt und das Problem verborgen bleibt – hat jedoch ihre Grenzen.

Eine kleine Besonderheit: speziell bei abgeschirmten Stromkabeln, IEEE 400.3 Online- und externe PD-Tests werden als ein kombinierter Diagnoseleitfaden betrachtet, daher ist die Aufteilung in „zwei Instrumentenketten“ eher eine Planungshilfe als eine strikte Trennlinie.

Teilentladungsprüfung an Kabeln, Transformatoren und Schaltanlagen

Ein zweiter Faktor, der die Anzahl der Geräte beeinflusst, ist das jeweilige Gerät selbst. Unterschiedliche Entladungen werden je nach Art des Ausfalls unterschiedlich gekoppelt, daher ändert sich die bevorzugte Methode je nach Gerätetyp.

Kabelsysteme und Zubehör

Bei Mittel- und Hochspannungskabeln entstehen Teilentladungen fast immer an Kabelverbindungen und Kabelanschlüssen, wo die Feldkontrolle der Kabelisolierung am ungenauesten ist. Ein Hochfrequenz-Entladungsmessgerät (HFCT), das am Erdungsband des Kabelschirms angebracht wird, ist das gängige Prüfmittel für Kabel – üblicherweise zusammen mit einem VLF-System zur Offline-Teilentladungsmessung bei der Inbetriebnahme. In der Praxis treten zwei Schwierigkeiten auf: der Zugang zur Schirmerdung und die Übertragung von Störungen entlang des Kabels. Siehe unsere Hinweise zu [Link/Informationen einfügen]. Hochspannungsprüfverfahren wenn Sie planen, die PD-Prüfung in einen umfassenderen Kabelabnahmeplan zu integrieren.

Transformatoren und rotierende Maschinen

Für flüssigkeitsgefüllte Transformatoren gilt ein anderer Standard. IEEE C57.113Die Norm IEC 60270 definiert Messschaltungen gemäß IEC 60270 und deren Kalibrierung für Transformatoren und Shunt-Reaktoren. Dies gilt auch für rotierende Maschinen: Die Normenreihe IEC 60034-27 beschreibt Offline- und Online-Prüfungen für Motoren und Generatoren. Die neuere Norm IEC TS 60034-27-6 führt nun die Online-Teilentladungsmessung für frequenzumrichtergekoppelte Maschinen ein, was Auswirkungen auf alle Anlagen mit einem großen FFD-Bestand hat.

Schaltanlagen und GIS

Bei metallgekapselten Schaltanlagen ist die TEV-Prüfung der Standard für zerstörungsfreie Tests. Bei gasgefüllten Schaltanlagen hingegen kommt die UHF-Prüfung zum Einsatz. Ein einfacher, aber oft unschätzbarer Tipp: Sie können Schaltschränke auch prüfen, indem Sie einen TEV-Sensor an das Kabel anschließen, das in den Schaltschrank führt und mit der Abschirmung im Schaltschrank verbunden ist. Dies liefert oft einen aussagekräftigeren Messwert als die direkte Prüfung des Schaltschranks. Aus diesem Grund werden speziell dafür entwickelte Schaltschränke verwendet. Prüfgeräte für Teilentladungen Es kombiniert tendenziell mehrere Eingabemethoden, anstatt als Gerät mit nur einer Funktion ausgeliefert zu werden.

Lässt sich Teilentladung (TE) innerhalb von Schaltanlagen durch Kabelprüfung feststellen?

Ja, grundsätzlich ist das möglich. Da die Schirmung mit der Schaltanlage geerdet ist, kann ein TEV (Thermoelektrischer Veränderlicher) durch Messung direkt an der Kabelschirmung am Eintrittspunkt in die Schaltanlage jegliche Vorgänge innerhalb der Schaltanlage erfassen. Dies kann eine nützliche Methode sein, um Bereiche schnell zu scannen, ist aber keinesfalls ein Ersatz für die direkte Messung in der Schaltanlage. Es bestätigt lediglich, dass im gekoppelten System etwas vorhanden ist, ohne jedoch genau zu bestimmen, was und wo. Ich rate Anwendern oft, vor dem Einsatz eines detaillierten Untersuchungsinstrumentariums den Bedarf an einer eingehenden Untersuchung sowie das Kosten-Nutzen-Verhältnis hinsichtlich der Ausfalldauer abzuwägen.

Wie viele PD-Instrumente benötigen Sie tatsächlich?

Die einfachste Lösung für das zentrale Dilemma – und ja, die Situation stellt für die meisten Energieversorger tatsächlich ein Dilemma dar – lautet: Kaufen Sie kein Allzweckgerät und folgen Sie auch keiner simplen Faustregel wie „Jeder Energieversorger sollte drei Geräte besitzen“. In diesem Leitfaden reduziert ein einfacher Entscheidungsbaum – der 4-Fragen-PD-Instrumenten-Dimensionierer – das Problem auf vier Fragen und somit auf vier Entscheidungen, wodurch das Durchsuchen von Katalogen entfällt.

