Die HVDC-Prüfsysteme von DEMIKS führen Gleichspannungsprüfungen an Umrichtertransformatoren, Umrichterventilen, Gleichstromdurchführungen, Kabelmänteln, 66-150-kV-Kabelzubehör, Überspannungsableitern und nicht-XLPE-Isolierungen durch. Die Prüfsysteme gewährleisten eine Spannungsvervielfacher-Gleichrichtertopologie, eine Messgenauigkeit von 1.0 % des Messwerts + 2 Digits und eine Gleichspannungswelligkeit von unter 3 % gemäß IEC 60060-1.
Für HGÜ-Projektanlagen – Umrichtertransformatoren, Umrichterventile, Gleichstromdurchführungen, HGÜ-Kabel – ist die HGÜ-Spannungsfestigkeitsprüfung der natürliche Abnahmetest, da die Anlagen im Betrieb mit Gleichstrom betrieben werden. Wechselstromprüfungen würden die dielektrische Beanspruchung, der die Isolierung täglich an der Leitung ausgesetzt ist, nicht simulieren. Bei Überspannungsableitern, Keramik- und Polymerisolatoren, Kabelmänteln und 150-kV-Kabelzubehör deckt die HGÜ-Prüfung lokale Schwachstellen auf, die bei Wechselstromprüfungen möglicherweise verdeckt werden, da dabei eine sehr geringe Prüfleistung (kVA) an die Quelle angelegt wird.
Offshore-Windparks, grenzüberschreitende Verbindungsleitungen und interregionale Netzverbindungen nutzen HGÜ für die verlustarme Gleichstromübertragung über Tausende von Kilometern und zur Netzstabilität bei schwankender erneuerbarer Energieerzeugung. Die Umrichtertransformatoren, Ventile und Gleichstromdurchführungen, die diese Verbindung ermöglichen, arbeiten während ihrer gesamten Lebensdauer im stationären Gleichstrombetrieb. Daher ist ihre dielektrische Auslegung auf Gleichfeldbeanspruchung ausgelegt – und sie werden im Werk durch Gleichstrom- und nicht durch Wechselstromprüfungen abgenommen. Ein Testsystem, das in kundenspezifischen Konfigurationen 800 kV erreicht, entspricht den Nennspannungen heutiger 500-kV- und 800-kV-HGÜ-Systeme.
Das Ausgangssignal ist eine stabile Gleichspannung mit einer Restwelligkeit unter 3 % (gemäß IEC 60060-1), einem Strom bis zu 5 mA für Anwendungen mit langen Kabelstrecken und einer Messgenauigkeit von (1.0 % des Messwerts + 2 Digits). Auf der Hochspannungsseite befindet sich ein hochpräziser Spannungsteiler; ein Mikroampere-Stromsensor erfasst den Leckstrom und speichert ihn in Excel oder als CSV-Datei.
Deshalb bleibt die HVDC-Prüftechnik die Referenz für die Werksabnahmeprüfung (FAT) von HVDC-Projekten und das Diagnoseverfahren der Wahl für nicht extrudierte Isolierungen.
Zwei Produktionskonfigurationen dominieren den überwiegenden Teil der Aufträge für HVDC-Projekte, die Abnahme von Kabelzubehör, Überspannungsableiter und Forschungsarbeiten; die dritte ist eine Sonderanfertigung für die Prüfung von 500-kV-Umrichtertransformatoren und die Werksabnahmeprüfung (FAT) von HVDC-Ventilhallen.
