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Grundlagen und Empfehlung / Wartung von
Transformatoren. Zeit und Kosten sparen mit
multifunktionalem Transformatorprüfgerät
Lutz Hulka
Megger GmbH
10.08.2016
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Prüfkategorien Werksprüfungen/Abnahmeprüfungen
• Überprüfen Sie, ob der Transformator entsprechend der Bestellung gebaut ist und so funktioniert
Vor-Ort-Prüfungen • Inbetriebnahme
– Überprüfen Sie, dass kein Transportschaden aufgetreten und die Montage korrekt erfolgt ist
• Fingerabdruck/Zustandsbeurteilung
– Tatsächlicher Zustand für Wartungsentscheidungen und Basislinie für spätere Vergleiche
Routineprüfungen
• Schadensfeststellung
– Transformator beschädigt oder kann er in den Betrieb zurück?
– Falls beschädigt
o Reparieren oder Schrott?
o Falls reparieren ... Vor Ort oder in Werkstatt
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Prüfempfehlungen & Normen CIGRE
• CIGRE Brochure 342 (SFRA-FRAX)
• CIGRE Brochure 414 (DFR-IDAX)
• CIGRE Brochure 445 (Guide for Transformer Maintenance)
IEC, TC 14
• IEC 60076-1, Power Transformers
• IEC 60076-2, Temperature rise
• IEC 60076-3, Insulation levels, dielectric tests etc
• IEC 60076-18, (SFRA-FRAX)
ANSI, IEEE Transformer Committee
• IEEE C57.152 (Guide for Diagnostics Field Testing)
• IEEE C57.12.00-2006
• IEEE C57.12.90-2006
• IEEE PC57.149 (SFRA-FRAX)
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Wartungsstrategie DIN VDE 0109
• Vorbeugende Instandhaltung (Zeitbasierte Wartung)
• Ereignisorientierte Instandhaltung
• Zustandsorientierte Instandhaltung (Zustand bestimmen)
• Prioritätenorientierte Instandhaltung (Zustands-
bestimmung und Asset Management kombiniert)
Instandhaltungsaufgaben:
• Inspektion – Begehung, Sichtprüfung,
Funktionskontrolle Zustandsermittlung
• Wartung
• Instandsetzung
• Verbesserung
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Cigré Technical Brochure 445, 2011 Richtlinien für Transformator-Wartung
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Cigré Technical Brochure 445, 2011 Richtlinien für Transformator-Wartung
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Transformator-Fingerabdruck Zustandsbeurteilung
Folgende Prüfungen/Aktivitäten sollten berücksichtigt werden:
• Trafo-Historie wird gesammelt und vor Vor-Ort-Arbeiten ausgewertet
• Inspektion
• Wicklungsübersetzungsverhältnis
• Wicklungswiderstand
• Isolationsprüfungen von Wicklungen und Durchführungen (Tanδ, DFR usw.)
• Kapazitätsprüfungen der Wicklungen und Durchführungen
• Erregerstrom
• SFRA
• Stufenschalter-Messungen (Widerstand, Make-Before-Break usw.)
• DGA und Ölprüfungen
• Überprüfen der Nebenaggregate (Pumpen, Ventilatoren usw.)
• Auswertung und Protokollierung
Blau: ”Arbeiten im Büro”
Grün: ”Arbeiten vor Ort”
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Transformator-Fehler :
Cigré, IEEE, Hartford S&B
Univ of Queensland, ZTZService
Canadian El Assosiation, Etc...
Resultate: Was war der
Grund für den Fehler?
Elektrische Gründe im
Netz
Isolations-gründeBlitzschlag
Wartungs-gründe
Kontakte Anschlüsse
usw.
Feuchtigkeit
Überlast
Sabotage
Ausführungs-mängel
Andere Gründe
Auslösesignale
Elektrische Gründe im
Netz
Isolations-gründeBlitzschlag
Wartungs-gründe
Kontakte Anschlüsse
usw.
Feuchtigkeit
Überlast
Sabotage
Ausführungs-mängel
Andere Gründe
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Fehlererkennung – Prüfmethoden Annahme:
Wir denken, im Transformator ist
ein Fehler!
