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DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE

Einführungsbeitrag

Das Technische Komitee IEC/TC 42 "Hochspannungs-Prüftechnik" hat die Revision der beiden grundlegenden Normen der Hochspannungsprüftechnik mit der Vorlage der jeweils dritten Ausgabe abgeschlossen. Die damit beschäftigten Maintenance Teams MT 4 (Leitung: J. Rungis, Australien) und MT 3 (Leitung: W. Hauschild, Deutschland) hatten ihre Arbeit 2004 beziehungsweise 2005 aufgenommen. Die europäische und die deutsche Normung werden die Normen vollinhaltlich übernehmen, über einige redaktionelle Änderungen soll noch entschieden werden.
Beide Normen sind gültig für Hochspannungsprüfungen an Betriebsmitteln mit Nennspannungen zwischen 1 kV und 800 kV (AC) beziehungsweise 600 kV (DC). Für die inzwischen eingeführten UHV - Nennspannungen bis 1 200 kV werden diese Normen nicht in vollem Umfang anwendbar sein. Das IEC/TC 42 hat deshalb die Arbeitsgruppe WG 19 (Leitung: E. Gockenbach, Deutschland) gegründet, die notwendige Änderungen und Ergänzungen behandelt. In den beiden horizontalen Normen, die vom IEC für die "vertikalen" Gerätestandards empfohlen, aber nicht zwingend vorgeschrieben werden, wurde die bisherige Gliederung weitgehend beibehalten. Im Folgenden wird deshalb vorwiegend auf die Änderungen gegenüber der zweiten Ausgabe eingegangen, die IEC/TC 42 als wesentliche Verbesserungen ansieht:
IEC 60060-1, Ed. 3.0 (bearbeitet durch MT 4), behandelt nach dem üblichen Kapitel zu Begriffen und Definitionen allgemeine Bedingungen für Hochspannungsprüfungen wie Anordnung des Prüfobjekts, Korrekturen auf Bezugsatmosphäre für Luftisolierungen sowie Regenprüfungen (Prozedur wurde vereinfacht.). Leider konnte wegen fehlenden experimenteller Daten eine Erweiterung der Korrekturempfehlungen auf absolute Feuchten > 15 g/m³ und Höhen größer 2 500 m sowie auf Grenzflächen in Luft nicht vorgenommen werden. Für Fremdschichtprüfungen wird wie bisher auf IEC 60507 (Isolatoren) verwiesen.
Anschließend werden die Anforderungen an Prüfungen mit Gleich-, Wechsel-, Blitzstoß- und Schaltstoßspannungen behandelt. Für Gleich- und Wechselspannung wird zusätzlich zu den bisherigen Parametern ein durch intensive Vorentladungen verursachter, zulässiger kurzzeitiger Spannungsabfall ("voltage drop") bis zu 10 % beziehungsweise 20 % definiert.
Bei der Auswertung von Blitzstoßspannungen gibt es erhebliche Veränderungen zur zweiten Ausgabe bezüglich überlagerter Schwingungen ("overshoot"). Das bisherige, vollständig unbefriedigende Verfahren sah unterschiedliche Auswertungsprozeduren für Schwingungsfrequenzen kleiner beziehungsweise größer 500 kHz vor und führte zu möglichen Fehlern von mindestens 5 %. Anstelle der Unstetigkeit der Verfahren bei 500 kHz wird nun ein einheitliches Verfahren mit einer wohldefinierten, aus zwei Exponentialfunktionen zusammengesetzten Bezugskurve eingeführt und in den Anhängen B, C und D ausführlich erläutert. Mit dem Verfahren werden nicht nur aus der bisherigen Unstetigkeit resultierende Mängel beseitigt, es wird auch eine bessere Reproduzierbarkeit erreicht. Allerdings ist man sich einig, dass für eine spätere Ausgabe weitere Verbesserungen erforderlich werden, an denen das CIGRE-Studienkomitee D.1 arbeitet. Im Zusammenhang mit dem neuen Verfahren wurde die Toleranz des Überschwingens von 5 % auf 10 % erhöht. Das neue Verfahren geht - trotz eines Hinweises auf eine manuelle Auswertung - praktisch davon aus, dass die Erfassung des Blitzstoßes mit Digitalrekordern und seine Auswertung am Rechner mit geeigneter Software erfolgen. Dazu wird der Softwarestandard IEC 61087-2 gegenwärtig den neuen Erfordernissen angepasst (IEC/TC 42-MT 7, Leitung: J. Hällström, Finnland).