| Parameter | Plug-and-Play-Betrieb | Intelligent | Kundenspezifisches HVDC |
|---|---|---|---|
| Ausgangsspannungsbereich | 60–400 kV Gleichstrom | 60–600 kV Gleichstrom | bis zu 800 kV Gleichstrom |
| Dauerstrombelastbarkeit | 0.5 / 1 / 5 mA | 5 / 10mA | gemäß Projektspezifikation |
| Spannungsregulierung | abgestuft oder kontinuierlich | kontinuierlich | kontinuierlich |
| Restwelligkeit | < 3 % (IEC 60060-1) | <3% | <3% |
| Meßgenauigkeit | ±(1.0 % vom Messwert + 2 Ziffern) | ±(1.0 % vom Messwert + 2 Ziffern) | gemäß Projektspezifikation |
| Leckstromauflösung | µA-Pegel | µA-Pegel | µA-Pegel |
| KI-Erdungsmonitor | - | inklusive | inklusive |
| Remote control | optional | inklusive | inklusive |
| Datenexport | Excel / CSV | Excel / CSV + Remote | Excel / CSV + Remote |
Die Auswahl eines DEMIKS-HGÜ-Testsystems, eines Aufwärtstransformators oder eines importierten Kaskaden-Spannungsvervielfachers hängt von vier praktischen Faktoren ab: der Nennleistung in kVA an der Quelle, der Messgenauigkeit, der akkumulierten Isolationsverschlechterung und den Investitionskosten am Ende der Lebensdauer über ein Jahrzehnt Betrieb. Die folgende Tabelle vergleicht das DEMIKS-Design mit einer Standard-Gleichstrom-Testtransformator-Baugruppe und einem hochwertigen modularen Kaskaden-Spannungsvervielfacher mit gleicher Ausgangsleistung.
| Abmessungen | DEMIKS HVDC | Gleichstrom-Testtransformator | Kaskadierter Spannungsvervielfacher |
|---|---|---|---|
| Schaltungstopologie | Spannungsvervielfacher-Gleichrichter | Aufwärtstransformator + Gleichrichter | Modularer Kaskadenverdoppler |
| Spannungsbereich | 60–800 kV kundenspezifisch | 60–300 kV typisch | bis zu 1600–2000 kV |
| Meßgenauigkeit | ±(1.0 % vom Messwert + 2 Ziffern) | ±3 – ±4 % typisch | ±1 – ±2 % |
| Restwelligkeit | < 3 % gemäß IEC 60060-1 | 3–5 % typisch | <3% |
| Quelle kVA-Bedarf | niedrig (Gleichstrom mit niedrigem Strom) | große (reaktive Wechselstrommagnetisierung) | mittlere |
| Leckstromauflösung | µA-Pegelsensor | mA-Pegel typisch | µA-Pegel |
| KI-Erdungsmonitor | enthalten (Intelligente Stufe) | - | - |
| Datenexport | Excel-/CSV-nativ | manuell oder proprietär | Anbietereigenes Eigentum |
| Kumulative Schädigung von Nicht-XLPE | niedrig (inhärent für DC) | niedrig | niedrig |
| Kapitalkosten (relativ) | 1.0 × | 1.1–1.4 × | 2.5–4.0 × |
Erstens arbeitet ein Spannungsvervielfacher-Gleichrichter prinzipiell mit niedrigen Strömen und hohen Spannungen und benötigt daher eine geringe Scheinleistung (kVA) – genau das Gegenteil dessen, was ein Gleichstrom-Testtransformator von der Stromversorgung des Umspannwerks benötigt. Zweitens sind Genauigkeitsangaben, die als „hohe Präzision“ ohne Toleranzangabe bezeichnet werden, nicht vergleichbar; die DEMIKS-Kette ist auf ±(1.0 % vom Messwert + 2 Digits) kalibriert, und das Zertifikat wird mit dem Gerät mitgeliefert. Unpräzise Herstellerangaben wie „präzise Prüfung“ oder „geringe Teilentladung“ ohne Angabe einer Toleranz führen bei der Bewertung von Angeboten schnell zum Ausschlusskriterium.
Die gleiche Messkette führt eine Isolationswiderstandsprüfung über den Leckstrom unter konstanter Gleichspannung durch – ein anderes Diagnoseverfahren als die Hochspannungsprüfung. Bei einem typischen industriellen Prüfling (DUT) beginnt das Verfahren mit einer Messung des Isolationswiderstands bei niedriger Spannung, um die Integrität des Ausgangszustands sicherzustellen. Anschließend wird die Spannung bis zur Nenn-Gleichspannungsfestigkeit erhöht. Beide Messwerte werden im Prüfprotokoll dokumentiert, sodass das Qualitätssicherungsteam des Kunden die Isolationsverschlechterung über verschiedene Produktionschargen hinweg vergleichen kann.