Wie wurde er gefunden?
Quelle:
Cigré, IEEE, Hartford S&B
Univ of Queensland, ZTZService
Canadian El Assosiation, Etc...
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Stress-Faktoren Thermische Belastungen
• Überhitzung, zyklisch
Chemische Belastungen
• Zerfall der Zellulose - - Dipolaristaions-Faktor (DP)
• Ölzusätze können die Festisolation beinflussen.
Elektrische Belastungen
• Normal- und Überspannungen
Mechnische Belastungen
• Transport, Kurzschlüsse,
Umgebung
• Wassereintritt
• Salze und korrosive Substanzen an Oberflächen (Tank).
Hohe Betriebstemperatur und Feuchte reduzieren die Lebenserwartung des Trafos!
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Übersicht Transformator-Prüfungen MEGGER PRÜFGERÄTE
Komponente Prüfung Delta IDAX MIT FRAX MLR TTR MTO LTC 135 MoM TRAX OTS KF
Wicklung
Widerstand X X X Übersetzung / Polarität X X
Erregerstrom X X X X
Kurzschluß Impedanz X X X
Frequency response analysis X
Isoaltionswiderstand X
Kapazität X X X Verlustfaktor (tan delta) X X X
Dielektrische Frequenzantwort X X
Durchführung
Kapazität X X X
Verlsutfaktor (tan delta) X X X Dielektrische Frequenzantwort X X
Isolationsöl Wassergehalt X
Dielektrische Festigkeit X
Verlustfaktor (tan delta) X X X
Zellulose Isolierung Feuchtigkeit X
Stufen-schalter
Last
Widerstand X X X
Übersetzungsverhältnis X X
Continuity (make before break) X X X Dynamischer Widerstand (DRM) X X
Umschalter Widerstand X X X
Übersetzungsverhältnis X X
Kern/Kessel
Isoaltionswiderstand X X
Frequency response analysis X
Erdüberprüfung X X
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TRAX - Multifunktionsprüfgerät für Transformatoren & Schaltanlagen
Flexible Quellen zur Prüfgrößenerzeugung
Strom AC bis 800 A (2000A)
Spannung AC bis 2200V (12kV)
Variable Frequenz 1 - 500 Hz
Spez. DC-Stromausgänge
Mehrkanalige, Flexible Messungen
Intern, extern
Hochflexible Berechnungen
Modernes Bedieninterface
10,4“ Touchscreen
Prüf-APPs
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Vorteile von Mulitfunktionalität
Einfachere Logistik
Einfachere Bedienung - weniger Anwendertraining nötig
Zeitersparnis
Alle Prüfungen an einem Gerät
Logistik
Bedienung
-> Geringere Kosten bei Anschaffung und im Betrieb
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Ausgänge, seitliche Anschlusstafel
200 A AC
800 A AC
100 A DC
16 A DC
300 V DC
2200V AC
250 VAC / 10 A AC
Verbindung zu
externen
Erweiterungen
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TRAX Draufsicht
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Optionale Systemerweiterungen
TDX 120
TAN DELTA BOX 12 kV-Hoch-
spannungseinheit
TSX 300
SWITCH BOX Multiplexer für
Trafoprüfung
TCX 200
CURRENT BOX Hochstromeinheit 2 kA
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Bedienung und APPs • Bedienung erfolgt über Apps auf integriertem Display oder
von externem Windows-Tablet oder PC
• Apps stellen nur die für die Prüfung relevanten Funktionen
bereit (keep it simple)
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Anwendungsbereiche Leistungstransformatoren
Wandler
Strom
Spannung
Schaltanlagen
Sekundärprüfung einphasig
Primärprüfung
Schalterprüfung
… z.B. rotierende Maschinen
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Fehler-Erkennung mit Übersetzungsmessung
Abweichung der Übersetzung zwischen Typenschild und gemessenen Werten kann auf folgendes hindeuten:
• Herstellungsdefekt in der Wicklung – Inkorrekte Windungszahl
– Inkorrekte Polarität
– Inkorrekte Windungskonfiguration
• Isolationsfehler – Zerstörte Zwischenwindungsisolation, die zu Kurzschluß geführt hat
– Großfehler: zwischenphasig oder Phase-Erde
• Stufenschalterdefekt – Inkorrekte Montage von Wicklungszuleitungen
– Inkorrekte Stufenschalter-Stellung
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Innovation in TTR-Prüfung
Höherer Komfort durch einfachere Benutzerführung
• Schaltgruppe angeben
• Nenngrößen angeben
• Verdrahtungshinweise bekommen
• Prüfung starten
• Automatische Bewertung de Messergebnisse
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Übersetzungsverhältnis - TTR
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Nenngrößen gemäß Typenschild
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Anschlußinformationen TTR
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Prüfergebnisse TTR
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Wicklungswiderstandsmessung – Wie? Entscheiden ob der Strom ein- oder zweikanalig eingespeist wird
(Simulatane Wicklungsmagentisierung - SWM).
