Wenn Sie ein beliebiges Transformator-Datenblatt aufrufen und durchsehen, werden Sie zwangsläufig Informationen finden, die sich auf das beziehen, was als Grundisolationsniveau oder BIL abgekürzt bezeichnet wird — z.B. “BIL: 95 kV” oder “BIL: 150 kV.” Wenn Sie Fragen zu diesen Bewertungen hatten oder sich darüber gewundert haben, dass zwei ähnliche Transformatoren zwei unterschiedliche BIL-Bewertungen haben können, ist dieser Artikel genau für Sie. Das Grundisolationsniveau ist tatsächlich die bedeutendste Spezifikation zur Aufzeichnung der Isolationskoordination.
Kurz gesagt, der Begriff BIL oder Grundisolationsniveau bezieht sich auf die Isolationsbewertung eines Transformators, die gegen die maximale Spannung der Blitzimpulswelle definiert ist und klarstellt, was BIL ist. Um ausführlich zu erläutern, wird der Standard, der BIL regelt, in IEC 60076-3 und IEEE/ANSI C57.12.00 eingeführt. BIL wird in kV (Spitze) ausgedrückt. Um BIL zu bestimmen, wird ein Blitzimpuls-Test durchgeführt, bei dem eine Vollwelle verwendet wird, was bedeutet, dass eine Blitzimpulswelle von 1,2/50 μs auf dem bewerteten BIL-Niveau injiziert wird. Ein höheres BIL sollte im Falle einer starken Blitzexposition, einer geringen Isolationsreserve oder einer hohen Systemspannung angenommen werden; es sollte jedoch daran erinnert werden, dass BIL nur für die Impulsfestigkeitsspannung gilt und keinen Schutz gegen Durchschläge oder Überspannungen gewährleistet.
Was BIL bedeutet
Das Grundisolationsniveau (BIL) bezieht sich auf die maximale Spannung, die durch den Blitzimpuls definiert ist. Wenn Blitze die Übertragungsleitungen treffen oder Überspannungen durch das System gehen, wird ein elektrischer Überschuss erzeugt, der eine Spannungswelle über der regulären Betriebsspannung in jedem System erzeugt. Das BIL ist der Wert, den die Transformatoren berechnen, um diesen durch den Blitz erzeugten Überschuss zu bewältigen, ohne dass die Isolierung zerstört wird, und kann in Kilovolt ausgedrückt werden, wie z.B. 95 Kilovolt.
BIL ist besonders wichtig, da Isolationsfehler erhebliche Probleme verursachen und sehr kostspielig sein können; jeder Transformator, der intern durchschlägt, kann nicht an Ort und Stelle repariert werden. BIL bietet eine gemeinsame Sprache für sowohl Designer als auch Käufer — “dieser Transformator mit 15 kV kann den Spannungsüberschuss bewältigen, der durch einen Schlag von 95 kV erzeugt wird” — und bringt daher im Wesentlichen alle Prozesse der Isolationskoordination in ein Panel, das das Schutzniveau, das dem Gerät angeboten wird, zuweist. Transformator-Spezifikationen Leitfaden erklärt, wo BIL unter den anderen Bewertungen auf einem Typenschild und Datenblatt steht.
Wie BIL gemessen und getestet wird
BIL ist kein einfacher Wert, der durch Schätzung erhalten wird. Es bezieht sich tatsächlich auf ein Testniveau. Die Überprüfung von BIL bedeutet normalerweise, einen Vollwellen-Blitzimpuls-Test durchzuführen, gemäß IEEE C57.12.90 und IEC 60076-3:
- Der Test besteht darin, einen Blitzimpuls mit einer Wellenform von 1,2/50 µs anzuwenden – die Anstiegszeit des Impulses beträgt 1,2 µs, wobei der Zerfall der Welle 50 µs dauert und somit die Wirkung eines Blitzschlags modelliert.
- Der Gipfel der Welle entspricht dem bewerteten BIL (z.B. 95 kV für einen 15 kV Transformator).