Die meisten Käufer kaufen zu viel, wenn sie drei (sowohl/als auch) und eine (alle/und) Frage gleichzeitig beantworten. Trennen Sie Ihre wichtigsten Güter, und Sie werden die Liste schnell reduzieren. Unser Leitfaden dazu Wie man Messgeräte zur Teilentladungsprüfung auswählt und die Checkliste Merkmale, auf die man bei einem Teilentladungsanalysator achten sollte Arbeiten Sie die Spezifikationsdetails durch.

Die Teilentladungsprüfung ist recht einfach – 15 Minuten pro Gerät –, aber für die korrekte Interpretation ist ein erfahrener Ingenieur erforderlich. Das Messgerät selbst ist sehr günstig.

6 Fehler, die die Anzahl Ihrer PD-Geräte vervielfachen

Bei übermäßig gekauften PD-Toolkits zeigen Praxiserfahrungen sechs häufige Fehler.

• 1. Die Einzelmethode. Bei der Anschaffung neuer Geräte wird ein weiteres separates Gerät benötigt. Der Kauf eines Mehrkanalanalysators ist über einen Zeitraum von drei Jahren kostengünstiger als der Kauf von drei separaten Einzelgeräten.
• 2. Unzureichende Rauschunterdrückung. Die schwer messbaren Teilentladungssignale können im Rauschen einer Maschine untergehen, deren Betriebspegel den Messwert der Teilentladung um mehr als 60 dB überschreitet. Der Austausch eines minderwertigen Filters behebt das Problem nicht; eine verbesserte Rauschunterdrückung ist erforderlich.
• 3. Kein Kalibrierungsschema. Ladungsmessung unter der Norm IEC 60270 Die Messung hängt von einem Kalibrierungsfaktor (k-Faktor) und einem Kalibrator ab, die bei jeder Änderung der Testkonfiguration neu bestimmt werden müssen. Ohne Kalibrierung ist der Messwert des Geräts bedeutungslos und ein zweites Messgerät muss zur Bestätigung angeschafft werden.
• 4. Unzureichender Sensorempfindlichkeitsbereich. Ein für GIS geeigneter Sensor wäre beispielsweise für einen Kabelanschluss ungeeignet. Vordefinierte, anlagengerechte Empfindlichkeitseinstellungen vermeiden viele ungeeignete Sonden, die aussortiert werden müssen.
• 5. Die Kostenkalkulation beim Outsourcing ist nicht zu unterschätzen. Wenn nur eine Handvoll Geräte etwa alle zwei Jahre überprüft werden, sind die Kosten für die Beauftragung eines spezialisierten externen Dienstleisters geringer als die Gesamtkosten für eine interne, hardwarebenutzende Abteilung, ganz zu schweigen von Schulungs- und Kalibrierungskosten.
• 6. Herstellerabhängigkeit. Sonden, die nur mit einem vom Hersteller gelieferten Gerät kommunizieren, erfordern bei einem Upgrade den Austausch des gesamten Kits. Ein Ausgabegerät sollte jedoch mindestens standardkonform sein und über kalibrierbare Ladungen verfügen.

Die Normen, die entscheiden, welches Instrument Sie benötigen

Warum also wird die Teilentladungsprüfung in so vielen Geräten eingesetzt? Weil es keine einheitliche Normungsorganisation gibt, die dieses Thema regelt. Normen werden entweder nach dem Messgegenstand (was wird gemessen?) oder nach der Geräteklasse klassifiziert; die jeweils geltende Norm bestimmt also, welche Geräteklasse Ihr Gerät haben darf.

Welcher Standard gilt für die Prüfung auf Teilentladungen?

Es gibt keine einheitliche Norm. IEC 60270 ist der Kernstandard für die ladungsbasierte Teilentladungsmessung, und seine vierte Ausgabe wurde 2025 veröffentlicht und ersetzte die langjährige Ausgabe von 2000. Sie steht jedoch nicht für sich allein: IEC 60270 verweist für Arbeiten mit höheren Frequenzen auf IEC TS 62478, und gerätespezifische Normen übernehmen von dort aus. IEEE 400.3 Für Kabel gilt IEEE C57.113, für Transformatoren die Normenreihe IEC 60034-27 für rotierende Maschinen. Die scheinbar grundlegende Frage „Welche Norm soll ich anwenden?“ wandelt sich dann in „Welches Gerät wird wie gemessen?“. Die Antwort auf diese Frage bestimmt schließlich die anzuwendenden Normen. Die Unterschiede in den Normen spiegeln sich auch in den benötigten Messwerkzeugen wider.

Teilentladungsprüfung vs. Hochspannungsprüfung, Verlustfaktor und Isolationswiderstand

Ein Teil der scheinbaren Geräteexplosion ist jedoch auf Verwechslungen mit anderen wichtigen Prüfnormen für Hochspannungsisolation zurückzuführen. Diese sind nicht gleichwertig, und das Wissen um die Einordnung der Teilentladungsprüfung (PD) in diese Normen kann unnötige Doppelinvestitionen verhindern.