Anschluss von Strom- und Spannungmessleitungen an die
entsprechenden Wicklungen.
Prüfstrom einstellen
Test starten
Warten auf Stabilisierung der Ergebnisse
Bei stabilen Werten die Messung stoppen, damit wird automatisch
entladen
Warten bis Entladung beendet ist, bevor Messleitungen abtrennen!
Nächste Messung…
Am Ende - Entmagnetisieren
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Auswahl des richtigen Prüfstroms Der Kern muss gesättigt werden. Dafür reicht etwa 1% des
Nennstroms (oder 2x facher Leerlaufstrom) aus
Man darf 10% des Nennstroms nicht überschreiten. Das führt
zu Wicklungserwärmung und damit zu verfälschten
Messwerten
Typische Prüfströme sind im Bereich 0.1-1% der Nennstroms
Wenn der Prüfstrom zu klein ist, wird der gemessene
Widerstandswert nicht konstant
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Temperaturabhängigkeit Gemessener Widerstand ist
eine Funktion der
Wicklungstemperatur
Korrektur des Widerstands:
• R(initial)[1+ alpha (T(final) -
T(initial)],
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Entmagnetisierung Nach Deaufschlagung mit DC sollte Kern entmagnetisiert werden
Dies erfolgt durch Polaritätsumschaltung des DC-Stroms. Die
Prozedur wird mehrfach wiederholt mit immer kleiner werdender
Stromstärke
Es gegügt nur eine OS-Wicklung dafür anzuschließen (mit dem
höchsten Erregerstrom)
Wichtig vor den SFRA- and Erregerstrommessungen durchzuführen
Wird auch im IEEE C57.102 (former IEEE 62) vor der
Inbetriebnahme (um in-rush Ströme zu Vermeiden) empfohlen
+100% of
Test
current
-100%
+10%
-1%
-0.01%
+0.1%
Positive
polarity
Negative
polarity
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Simulatane Wicklungs-Magnetisierung Problem:
• Bei US-Wicklung von großen Yd-Trafos (Maschinentrafo) benötigt man
viel Zeit zum Stabilisieren
Lösung:
• Starke Quelle, die neben hohem Strom (>50A) auch ausreichend
Spannung (z.B. 50V) liefert
• Simultane Wicklungs- Magnetisierung (SWM); Stromeinspeisung in
beide Wicklungen (OS/US) gleichzeitig!
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SWM – Verstärken der Magnetisierung
H1 H0
x1 x0
H1 H0
x1 x0
Strom
Magnet-Fluß
Elektrischer
Strom
OS=1000 Wind.
US=100 Wind.
Verhältnis=10
Magnetisierung steigt mit Faktor des Wicklungsverhältnis
10A Prüstrom X 10 Wicklungsverhältnis= 110 A ”effektiver Magnetisierungsstrom” für die US-
Messung!
Einwicklungs-
Einspeisung
Simultane-
Wicklungseinspeisung
Strom
10
A
”110A”!