- Der Transformator kann eine minimal definierte Anzahl von Anwendungen ohne Durchschlag oder Isolationsausfall standhalten.
- Hochspannungstransformatoren durchlaufen zusätzliche Tests mit zerschnittenen Wellen und Schaltimpulsen, jedoch wird BIL immer durch das Niveau des Durchschlags bei Vollwellen-Blitzimpulsen definiert.
Praktisch gesehen steht BIL für den Spitzenwert, der während der Laborprüfung entweder an einem Muster oder an Produktionsgeräten nachgewiesen werden muss. Die vollständige Akzeptanzprüfungsreihe — einschließlich des Impulstests — ist in unserem Transformator-Testleitfaden, da die meisten Isolationsfehler auf Mängel zurückzuführen sind, die durch die Werkstests vor dem Versand erkannt werden sollen.
Standard-BIL-Niveaus (Referenztabellen)
In IEEE/ANSI C57.12.00 sind die normalen BIL-Werte für in Öl getauchte Transformatoren detailliert aufgeführt. Die in Fettdruck angegebenen BIL-Werte sind Standardwerte für jede Spannungsstufe:
| Nennsystemspannung (kV) | Standard-BIL (kV Spitze) | Geringeres reduziertes BIL |
|---|---|---|
| 2 (Verteilung) | 30 | — |
| 2.5 | 45 | — |
| 5 | 60 | — |
| 8.7 | 75 | — |
| 15 (Verteilung) | 95 | — |
| 25 | 150 | 125 |
| 34.5 | 200 | 150 |
| 46 | 250 | 200 |
| 69 | 350 | 250 |
| 115 | 550 | 450 / 350 |
| 138 | 650 | 550 / 450 |
| 161 | 750 | 650 / 550 |
| 230 | 900 | 825 / 750 |
| 345 | 1,175 | 1,050 / 900 |
| 500 | 1,675 | 1,550 / 1,425 |
| 765 | 2,050 | 1,925 / 1,800 |
Für Trockentransformatoren (IEEE C57.12.01) sind die BIL-Werte für die gleichen Spannungsniveaus niedriger; zum Beispiel beträgt die BIL-Bewertung eines 15 kV Trockentransformators normalerweise 95 oder 110 kV. IEC-Systeme (IEC 60076-3) haben ebenfalls eine Tabelle der BIL-Bewertungen: der BIL-Wert wird gemäß der höchsten Systemspannung Um berechnet. Zum Beispiel hat ein 12 kV-System einen BIL-Wert von 75 kV, 24 kV → 125 kV, 36 kV → 170 kV, 72.5 kV → 325 kV, 123 kV → 550 kV, 145 kV → 650 kV, 245 kV → 1,050 kV. Welcher Standard auch immer Ihr Projekt regelt, der Spezifikationsprozess ist derselbe — und der Grundlagen der Verteilungstransformatoren Artikel zeigt, wie Spannungsstufe und BIL gemeinsam für Versorgungs- und Industrieanwendungen ausgewählt werden.
Wann ein höheres BIL spezifiziert werden sollte
Standard-BIL kann als Basislinie betrachtet werden, anstatt als Höhepunkt, wenn es vier Gründe gibt, das Niveau zu erhöhen:
- Standorte mit erhöhtem Blitzrisiko. Gebirgsregionen, Orte mit hoher keraunischer Aktivität (die Anzahl der Gewitter, die in einem Jahr auftreten), lange exponierte Leitungen können Gründe für die Verwendung eines höheren BIL sein.
- Unzureichende Schutzmargen. Wenn es Einschränkungen bei der Platzierung von Ableitern in der Mitte von Hochstoßumgebungsbedingungen gibt, kann dieses höhere Schutzniveau diese Entfernung und Impedanz ausgleichen.
- Einheiten, die kritisch oder schwer zu ersetzen sind.
- Reduziertes Schutzniveau. Durch die Spezifizierung der reduzierten BIL-Größe kann man Geld sparen, jedoch erfordert dies eine sorgfältige Koordination der Ableiter.