Das HVDC-Prüfsystem bewährt sich bei einigen wenigen spezifischen Aufgaben. Keine davon ist die „Abnahme aller Kabel“ – IEC 62067 hat dies für XLPE oberhalb von 150 kV ausgeschlossen –, aber jede einzelne Aufgabe bewältigt das System besser als jede Wechselstromalternative.
Umrichtertransformatoren, Umrichterventile und Gleichstromdurchführungen sind für den Gleichstrombetrieb ausgelegt; ihre dielektrische Auslegung berücksichtigt das stationäre Gleichstromfeld, nicht das Wechselfeld einer Netzfrequenzprüfung. Die CIGRE-Broschüre 697 (Prüfung und Inbetriebnahme von VSC-HGÜ-Systemen) beschreibt das mehrstufige Prüfprogramm – Werksdielektrikumprüfung, Temperaturwechselprüfung, Ventilprüfung und Prüfung des Übertragungssystems. Ein kundenspezifisches 800-kV-HGÜ-Prüfsystem von DEMIKS wurde gemäß diesem Programm konfiguriert, die Dokumentation ist auf die Messsystemspezifikationen IEC 60060-1 und IEC 60060-2 rückführbar.
Für die Prüfung von Kabelmänteln wird eine Gleichspannung zwischen dem metallischen Schirm und einer externen Erdung angelegt, typischerweise 10 kV oder 20 kV, abhängig vom Manteltyp. IEEE Std 400 dokumentiert das Verfahren und die Kriterien für „bestanden/nicht bestanden“; IEC 60229 legt die umfassenderen Anforderungen an die Isolations- und Mantelintegrität von Kabeln fest, die in rauen Umgebungen eingesetzt werden. Eine 60-kV-Basis-HGÜ-Anlage führt die Mantelprüfung für das gesamte Mittel- und Hochspannungskabelnetz durch.
IEC 60840:2020 empfiehlt Prüfungen nach der Installation bei 1.73 Uo oder 2.0 Uo für Kabelsysteme über 30 kV bis 150 kV. Die Basisnorm verwendet die Wechselspannungsfestigkeit, einige nationale Spezifikationen ergänzen diese jedoch um eine Gleichspannungsfestigkeitskomponente für die Mantelintegrität und die Inbetriebnahme von Verbindungen. Mit einem 100-kV-isolierten Anschlussdraht und einer Standard-HGÜ-Anlage wird eine typische 66-kV-Verbindungs- und Abschlussabnahmeprüfung mit der doppelten Nennspannung für 15 bis 60 Minuten durchgeführt, wobei der Leckstrom alle 5 Minuten protokolliert wird – kontrollierter Spannungsanstieg mit 1 bis 2 kV/s, langsamer Spannungsabfall nahe der Zielspannung, kontrollierte Entladung mit ≤ 2 kV/s über den dedizierten Entladewiderstand für mindestens 5 Minuten.
Metalloxid-Überspannungsableiter werden mittels Gleichspannungsfestigkeits- und Referenzspannungsmessung bei 1 mA charakterisiert; der Leckstrom bei der Referenzspannung dient der Diagnose. Porzellan- und Polymerisolatoren, kapazitive Messwandler, Papier-Öl-Durchführungen und Isolierungen rotierender Maschinen eignen sich für Gleichspannungsprüfungen ohne die bei XLPE auftretende Wasserbaumbildung.