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Praxisbeispiel SWM 1100 MVA YNd5, US u-v, TTR=14.8, 8 A Prüfstrom (0.03% des Nennstrom)
Müller et. al, ”Optimized Tool for the
Measurement of Winding Resistance
in Power Transformers”, ISH 2011
Einfache Einspeisung
Stabilisierungszeit > 25 min
SWM Eispeisung
Stabilisierungszeit 5 min
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Wicklungswiderstandsmessung mit TRAX
Echter DC bis zu 100A bei 50V
Integrierte Stufenschaltersteuerung
Adaptiver Algorithmus zur schnellen Entmagnetisierung
Viele Sicherheitsfunktionen schützen den Benutzer , das
Prüfobjekt und das Prüfgerät (z.B. automatische Entladung
trotz )
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Wicklungswiderstandsmessung mit TRAX
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Dynamische Widerstandsmessung Stufenschalter Diagnose
Spannung und Strom werden
während Schaltprozess
aufgezeichnet
Dynamischer Widerstand sowie
Schaltzeiten werden
automatisch berechnet
Ein von Megger patentiertes
Verfahren wird angewendet
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DRM - Stufenschalterdiagnose
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Isolationsprüfung am Trafo 2-Wickler 3-Wickler
CHL
CH CL
CHL
CH CL CT
CLT
CHT
3 Isolationen
CH, CL
CHL
6 Isolationen
CH, CL, CT
CHL, CLT, CHT
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Leistungsfaktor, Verlustfaktor
Verlustfaktor
Leistungsfaktor
φ
δ ~
U
U
I
I
IC IR
IC
IR
C
R
I
Itan
I
Icos
R
2cos1
costan
2tan1
tancos
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Verlustfaktormessung mit TRAX (tan δ) Verlustfaktor und Kapazität bis 12 kV an
Trafo und Durchführung
Frequenzbereich von 1 bis 500 Hz
Analyse
• Isolations Parameter mit benutzerdefinierten Limits
• ITC, Individual temperature correction (Megger patent)
• VDD, Voltage dependence detection (Megger patent)
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Übersicht TRAX Apps für Trafo
Basis Erweitert
Übersetungsverhältnis Verlustfaktor tanδ
Wicklungswiderstand Dynamische Widerstandsmessung
OLTC - Stufenschalter
Entmagnetisierung Magnetisches Gleichgewicht
Erregerstrom FRSL – Frequenzgang von Streuverlusten
Kurzschlußimpedanz
Manuelle Steuerung
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Übersicht TRAX Apps für Wandler
Stromwandler Spannungswandler
Übersetungsverhältnis (Methode I) Übersetungsverhältnis
Bürde Bürde
Magnetisierungskurve Polarität
Polarität
Übersetungsverhältnis (Methode U)
Wicklungswiderstand
Übersetzungsverhältnis Rogowski
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Übersicht TRAX Apps für Schaltanlagen
Schaltanlagen
Leistungsschalter Analysator (Schaltzeiten, Spulenströme,…)
Kontaktwiderstand
LS Auslösezeitmessung
Einphasige Relaisprüfung
Zeitmessung
Phasenwinkelmessgerät
Erdimpedanz, Leitungsimpedanz / K-Faktor
Leistungsmessgerät
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Manuelle Steuerung TRAX
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Manuelle Steuerung TRAX Messungen und Quelle
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Manuelle Steuerung TRAX Berechnung
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TRAX - Multifunktion
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Praxisteil am Nachmittag
Dank an
AEW
Energie AG
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Vielen Dank für die Aufmerksamkeit
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Isolationsprüfung - Geschichte 1870er Jahre; Erste systematische Untersuchungen dielektrischer Eigenschaften (Clausius und
Mosotti)
