Wann & Warum Teilentladungsüberwachung für Transformatoren

Teilentladungsüberwachung (PDM) bei Transformatoren ist kein neues Konzept. Als teuerste Anlage in einem Umspannwerk sind sie Gegenstand einer ständigen Überwachung und Analyse. Dies geht so weit, dass einige Überwachungsmaßnahmen überflüssig erscheinen können. Ein solcher Fall, nach dem uns Kunden fragen, ist die Notwendigkeit der Teilentladungsüberwachung in Verbindung mit der Analyse gelöster Gase (DGA). Beide können eine Frühwarnung vor Problemen in einem Transformator geben, und beide können sogar Aufschluss darüber geben, welche Art von Defekt eine Teilentladung oder Gasbildung verursacht, aber die Art und Weise, wie sie dies tun, ihre Aktualität und die Erkenntnisse, die aus ihnen gewonnen werden können, sind sehr unterschiedlich.

Kurzantworten

Was ist eine Teilentladung in einem Transformator?

Eine Teilentladung in einem Transformator bezieht sich auf einen lokalen Durchbruch der dielektrischen Barriere innerhalb des Isolationssystems des Transformators. Es handelt sich um einen kleinen Funken oder einen elektrischen Durchschlag, der in Hohlräumen, Lücken oder Unvollkommenheiten des Isoliermaterials auftreten kann. Teilentladungen können durch verschiedene Faktoren wie Hochspannungsbelastungen, alternde Isolierung oder Herstellungsfehler entstehen.

Was ist Teilentladungsüberwachung?

Teilentladungsüberwachung ist eine Technik zur Erkennung und Analyse von Teilentladungen in elektrischen Geräten, einschließlich Transformatoren. Dazu werden spezielle Sensoren und Überwachungssysteme eingesetzt, um die durch Teilentladungen erzeugten Signale zu erfassen und zu analysieren. Durch die kontinuierliche Überwachung der Teilentladungsaktivität ist es möglich, den Zustand des Isolationssystems zu beurteilen und potenzielle Probleme zu erkennen, bevor sie sich zu größeren Fehlern ausweiten.

Warum ist die Teilentladungserkennung wichtig?

Die Teilentladungserkennung ist für die Gewährleistung der Zuverlässigkeit und Sicherheit von Transformatoren von entscheidender Bedeutung. Hier sind einige Hauptgründe, warum sie wichtig ist:

• Früherkennung von Isolationsproblemen: Die Teilentladungsüberwachung ermöglicht die frühzeitige Erkennung von Isolationsproblemen in Transformatoren. Durch die Identifizierung und Analyse von Teilentladungen können potenzielle Fehler oder Schwachstellen im Isolationssystem erkannt werden, bevor sie zu katastrophalen Ausfällen führen.
• Vorbeugung von größeren Fehlern: Durch die Überwachung von Teilentladungen ist es möglich, proaktiv Maßnahmen zu ergreifen, um größere Fehler oder Ausfälle in Transformatoren zu verhindern. Rechtzeitiges Eingreifen auf der Grundlage der von der Teilentladungsüberwachung gelieferten Informationen kann dazu beitragen, kostspielige Reparaturen, Ausfallzeiten und potenzielle Sicherheitsrisiken zu vermeiden.
• Optimierung von Wartungsaktivitäten: Die Teilentladungsüberwachung liefert wertvolle Erkenntnisse über den Zustand des Isolationssystems. Diese Informationen können zur Optimierung der Wartungsaktivitäten genutzt werden, indem die Bereiche identifiziert werden, die Aufmerksamkeit erfordern, und die Wartungsarbeiten entsprechend priorisiert werden.
• Verbesserte Lebensdauer des Transformators: Durch die frühzeitige Erkennung und Behebung von Isolationsproblemen trägt die Teilentladungsüberwachung zur Verlängerung der Lebensdauer von Transformatoren bei. Dies kann zu erheblichen Kosteneinsparungen für Versorgungsunternehmen und die Industrie führen, da die Notwendigkeit eines vorzeitigen Austauschs verringert wird.
• Verbesserte betriebliche Effizienz: Die Überwachung von Teilentladungen kann zu einer verbesserten Betriebseffizienz beitragen, indem ungeplante Ausfallzeiten minimiert und die Leistung von Transformatoren optimiert werden. Durch die rechtzeitige Behebung von Isolationsproblemen können Transformatoren optimal arbeiten und eine zuverlässige Stromversorgung gewährleisten.

Insgesamt spielt die Erkennung von Teilentladungen eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung des Zustands und der Leistung von Transformatoren und ermöglicht effiziente und zuverlässige Stromübertragungs- und -verteilungssysteme.

Was sind Teilentladungen und warum müssen wir sie überwachen?

Teilentladungen in einem elektrischen Isolationssystem weisen auf Mängel hin, die sich je nach Art des Isolationssystems und der Art der Teilentladung zu einem vollständigen Isolationsdurchbruch entwickeln können oder auch nicht. In den Normen von Transformer International sind elektrische Prüfungen und Messungen zum Nachweis von TE als Routineprüfungen vorgeschrieben, wobei der TE-Gehalt ein wichtiger Indikator für die Qualität eines Transformators ist.

Eine TE beginnt in der Regel in Hohlräumen, Rissen, Blasen, Einschlüssen oder Verunreinigungen innerhalb oder entlang der Oberfläche des Isolationssystems. Da TEs nur auf einen Teil der Isolierung beschränkt sind, überbrücken die Entladungen nur teilweise den Abstand zwischen den Elektroden. Teilentladungen können auch entlang der Grenze zwischen verschiedenen Isolierstoffen aufgrund der unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten auftreten.