Große Generatorstatorwicklungen und Hochspannungs-Traktionsmotoren stellen eine ruhige, aber konstante Belastung für ein HGÜ-Testsystem dar. Die Gleichstromfestigkeitsprüfung der Nutzellen-Grundwandisolierung deckt Fehlerarten auf – Feuchtigkeitseintritt, Erosionsstellen durch Teilentladungen, geschwächte Isolierung –, die Ausfallstatistiken und Zuverlässigkeitskennzahlen im Kraftwerkspark beeinflussen. Der Mikroampere-Leckstromsensor bietet die optimale Diagnoseauflösung für Wicklungen, bei denen Wechselstrom-Dielektrizitätsverluste einen lokalen Defekt verdecken würden. Für Forschungslabore, die die Alterung von Isolierungen untersuchen, ermöglicht dieselbe Konfiguration kontrollierte Lebensdauertests, bei denen der Betreiber eine stationäre Gleichstrombelastung ohne die transiente Komponente eines Wechselstromtests wünscht.
Alle DEMIKS-HGÜ-Prüfsysteme verfügen über eine veröffentlichte Konformitätsbasislinie. Das Hochspannungsprüfverfahren selbst basiert auf IEC 60060-1, die Messung auf IEC 60060-2, die Teilentladungsprüfung auf IEC 60270 und die Kabelanwendung auf IEC 60840 und IEEE 400.
Die IEC 62067-Spezifikationen für extrudierte Stromkabel und Zubehör mit Nennspannungen über 150 kV (Um = 170 kV) bis 500 kV (Um = 550 kV) schreiben für diese Anwendungen Wechselspannungsprüfungen vor, nicht Gleichspannungsprüfungen. Die branchenweit anerkannten Fakten sind: Gleichspannung führt zu einer ungleichmäßigen elektrischen Feldverteilung im XLPE-Material, erzeugt Raumladungszonen in den mikroskopischen Poren des Dielektrikums, beschleunigt das Wachstum von Wasserkristallen in der feldgealterten Isolierung, und die äquivalente Kabellebensdauerbelastung entspricht der Wechselspannung. IEEE 400.2 unterstützt dies mit der Empfehlung, für die Alterungsdiagnostik extrudierter Kabel VLF anstelle von Hochspannungs-Gleichspannung zu verwenden.
Die HVDC-Prüfsysteme von DEMIKS sind für Prüfobjekte konzipiert und werden vertrieben, bei denen die Gleichspannungsprüfung die korrekte Methode darstellt: HVDC-Projektausrüstung, Kabelmantelintegrität, Kabelzubehör bis 150 kV gemäß den erweiterten Prüfverfahren nach IEC 60840, Überspannungsableiter, nicht extrudierte Isolierung und HV-Forschungsanwendungen. Wir empfehlen das System nicht für die Abnahme von XLPE-Kabeln über 150 kV; hierfür ist eine Wechselspannungsprüfung erforderlich. Das passende DEMIKS-Produkt für Hochspannungsprüfungen extrudierter Kabel ist das DEMIKS-Wechselspannungs-Resonanzprüfsystem. Für die Überprüfung von Blitzstoßspannungen, Schaltstoßspannungen und Impulsspannungsprüfungen mit gehackten Wellen siehe das DEMIKS-Impulsspannungsprüfsystem CJDY.
Die drei Grundprinzipien für HVDC-Testsystemprojekte, die im DEMIKS-Ingenieurhandbuch aufgeführt sind, werden von Testingenieuren als wertvoll erachtet, da sie das Testobjekt schützen und den Bediener unterstützen.
Die Generatorausgangsspannung muss mindestens das 1.2-fache der erforderlichen Prüfspannung betragen. Für die Abnahme von 66-kV-Kabelzubehör gemäß IEC 60840 bei 2 Uo bedeutet dies ein HGÜ-System mit einer Dauerspannung von mindestens 90 kV; die 100-kV-Klasse stellt die praktische Untergrenze mit einer Toleranz für Teilerfehler dar.
Bemessungsstrom = 1.5-facher geschätzter Ableitstrom des Prüflings. Mindestwert von 5 mA für HGÜ-Fernleitungen und große Lasten; 0.5–1 mA sind für Überspannungsableiter und Trockenisolatoren ausreichend.
Standardkonfiguration für routinemäßige Tests in einer kontrollierten Umgebung geeignet; Intelligente Konfiguration, wenn KI-gestützte Überwachung, Fernsteuerung, Fehlerprotokollierung oder unbeaufsichtigte Tests gewünscht sind; Kundenspezifische 800-kV-FAT für HVDC-Projekte.
