Abstract:

Das Versagen der Windungsisolierung erfolgt stets als Folge einer elektrischen Alterung durch auftretende Teilentladungen in den luftgefüllten Hohlräumen und in den Fehlstellen zwischen einander berührenden Lackdrähten (Zwickel). Die Teilentladungen bewirken eine mechanische, thermische, chemische und elektrische Erosion der festen Isolierstoffe. Diese werden solange abgebaut, bis die Teilentladungen die Gegenelektrode erreichen und damit der Durchschlag eintritt. Die reine Feldalterung und die zusätzliche Aufheizung durch die dielektrischen Verluste spielen bezüglich der Alterungsprozesse meist nur eine untergeordnete Rolle. Solange keine Teilentladungen vorhanden sind, wird die Lebensdauer der Motoren fast ausschließlich durch thermische Alterungsprozesse bestimmt. Treten jedoch Teilentladungen auf, kommt es bei Verwendung von herkömmlichen Isolierlacken (Standardlacken) schneller als gewollt zum Ausfall. Erst durch die Verwendung der neuen Generation von Teilentladungsstabilen Isolierlacken kann eine gewisse Überschreitung der Teilentladungseinsetzspannung und damit das Auftreten von Teilentladungen toleriert werden. In welchen Umfang eine solche Tolerierung möglich ist, werden Untersuchungen mit einer größeren Probenanzahl zeigen müssen. Die bisher erreichten Lebensdauerwerte von ungetränkten Twisten aus siliziummodifiziertem Lackdraht unter Teilentladungsbedingungen von über 10.000 h bei einer Umgebungstemperatur von 155°C zeigen deutlich, dass es mit dieser Generation von Lackdrähten möglich ist, eine hohe Betriebssicherheit zu gewährleisten. Bisher konnte bei Untersuchungen zur elektrischen Alterung der Windungsisolierung von kompletten Maschinen bei Belastung mit Impulsspannungen oder am Frequenzumrichter die Teilentladungseinsetzspannung nur abgeschätzt und nicht gemessen werden. Deshalb mussten oft langwierige und kostenintensive Lebensdauerversuche durchgeführt werden, um eine entsprechende Lebensdauererwartung der Motoren am Frequenzumrichter praktisch nachzuweisen zu können. Durch das in dieser Arbeit entwickelte TE-Messsystem ist es jetzt jedoch möglich, Teilentladungen nicht nur bei Sinus- oder Gleichspannung, sondern auch direkt während des Betriebes am Frequenzumrichter nachzuweisen. Dies hat den Vorteil, dass von nun an eine sehr schnelle und präzise Prüfung von unterschiedlichen Motor- und Isolationdesigns möglich ist. Die Empfindlichkeit des Messsystems ist dabei so hoch, dass in einem getränkten, mit Standarddrahtlack gewickelten und ohne Phasentrenner aufgebauten Motor Teilentladungen (beim Betrieb am Frequenzumrichter) bereits über 2.700 h vor dem Versagen der Isolation nachgewiesen werden konnten. Trotz dieser hohen Empfindlichkeit ist die Möglichkeit einer genauen Angabe der Restlebensdauer bisher noch nicht gegeben, da aufgrund der ausgeprägten statistischen Varianz der Isolationsdegration durch Teilentladungsprozesse an komplexen Motorisolationen eine viel höhere Probenanzahl untersucht werden muss, als im Rahmen dieser Arbeit möglich war, um eine akzeptable statistische Sicherheit zu erlangen. Der Einfluss einer sehr guten Tränkung auf die Lebensdauer von Motoren ohne Phasentrenner ist erheblich. Wenn die Lebensdauererhöhung durch die Tränkung der mit Standardlackdraht ausgerüsteten Motoren durch Wahl eines kompatiblen Tränkmittels auch auf Motoren mit siliziummodifiziertem Drahtlack übertragbar wird, würde deren Lebensdauer, trotz des Verzichtes von Phasentrennern, Werte im Bereich von 40.000 h erreichen. Damit wird es in Zukunft möglich sein, Antriebe zu projektieren, die trotz des Verzichts auf Phasentrenner am 400 V-Frequenzumrichter in allen Betriebsarten auf lange Zeit sicher sind.