Hohe BIL-Werte erfordern die Investition eines beträchtlichen Geldbetrags, um Isolations- und Abstandsprobleme abzudecken, die in der Entwurfsphase zu erwarten sind. Daher impliziert eine ordnungsgemäße Planung immer Koordinationsstudien. Der Erdungs- und Ableiterteil dieser Studie ist in unserem Grundlagen der Transformator-Erdung Artikel behandelt, da das Erdungssystem bestimmt, wie Überspannungsenergie tatsächlich dissipiert wird.
Was BIL nicht abdeckt
Es gibt eine Sache, die in Bezug auf BIL sicher ist; das ist der Aspekt der “Impulsfestigkeit”. Käufer, die dies verallgemeinern, werden jedoch überrascht sein. BIL bietet nicht:
- Das Problem des Durchschlags aufgrund von Verunreinigungen. Eine verunreinigte Durchführungsisolator oder Isolator kann bei normaler Betriebs- spannung durchschlagen, bevor ein Blitzschlag eintrifft; das bedeutet, dass es sich um ein Problem der Kriechstrecke und der Verschmutzungs- klasse handelt und nicht um ein Problem des BIL.
- Netzfrequenz-Überspannungen. Der Grund für die anhaltende Überspannung, die entweder auf eine Fehlfunktion des Reglers oder Ferroresonanz zurückzuführen ist, setzt die Isolierung thermischen und elektrischen Belastungen aus; die Betriebsdauer eines Leistungstransformators wird bei den Mikrosekunden- Impulstests nicht berücksichtigt.
- Interne Schwächen. BIL-Tests können Schwächen aufdecken; jedoch wird der Eintritt von Feuchtigkeit, die Bewegung von Wicklungen und der Alterungsprozess der Isolierung dies nach längerer Zeit negativ beeinflussen. Deshalb werden neben den Fabrik- Impulstests laufende Kontrollen, wie die Öl- und DGA-Tests, durchgeführt.
- Die Lebensdauer aus mechanischer Sicht. Selbst wenn der Transformator den Impulstest besteht, kann er durch einen Kurzschluss, Überlastung oder Alterung der Isolierung beschädigt werden.
Es ist wichtig zu beachten, dass BIL eines der Elemente eines kohärenten Sets sein sollte, das den Impedanzgrad, die Ableiterbewertung, die Kriechstrecke, den Erdungstyp und ein Testprogramm umfasst und nicht der Indikator für Unsterblichkeit ist.
BIL und Isolationskoordination
Das Konzept der Isolationskoordination kann definiert werden als die Gewährleistung, dass der Transformator den Einfluss des Impulses, den er erhält, übersteht. Nach dem herkömmlichen Ansatz (IEC 60071-2) muss das Isolationsniveau der Ausrüstung (BIL) das Niveau des Schutzelements (Ableiter) um mindestens 20% übersteigen. Zum Beispiel, im Falle einer 145 kV-Anlage und einer Restspannung von 400 kV über ZnO-Ableitern mit einer Nennstrom von 10 kA, ist es notwendig, dass das BIL des Durchführungsisolators (und der Ausrüstung) mindestens 480 kV beträgt, sodass ein Standardwert von 550 kV angewendet werden muss. Wenn das Isolationsniveau die Anforderungen nicht erfüllt, müsste entweder der Wert des BIL erhöht oder der Ableiter näher an die Ausrüstung gebracht werden.
Durchführungsisolatoren sind ebenfalls in die gleiche Isolationskoordination einbezogen. Das BIL des Durchführungsisolators muss gleich oder größer sein als das BIL der Wicklung, mit der es verbunden ist, andernfalls wird es zum schwächsten Element der gesamten Kette. Daher müssen alle Datenblätter für diese Geräte (Transformator, Durchführungsisolator, Ableiter) das BIL enthalten, da die Werte des BIL für alle an dem Prozess beteiligten Geräte gleich sein müssen. Wenn Sie einen Transformator und seine Zubehörteile kaufen, ist die Anfrage nach den koordinierten Impulsniveaus in einem Dokument der Unterschied zwischen einer koordinierten Installation und einem zukünftigen Ausfall — und die Produktportfolio für Verteilungstransformatoren listet die verfügbaren Standard-BIL-Optionen für jede Spannungs- klasse auf.