Die einzige der vier Hochspannungsprüfmethoden, die tatsächlich einen physikalischen Fehlerpunkt lokalisiert UND eine Trendanalyse zur Anzeige der Verschlechterungsgeschwindigkeit liefert, ist die Teilentladungsprüfung (TE-Prüfung). Die Hochspannungsprüfung (HIPOT) hingegen misst etwas völlig anderes: Kann das System eine Überlastung verkraften und dabei eine intakte Isolierung beschädigen? Ein Programm, das bereits Hochspannungs- und Verlustfaktorprüfungen (tan δ) einsetzt, verzichtet nicht auf Teilentladungsprüfungen, sondern ergänzt diese aufgrund ihrer Warn-, Risikobewertungs- und Diagnosefunktionen, die keine andere Prüfmethode bietet. Wie diese Methoden zusammenwirken, erfahren Sie in unserer Übersicht. Hochspannungsprüfverfahren und ihre Anwendungen.

Stichprobenartige Prüfung vs. permanente Teilentladungsüberwachung

Die letzte Entscheidung betrifft die Wahl des Prüfgeräts: Transportieren Sie die Testausrüstung zum Objekt oder installieren Sie ein Messgerät dauerhaft. Einzelne Teilentladungsprüfungen (TE) liefern ohne Vergleich mit früheren Messungen kaum aussagekräftige Ergebnisse. Die meisten Anwender konzentrieren sich bei der Fehlererkennung eher auf den Trend der TE-Aktivität als auf eine einzelne Prüfung, wodurch sich die Problematik neu definiert.

Auch wenn es sich um ein weiteres Gerät in Ihrem Werkzeugkasten handeln mag, ersetzt das Konzept der kontinuierlichen Teilentladungsüberwachung (TE-Überwachung) effektiv eine potenziell kostspielige, fortlaufende Inspektionsreihe durch ein einziges Messgerät und erkennt zuverlässig plötzliche und sich schnell entwickelnde Fehlerzustände zwischen den planmäßigen Inspektionen. In der Regel sind die Kosten für ein einzelnes permanentes Überwachungsgerät an einem besonders kritischen Gerät, wie beispielsweise einem Transformator, deutlich geringer als die Kosten für routinemäßige, periodische Inspektionen, die Anfahrt und Arbeitszeit von Technikern erfordern. Es handelt sich nicht um ein „Wir gegen die“-Szenario: Innerhalb eines TE-Prüf- und Überwachungsprogramms arbeiten mobile Messgeräte und fest installierte Überwachungsgeräte zusammen. Hochspannungsprüfgeräte Um zu sehen, wo jedes Element passt, muss man den Bereich absuchen.

Branchenausblick: Warum sich PD-Instrumente konsolidieren

Zum Glück für alle, die das Zählen von Geräten leid sind, stimmt der Markt diesem Ansatz mit möglichst wenigen Geräten zu. Der Markt für Teilentladungsprüfgeräte, der 2025 einen Wert von rund 1.05 Milliarden US-Dollar erreichte, soll bis 2034 die Marke von 1.85 Milliarden US-Dollar überschreiten – mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von fast 6.7 %. Die Prognosen der einzelnen Unternehmen variieren jedoch. Derzeit wird der Großteil des Umsatzes mit Tisch- und Desktop-Geräten erzielt, Marktforscher prognostizieren aber ein signifikantes Wachstum für tragbare und multifunktionale Systeme.

Wenn Sie 2026 Geräte kaufen möchten, werden Sie zwei wesentliche Veränderungen erleben. Erstens: Es wird immer mehr Mehrkanalgeräte geben, die TEV-, UHF-, HFCT- und akustische Eingänge in einem einzigen Analysator integrieren – eine Art „universelles“ Diagnosegerät. Dadurch reduziert sich die Anzahl der in diesem Artikel genannten Geräte praktisch auf null! Zweitens: Der Trend geht weg von seltenen, manuellen Tests hin zu kontinuierlicher Online-Überwachung. Immer kleinere Sensoren und Mustererkennung mithilfe von KI/maschinellem Lernen machen permanente Überwachungssysteme endlich praktikabel.

Keine Sorge, auch die Normenexperten haben die Entwicklung im Blick: Die vierte Ausgabe der IEC 60270, der wichtigsten IEC-Norm für Ladungsmessungen, erscheint voraussichtlich 2025. Ihr nächstes Analysegerät sollte daher der vierten Ausgabe entsprechen. Wenn Sie 2026 ein oder mehrere Geräte kaufen, wählen Sie ein normkonformes Multifunktionsgerät statt eines Geräts mit nur einer Funktion. Das ist die Lösung für die große Anzahl an Geräten.

Häufig gestellte Fragen