Jedes HGÜ-Testsystem wird individuell an das jeweilige Testobjekt, die Betriebsumgebung und die geltenden Regeln und Vorschriften angepasst. Die Parameter, die den Endpreis beeinflussen:
Online-Berechnungs- und Konfigurationsprogramme, die für Hochspannungsprüfingenieure entwickelt wurden, um präzise Parameter und strikte IEC/IEEE-Konformität zu gewährleisten.
Ein Gleichstrom-Hochspannungsprüfgerät legt eine stabile Gleichspannung an, um die Isolation von Hochspannungsanlagen zu prüfen und anschließend den Leckstrom zu messen, um die dielektrische Integrität zu beurteilen. Die Begriffe Hochspannungsprüfgerät und Hochspannungsprüfgerät werden synonym verwendet; in der Praxis von Hochspannungsnetzbetreibern bezeichnet ein Gleichstrom-Hochspannungsprüfgerät den integrierten Schaltschrank, der den Spannungsvervielfacher-Gleichrichter, den Spannungsteiler, das Mikroamperemeter sowie die Steuer- und Entladekomponenten enthält. Das DEMIKS-HGÜ-System basiert auf einem Spannungsvervielfacher-Gleichrichter vom Typ Cockcroft-Walton mit Nennspannungen von 60 kV bis 800 kV in kundenspezifischen Konfigurationen.
Bei einem Gleichstrom-Hochspannungstest wird eine Spannung oberhalb der Betriebsspannung für eine festgelegte Dauer (typischerweise 15 bis 60 Minuten) angelegt. Das Gerät gilt als bestanden, wenn kein Überschlag auftritt. Ein Gleichstrom-Ableitstromtest hält die Spannung stabil und zeichnet alle fünf Minuten die Ableitstromkurve auf. Ein konstanter oder abklingender Strom deutet auf eine gute Isolation hin, während ein ansteigender oder plötzlicher Sprung auf interne Defekte wie Luftspalte, Feuchtigkeit oder Delamination hinweist. Das DEMIKS-HGÜ-System führt beide Funktionen mit derselben Spannungsvervielfacher- und Mikroampere-Sensorkette aus.
Die Wechselstrom-Hochspannungsprüfung (AC-Hochspannungsprüfung) belastet die Isolierung mit Netzfrequenz, was der Betriebsbelastung von Wechselstromsystemen entspricht und dem IEC-Standard für XLPE-Kabel entspricht. Die Gleichstrom-Hochspannungsprüfung (DC-Hochspannungsprüfung) legt eine stabile Gleichspannung an, wodurch Leckströme bei sehr niedrigen Prüfleistungen (kVA) gemessen werden können. Zudem werden lokale Schwachstellen erkannt, die bei Wechselstromprüfungen verdeckt werden können, und die kumulative Schädigung der Nicht-XLPE-Isolierung wird reduziert. Für HGÜ-Projektkomponenten wie Umrichtertransformatoren und Gleichstromdurchführungen ist die Gleichstrom-Hochspannungsprüfung die einzige Prüfung, die der Betriebsbelastung entspricht.
Die Norm IEC 62067 schreibt Wechselspannungsprüfungen für extrudierte (XLPE-)Kabel von 150 kV bis 500 kV vor. Gleichspannungsprüfungen an modernen XLPE-Kabeln beschleunigen die Bildung von Wassersäulen, führen zur Akkumulation von Raumladungen, die das elektrische Feld verzerren, und spiegeln die Belastung im Wechselstrombetrieb nicht wider. Das DEMIKS-HGÜ-System ist für zulässige Gleichspannungsprüfungen ausgelegt: HGÜ-Projektausrüstung (Umrichtertransformator, Umrichterventil, Gleichstromdurchführung), Kabelmantelintegrität gemäß IEEE 400 und IEC 60229, Kabelzubehör für 66 bis 150 kV gemäß den erweiterten Prüfungen nach IEC 60840, Überspannungsableiter, Nicht-XLPE-Isolierung und HGÜ-Forschung.