1885; Ottó Bláthy erfindet den Transformator
1927; Erstes Megger-Instrument für die Gleichstrom-Isolationsprüfung wird patentiert und vorgestellt
1990; ABB stellt erste Ergebnisse zu dielektrischen Reaktionsmessungen an Isolationsmaterialien (NORD-IS 1990)
1993; Entwicklung des ersten Feldinstruments für Frequenzreaktionsmessungen wird von Dr. Peter Werelius begonnen
1995; Erstes Feldinstrument für DFR (IDA) ist verfügbar
1995–2005; Das Interesse an der Nutzung von DFR/FDS für die Untersuchung von Isolationseigenschaften nimmt rapide zu, und auf internationalen Tagungen werden zahlreiche Vorträge zur Methode und Technologie gehalten
2004; CIGRE-Report 254 „Dielectric Response Methods for Diagnostics of Power Transformers“ (Dielektrische Reaktionsmethoden für die Diagnose von Transformatoren) wird veröffentlicht
2006; Projekt REDIATOOL bei CIGRE berichtet; DFR wird als Methode der Wahl für die Feuchtigkeitsprüfung an Transformatoren empfohlen
2010; CIGRE-Report 414 „Dielectric response diagnoses for transformer windings“ (Dielektrische Reaktionsprüfung für Transformatorwicklungen) wird veröffentlicht
Auswertung Leistungstransformatoren
IEEE 62-1995 stellt fest: “Die für Routine-Gesamtprüfungen bei älteren
Betriebsmitteln aufgezeichneten Leistungsfaktoren liefern Informationen
hinsichtlich Allgemeinzustand der Erdungs- und Zwischenwicklungsisolation
von Transformatoren und Drosseln. Während die Leistungsfaktoren für die
meisten älteren Transformatoren auch <0,5 % (20 °C) sein werden, können
Leistungsfaktoren zwischen 0,5 % und 1,0 % (20 °C) akzeptiert werden;
jedoch sollten Leistungsfaktoren >1,0 % (20 °C) nachgeprüft werden.”
Typische Leistungsfaktorwerte bei 20 °C
"Neu" “Alt" Warn-/Alarmgrenze
Leistungstransforma-
toren, ölisoliert 0,2 - 0,4 % 0,3 - 0,5 % > 0,5 %
Durchführungen 0,2 - 0,3 % 0,3 - 0,5 % > 0,5 %
Einflussfaktoren
Messergebnis ist stark temperaturabhängig
Vergleichbarkeit ist nur bei gleicher Temperatur gegeben
Umrechnung auf Bezugstemperatur erforderlich
• Umrechnungstabellen
• Basieren auf statistischen Mittelwerten Standard temperature correction values (IEEE)
ITC: Intelligente Temperaturkompensation Gute Isolation ist weniger temperaturabhängig als
eine schlechte / feuchte Isolation
• tanδ = f(T); temperaturabhängig
• tanδ = f(f); frequenzabhängig
Die Messung einer Isolation bei gleicher
Temperatur aber verschiedenen Frequenzen kann
genutzt werden um die Temperaturabhängigkeit
eines Materials bei konstanter Frequenz zu
bestimmen.
Intelligent temperature correction (ITC)
for typical transformers at various age/condition
Einflussfaktoren
Bei ölgefüllten Transformatoren ist der Verlustfaktor
normalerweise nicht bzw. kaum spannungsabhängig
Spannungsabhängigkeiten können aber auftreten
• Ionisierung (TE)
Wird nur mit einer Spannung (z.B. 10 kV) geprüft fällt diese
Abnormität nicht auf.
Prüfung mit verschiedenen Spannungen ist nicht Standard
Eine zum Patent angemeldete, auf Oberschwingungsanalyse
basierende Methode (VDD) kann Spannungsabhängigkeit
erkennen und melden.
Damit wird dem Anwender eine genauere Untersuchung, die
automatische Stufenprüfung (Tip-up Test) empfohlen.
Fehlererkennung
Erhöhte Verlustfaktoren und mögliche Ursachen:
• Kontamination
• Chemische Alterung
• Schäden durch Überhitzung
• Feuchtigkeit
• Spannungsabhängigkeit, kann Ionisierung (TE) indizieren
Kapazitätsänderungen kann folgende Ursachen haben:
• Mechanische Deformation in Kern-/Windungsstruktur
• Feuchtigkeit
Veränderungen im Erregerstrom kann folgendes anzeigen:
• Wicklungsschlüsse
• Mechanische Deformation in Kern-/Windungsstruktur
• Kernerdungsprobleme