Teilentladungen innerhalb oder entlang der Oberfläche eines Isolierstoffs werden in der Regel ausgelöst, wenn die Spannung über einem Teil des Isoliersystems die TE-Eingangsspannung überschreitet. Die TE-Aktivität beginnt dann in diesem Teil des Isoliersystems, der an den Leiter angrenzen kann, aber nicht muss. Die TE-Eingangsspannung kann im Laufe der Zeit aufgrund der Alterung des Isolationssystems, von Verunreinigungen und/oder der Verringerung des dielektrischen Widerstandswertes der Isolierflüssigkeit abnehmen.

Wie bereits erwähnt, kann sich eine TE zu einem vollständigen Isolationsdurchbruch entwickeln und zu einem größeren oder katastrophalen Ausfall führen. In manchen Fällen entwickelt er sich so schnell, dass kein anderer Überwachungsparameter als die TE-Überwachung in der Lage ist, ihn rechtzeitig zu erkennen. Der Grund, warum er so schnell erkannt werden kann, ist, dass die TE-Überwachung in Echtzeit erfolgt; in dem Moment, in dem die TE auftritt, wird sie erkannt. Diese sich schnell entwickelnden Fehler können entstehen, wenn der überbrückte Teil des Isolationssystems die Spannung der angrenzenden Teile so weit erhöht, dass sie ebenfalls die TE-Eingangsspannung übersteigt, wodurch diese ebenfalls überbrückt werden und ein Ketteneffekt entsteht.

Die TE-Überwachung bietet eine schnelle Erkennung selbst kleiner Aktivitätsänderungen, die Vorläufer von Ausfällen sein können, und ermöglicht die Korrelation mit anderen Parametern wie Schaltvorgängen, thermischer Überlastung usw., und ist in der Regel in der Lage, die TE-Quelle für eine zusätzliche Risikobewertung zu lokalisieren, sowie ein guter Indikator für den kurz- bis mittelfristigen Zustand des Isolationssystems.

Was ist DGA und wie funktioniert sie?

Die Analyse gelöster Gase (DGA) ist eine Methode zur Diagnose beginnender Fehler von Transformatoren durch die Korrelation zwischen dem Gehalt, der Menge und der Produktionsrate der im Transformatorenöl gelösten Gase und einer bestimmten Fehlfunktion. Umfangreiche historische Daten, die im Laufe der Jahre durch Laboranalysen gesammelt wurden, ermöglichen eine genaue Interpretation der Ergebnisse. Heute wird die Methode zunehmend durch die Online-DGA-Überwachung von Transformatoren ergänzt.

Die DGA ist das Herzstück der Online-Überwachung, da sie eine bewährte Methode der Transformatorendiagnose zur rechtzeitigen Erkennung potenzieller thermischer oder elektrischer Fehler ist, insbesondere im Zusammenhang mit dem alternden weltweiten Transformatorenbestand. DGA bietet eine kostengünstige Lösung zur Maximierung der Lebensdauer von Transformatoren und zur Minimierung unerwarteter Ausfälle und wird wahrscheinlich noch lange Zeit das "Arbeitspferd" bleiben, da es etwa 70 % der beginnenden Fehler von Transformatoren erkennen kann. Die DGA-Ergebnisse als indirekte TE-Messung sind jedoch langsamer bei der Erkennung sich schnell entwickelnder TE, da die brennbaren Gase Zeit brauchen, um sich in der Isolierflüssigkeit des Transformators zu verteilen und die Probenahmeöffnung des Transformatortanks zu erreichen.

Die Erfahrung zeigt, dass bei der DGA ein Mindestmaß an Gasbildung erforderlich ist, um eine TE-Aktivität als signifikant zu deklarieren. Andererseits gibt es mehrere praktische Beispiele, bei denen keine Zunahme brennbarer Gase festgestellt wurde, obwohl eine TE-Quelle mit elektrischen, akustischen und elektromagnetischen (UHF) Methoden entdeckt und durch Zerlegen des Transformators bestätigt wurde. Daher sind elektrische, akustische und elektromagnetische TE-Impulsmessungen unmittelbarer und direkter.

Wie oben erwähnt, eignet sich die Teilentladungsüberwachung hervorragend für schnell eskalierende Fehler; in diesen Fällen vor der Ansammlung und Probenahme von Gasen auf einem Niveau, das ein Problem durch DGA anzeigen würde. Unter diesen Umständen gibt es keine anderen Möglichkeiten, um auf ein Problem hinzuweisen, so dass der Benutzer Maßnahmen ergreifen kann, um die Anlage zu retten und, was noch wichtiger ist, die Sicherheit der Menschen in der Nähe zu gewährleisten. Obwohl dies nicht die häufigste Fehlerart bei Transformatoren ist, kommt sie doch häufig genug vor, so dass wir viele Kunden haben, die die Teilentladungsüberwachung als Ergänzung zu ihren DGA-Überwachungsgeräten einsetzen. Dies hat zur Rettung von mehr als einem Dutzend Hochspannungstransformatoren, zur Einsparung von Anlagen im Wert von fast hundert Millionen Dollar und zur drastischen Verbesserung der Sicherheitsbilanz jedes Standorts geführt.

Die Teilentladungsüberwachung ist zwar kein Ersatz für andere Formen der Transformatorüberwachung, hat sich aber ihren Platz in der Welt der Transformatorüberwachung erobert und schließt eine kritische und manchmal gefährliche Lücke zwischen den Möglichkeiten aller anderen Formen der Transformatorüberwachung.