Wählen Sie die Basiskonfiguration für routinemäßige Abnahmeprüfungen in einem kontrollierten Labor, mit einer einzigen Spannungsebene, manueller Bedienung per Touchscreen und Datenexport nach Excel/CSV. Die intelligente Konfiguration eignet sich für KI-gestützte Erdungsüberwachung, automatische Fehlererfassung, unbeaufsichtigte Prüfungen oder Fernsteuerung außerhalb des Hochspannungsbereichs. Kundenspezifische Konfigurationen bis 800 kV werden für die Werksabnahmeprüfung (FAT) von HGÜ-Projekten und die Prüfung von ±500-kV-Umrichtertransformatoren realisiert.
Die DEMIKS-Auswahlregel ist anzuwenden: Die Generatorausgangsspannung muss mindestens das 1.2-fache der erforderlichen Prüfspannung betragen. Für die Abnahme von 66-kV-Kabelzubehör gemäß IEC 60840 beträgt die Prüfspannung typischerweise 1.73 Uo oder 2.0 Uo, wobei Uo die Spannung zwischen Phase und Erde ist. Ein 100-kV-Anschlusskabel und ein HGÜ-System mit einer Nennspannung von 150 kV oder höher bieten ausreichende Reserve und vermeiden Koronaentladungen an den Anschlusspunkten.
Jedes System wird mit hochspannungsisolierten Anschlussleitungen (belastbar über der Prüfspannung), einer niederohmigen Erdungsleitung, einem speziellen Prüfvorrichtungssatz, Ausgleichs- oder Gradationsringen zur Feldsteuerung am Hochspannungsende und einem speziellen Entladewiderstand geliefert. Für wassergefüllte CTT-Kabelanschlüsse wird eine Wasseraufbereitungsanlage für deionisiertes Wasser separat mitgeliefert. Für die Feldinstallation sind ein Erdungswiderstand unter 4 Ohm und ein freier Sicherheitsbereich für die Prüfung unter Spannung erforderlich.
Die Lieferzeit ist abhängig von Spannungsklasse, Stromstärke und Intelligenzstufe. Standardmäßige Basiskonfigurationen umfassen die Werksfertigung, interne Abnahme, begleitete Werksabnahmeprüfung (FAT) gemäß Kundenspezifikation, See- oder Luftfracht, Installation vor Ort, Systemabnahmeprüfung (SAT) und Bedienerschulung. Konfiguration, Meilensteinplan und Garantiebedingungen werden in der Projektplanungsphase festgelegt – fordern Sie einen auf Ihre Spannungsklasse und Ihr Prüfobjekt zugeschnittenen Projektplan an.
Ja. Die intelligente Konfiguration bietet Fernsteuerung über Glasfaser- oder Kabelverbindung, ein KI-gestütztes Erdungsüberwachungsmodul, das Spannungsanstiege bei unzuverlässiger Erdung verhindert, sowie eine automatische Fehlerprotokollierung zur Nachanalyse. Der Bedienpult kann außerhalb des unmittelbaren Hochspannungsbereichs platziert werden, was den Sicherheitsvorgaben der IEC 60060-1 für HGÜ-Prüfumgebungen entspricht.
Die Spannung wird mit einer Rate von maximal 2 kV/s auf null reduziert. Anschließend wird das Prüfobjekt mindestens 5 Minuten lang über den dafür vorgesehenen Entladewiderstand gegen Erde entladen. Kabelsysteme und kapazitive Lasten speichern nach der Gleichspannungsprüfung noch erhebliche Ladungen. Eine kontrollierte Entladung beseitigt das Risiko von Restspannungen und schützt sowohl das Personal als auch die Isolierung. Die Bedienungsanleitung gibt die Entladezeiten je nach Spannungsklasse und Lastkapazität an.
Nennen Sie uns Ihre Spannungsklasse, Nennstromstärke, Prüfobjekt und Normen – wir senden Ihnen eine Konfiguration mit Lieferzeit, Zubehör und Kalibrierbereich zurück.
