Teilentladung

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Verfasst von Giuseppe Juliano

Teilentladung bezeichnet eine lokale elektrische Entladung, die nur einen begrenzten Bereich eines Isolationssystems betrifft und nicht den vollständigen Durchschlag zwischen zwei Elektroden darstellt. Sie tritt auf, wenn die elektrische Feldstärke in kleinen Bereichen die Durchschlagsfestigkeit des Mediums übersteigt, während die Gesamtisolation noch intakt bleibt.

Einfach gesagt: Die Isolation hält noch, wird aber an einzelnen Stellen bereits geschädigt. Teilentladungen sind deshalb besonders kritisch, weil sie schleichend wirken und langfristig zum vollständigen Isolationsversagen führen können.

In der Elektroindustrie, im Motoren- und Generatorenbau sowie bei Hochspannungsanwendungen gilt Teilentladung als einer der wichtigsten Alterungsmechanismen von Isolationssystemen.

Physikalische Grundlagen der Teilentladung

Teilentladungen entstehen durch inhomogene elektrische Felder. Diese entstehen typischerweise an Stellen, an denen Materialübergänge, Lufteinschlüsse oder Geometrieänderungen vorhanden sind.

Typische Entladungsorte sind:

  • Gasgefüllte Hohlräume innerhalb fester Isolierstoffe

  • Grenzflächen zwischen unterschiedlichen Materialien

  • Scharfe Kanten oder Spitzen mit Feldüberhöhung

  • Oberflächenbereiche mit Verschmutzung oder Feuchtigkeit

Die Entladung ionisiert das Medium lokal, erzeugt kurzzeitige Stromimpulse und setzt Energie in Form von Wärme, UV-Strahlung und chemisch reaktiven Teilchen frei.

Arten von Teilentladungen

Je nach Entstehungsort unterscheidet man mehrere Formen:

Innere Teilentladung

Tritt in Hohlräumen oder Poren innerhalb eines festen Isolierstoffs auf. Besonders kritisch, da sie schwer detektierbar ist und direkt im Material wirkt.

Oberflächen-Teilentladung

Entsteht entlang von Isolationsoberflächen, meist bei Verschmutzung, Feuchtigkeit oder unzureichenden Kriechwegen.

Koronaentladung

Eine spezielle Form der Teilentladung in Gasen, typischerweise in Luft. Sie tritt an scharfen Kanten oder Drähten auf und ist oft von hörbarem Knistern begleitet.

Rand- und Kantenentladung

Lokale Entladungen an Übergängen zwischen Leiter, Isolation und Luft, häufig verursacht durch schlechte Geometrie oder Montagefehler.

Ursachen für Teilentladung

Teilentladungen sind selten zufällig. Häufige Ursachen sind:

  • Lufteinschlüsse durch unzureichende Imprägnierung

  • Ungeeignete Materialkombinationen mit unterschiedlicher Permittivität

  • Zu geringe Kriech- und Luftstrecken

  • Scharfe Kanten, Grate oder enge Biegeradien

  • Thermische Alterung und Rissbildung

  • Feuchtigkeitseintrag oder Verschmutzung

  • Erhöhte Betriebsspannung oder schnelle Spannungstransienten

Gerade bei Hochspannungs- und Mittelspannungsmaschinen verstärken sich diese Effekte gegenseitig.

Auswirkungen auf Isolationssysteme

Teilentladung führt nicht sofort zum Ausfall, verursacht aber progressive Schädigung:

  • Chemische Zersetzung der Isolation

  • Erosion und Materialabtrag

  • Mikrorisse und Delamination

  • Reduktion von Durchschlagsfestigkeit und Isolationswiderstand

  • Beschleunigte thermische Alterung

Langfristig endet dieser Prozess fast immer im vollständigen Durchschlag.

Teilentladung in Motoren, Generatoren und Transformatoren

In elektrischen Maschinen tritt Teilentladung besonders häufig auf bei:

  • Formspulen und Feldspulen mit unvollständiger Imprägnierung

  • Mica- oder Laminatisolationen mit Hohlräumen

  • Hochspannungswicklungen über etwa 3 kV

  • Hairpin-Wicklungen mit engen Radien und Materialübergängen

  • Übergängen zwischen Leiter, Lagenisolation und Groundwall

Deshalb ist Teilentladungsfestigkeit ein zentrales Kriterium bei der Auslegung moderner Isolationssysteme.

Messung und Bewertung von Teilentladung

Teilentladungen werden typischerweise nach IEC 60270 gemessen.

Gängige Kenngrößen:

  • Teilentladungsladung in Pikocoulomb (pC)

  • PD-Einsatzspannung (PDIV): Spannung, bei der Teilentladung beginnt

  • PD-Löschspannung (PDEV): Spannung, bei der Teilentladung endet

Messmethoden:

  • Elektrische PD-Messung nach IEC 60270

  • Hochfrequenzmessung (HF, UHF)

  • Akustische Emissionsmessung

  • Online-Überwachung bei rotierenden Maschinen

Je niedriger die gemessene Teilentladung bei Nennspannung, desto höher ist die Qualität des Isolationssystems.

Maßnahmen zur Vermeidung von Teilentladung

Konstruktive und prozessuale Maßnahmen sind entscheidend:

  • Verwendung teilentladungsfester Materialien wie Mica, Nomex oder Polyimid

  • Mehrlagige Groundwall-Isolationssysteme

  • Saubere Kantenführung und ausreichende Biegeradien

  • Porenfreie Imprägnierung, idealerweise VPI

  • Optimierte Kriech- und Luftstrecken

  • Vermeidung harter Materialübergänge ohne Ausgleichslagen

In der Praxis ist Teilentladungsvermeidung immer ein Systemthema, nicht nur eine Materialfrage.

GOBA Fazit

Teilentladung ist einer der wichtigsten Frühindikatoren für Isolationsschäden in elektrischen Maschinen. Sie wirkt lokal, schleichend und zerstörerisch. Wer Teilentladung nicht beherrscht, riskiert vorzeitige Ausfälle, hohe Wartungskosten und Sicherheitsprobleme. Für zuverlässige Isolationssysteme sind saubere Konstruktion, geeignete Materialkombinationen und kontrollierte Imprägnierprozesse entscheidend. In der Elektroisolationsindustrie ist Teilentladungsfestigkeit daher kein Zusatzmerkmal, sondern ein zentrales Qualitätskriterium.

Kontaktieren Sie uns gerne, um die optimale Lösung für Ihre Anforderungen zu finden.

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FAQ zur Teilentladung

  • Eine lokale elektrische Entladung innerhalb oder auf der Oberfläche einer Isolation, ohne vollständigen Durchschlag.

  • Nein. Viele Teilentladungen sind unsichtbar und nur messtechnisch erfassbar.

  • Das hängt vom Isolationssystem ab. Kritisch wird es häufig ab Mittelspannung, also oberhalb von etwa 3 kV.

  • Durch geeignete Materialien, porenfreie Imprägnierung, saubere Geometrien und ausreichende Kriechstrecken.

Giuseppe Juliano
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