FAQ
Was ist das grundlegende Isolationsniveau (BIL) eines Transformators?
Der BIL bezieht sich auf die höchste Spannung des standardmäßigen Impulsblitzes von 1,2/50 µs, dem die Transformatorisolierung widerstehen muss, ohne dass es zu einem Durchschlag kommt. Er wird in kV Spitze angegeben, zum Beispiel hat der Verteilungstransformator von 15 kV einen BIL von 95 kV, während der Transformator von 69 kV einen BIL von 350 kV haben müsste. Seine Definition/Prüfung ist gemäß IEEE/ANSI C57.12.00/C57.12.90 (oder IEC 60076-3) festgelegt.
Was ist die Definition des Basis-Isolationsniveaus (BIL)?
Das Basis-Isolationsniveau ist die Zulässigkeit bei Impulswechselspannung, als die höchste Spannung, die das Isolationssystem aushalten muss (das BIL-Niveau). Es bezieht sich entweder auf Werkstests der Ausrüstung oder ist ein bestimmter Wert in der Liste der Isolationsniveaus für die Spannungsgruppe.
Was sind BIL und SIL?
BIL steht für Impulsisolationsniveau (Blitzniveau) und impliziert dessen Niveau in kV seiner Spitze. Im Kontext von Transformatoren steht SPL für das Schaltlevel, da es für langsame Schaltimpulse mit einer längeren Wellenfront anwendbar ist, die normalerweise bei Hochspannung von 345 kV und mehr auftreten. Beide Begriffe sind ähnlich, da sie zur Berücksichtigung der Isolationskoordination verwendet werden, da sie sich mit unterschiedlichen Situationen befassen: BIL für Hochspannungsspitzen und SIL für langsames Schalten.
Was ist der minimale Megger-Wert?
Während es keinen strengen Mindestwert gibt, sind in der Praxis etwa 1 MΩ Isolationswiderstand pro kV Nennspannung für Transformatoren erforderlich (oder etwa 100 MΩ für Verteilungstransformatoren, die unter 2500V Prüfspektrum liegen). Der wichtigste Faktor beim Messen ist der Trend der Werte und nicht der Wert selbst.
Referenzen
- IEEE C57.12.00 Prüftabellen — Isolationsniveaus für Verteilungs- und Leistungstransformatoren
- Eaton — Spezifikation für Umspannungstransformatoren (Spannungs- und BIL-Tabellen)
- Ziyao Power — Auswahl von Durchführungen und BIL-Koordinationsleitfaden
- IEEE C57 — Prüftabellen für Instrumententransformatoren BIL und Dielektrik
- IEC 60076-3 — Leistungstransformatoren: Isolationsniveaus, dielektrische Prüfungen
Fazit
Das Basis-Isolationsniveau umfasst die Blitz- und Überspannungsbauweise eines Transformators und bietet einen spezifischen maximalen Spannungswert: für 15 kV-Klassenbauweise – 95 kV, für 69 kV-Klassen – 350 kV und für 500 kV-Klassenbauweise – 1,675 kV; diese Werte zeigen, wie stark die Isolationskonstruktion ist. Das Wesen dieses Begriffs liegt in der Koordination, was bedeutet, dass wir das BIL an die Spannungsklasse anpassen müssen, das BIL des Transformators bewerten müssen, wenn dicke Schutzmargen und Blitzbeeinflussung erforderlich sind, und die Schutzmarge über 20% halten müssen. Es sollte jedoch angemerkt werden, dass nur das Impulsproblem mit Hilfe des BIL gelöst werden kann.