Auch bei der Auswertung von Schaltstoßspannungen hat man sich den Erfordernissen der Auswertung am Rechner angepasst. Aus den Zeiten bei 30 % und 90 % der Scheitelspannung wird ähnlich dem Verfahren bei Blitzstoßspannungen über eine angepasste Formel die Scheitelzeit bestimmt. Man hat die Anwendung der Scheitelzeit beibehalten, um nicht die traditionelle Charakterisierung von Schaltstoßspannungen "250/2 500" aufgeben zu müssen, was mit einer Stirnzeitdefinition erforderlich geworden wäre.
Der Abschnitt über kombinierte ("combined") und zusammengesetzte ("composite") Spannungen ist wesentlich ausführlicher ausgeführt, weil diese Prüfungen mehr und mehr Anwendung finden. Der in der zweiten Ausgabe noch enthaltene Abschnitt über Prüfungen mit Stoßströmen ist entfallen, weil gleichzeitig mit den beiden hier besprochenen Normen eine neue Norm des IEC/TC 42 über Prüfungen und Messungen mit hohen Strömen, IEC 62475 erschienen ist, die diese Prüfungen behandelt (separate Besprechung). Die Norm wird abgerundet durch weitere informativen Anhänge, Annex A über statistische Auswertungen von Durchschlagprüfungen sowie Annex E über die iterative Bestimmung atmosphärischer Korrekturfaktoren.
Die Norm IEC 60060-2, Ed. 3.0 (bearbeitet durch MT 3), behandelt die für Prüfungen erforderlichen Betriebsmesssysteme für Hochspannung. Sie berücksichtigt die Erfordernisse von IEC 60060-1 und ist bezüglich allgemeiner Definitionen und Prozeduren mit der erwähnten Norm IEC 62475, Ed. 1.0, über Strom harmonisiert. Vollständig neu gefasst wurden die Abschnitte über die Prozeduren, nach denen ein Spannungsmesssystem zu bestätigen ist. Weiterhin gilt, dass die Bestätigung in der Verantwortung des Nutzers liegt, der ein Kalibrierlabor mit den erforderlichen Kalibrierungen ("performance tests") beauftragen kann. Die Kalibrierung beinhaltet neben der Aktualisierung des Anzeigefaktors auch die Abschätzung der Messunsicherheit.
Für die Bestimmung der Messunsicherheiten in der Technik ist von den Nationallaboratorien (in Deutschland der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig) der ISO/IEC Guide 98-3:2008 (GUM) vereinbart worden. Unter den Bedingungen der Hochspannungsprüftechnik beschreibt die Norm eine dem GUM entsprechende, vereinfachte Version zur Ermittlung der Unsicherheit bei der Kalibrierung und der Unsicherheit von Hochspannungsmessungen. Zwei informative Anhänge (Annex A und B) beschreiben die direkte Anwendung des GUM, auch anhand von Beispielen. Es sei darauf hingewiesen, dass die in der Norm beschriebene vereinfachte Methode praktisch zum GUM identische Resultate liefert.
Die Methode des Vergleichs zwischen dem zu bestätigenden Messsystem und einem Referenzmesssystem wird als empfohlenes Kalibrierverfahren behandelt. Die alternative Methode, einzelne Komponenten des Messsystems zu kalibrieren und daraus die Charakteristika des Systems zu ermitteln, ist zwar zugelassen, dürfte aber resultierend aufwändiger und unter technischen Bedingungen weniger genau sein als die Vergleichsmethode. Die Anforderungen an Messsysteme für die in IEC 60060-1 beschriebenen Prüfspannungen (DC-; AC-, LI- und SI-Spannungen) werden in jeweils einem Kapitel behandelt. Übersichtliche Tabellen helfen, die für Einzelanforderungen zutreffenden Abschnitte der Normen leicht zu finden. Für alle Prüfspannungsformen sind die akzeptierten Messunsicherheiten (< 3 % für Prüfspannungen und < 10 % für Zeitparameter) gleich geblieben. Bezüglich des dynamischen Verhaltens wird ebenfalls die Vergleichsmethode empfohlen, die Anwendung von "Unit-Step-Response"-Messungen wird alternativ zugelassen, Details dazu und zur Anwendung der Faltung ("convolution") finden sich in den informativen Anhängen C und D.
Die Norm schließt mit einem Abschnitt über die wesentlichen Anforderungen an Referenzmesssysteme. Da die Norm Anforderungen und Pflege von Betriebsmesssysteme für hohe Spannungen definiert, werden Details zu Referenzmesssysteme den nationalen Festlegungen überlassen (Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), Deutscher Kalibrierdienst (DKD)):
Mit der Überarbeitung der beiden aus den Jahren 1989 beziehungsweise 1994 stammenden Ausgaben sind grundlegende, dem aktuellen Stand der Hochspannungsprüftechnik entsprechende Normen entstanden. Es bleibt zu hoffen, dass sich die Neufassungen von Gerätenormen den Empfehlungen von IEC 60060-1 und -2 anschließen.