Frequenzgang-Analysegeräte der FRAX-Serie

Ziehen Sie das USB-Kabel vom FRAX und dem PC ab, überprüfen Sie, ob sich Fremdkörper in den Kabeln oder den Anschlüssen befinden, und stecken Sie sie wieder ein. Starten Sie die FRAX Software. Stellen Sie eine Verbindung zum Gerät her, indem Sie im Menü „File“ (Datei) die Option „Connect“ (Verbinden) wählen, auf die Schaltfläche „Connect“ (Verbinden) auf der rechten Seite des Fensters klicken oder die Taste F7 drücken. Wenn die Verbindungen korrekt eingerichtet sind, ändert sich der Fenstername von „FRAX (Disconnected)“ (Getrennt) in „FRAX (Connected“ (Verbunden). Wenn die Verbindung nicht funktioniert, erhalten Sie eine Fehlermeldung mit Vorschlägen, was zu tun ist. Wenn Sie die empfohlene Portnummer mit dem grünen Symbol daneben auswählen, werden Verbindungsprobleme in der Regel behoben.

Das FRAX 101 verfügt über eine integrierte Bluetooth-Antenne der Klasse 1 und wird mit einem USB-Bluetooth-Adapter der Klasse 1 für Ihren Computer geliefert. Wir empfehlen, immer diesen Adapter zu verwenden, da die meisten PC nur mit Bluetooth der Klasse 2 ausgestattet sind, was die Reichweite einschränkt und für Umspannwerke nicht geeignet ist. Bei der Installation des Bluetooth-Adapters installieren Sie die mitgelieferte Software, bevor Sie den Adapter in den PC einstecken. Wenn Sie den Adapter vor der Installation der Software einstecken, müssen Sie möglicherweise die Bluetooth-Software und/oder den Treiber deinstallieren und neu installieren. Wenn Sie zum ersten Mal eine Verbindung zum FRAX herstellen, müssen Sie das FRAX 101 einschalten und im Windows-Menü ein neues Bluetooth-Gerät hinzufügen. Er sollte als Megger FRAX 101 angezeigt werden, und der Kopplungscode lautet „0000“. Nachdem die Kopplung abgeschlossen ist, können Sie eine Verbindung zum FRAX 101 in der FRAX-Software herstellen.  

Wir empfehlen, den mit dem FRAX 101 gelieferten Bluetooth-Adapter zu verwenden, da das im PC integrierte Bluetooth eine begrenzte Reichweite hat und für Umspannwerke ungeeignet ist. In Umspannwerken mit hohem Störpegel ist es außerdem von Vorteil, wenn sich beim Verbindungsaufbau zum FRAX das Gerät in der Nähe des PCs befindet. Anschließend können Sie ihn nach Bedarf an die Oberseite des Transformators oder weiter weg bewegen. Es ist einfacher, eine einmal aufgebaute Verbindung aufrechtzuerhalten, als bei größeren Entfernungen zum ersten Mal eine Verbindung herzustellen. Wenn die USB-Bluetooth-Antenne in einen anderen USB-Anschluss Ihres PCs eingesteckt wird, kann dies zu einem Wechsel des COM-Anschlusses führen, den das Bluetooth-Gerät für die Verbindung verwendet. Überprüfen Sie den COM-Anschluss, bevor Sie eine Verbindung herstellen.  

Eine niedrige Ausgangsspannung tritt in der Regel auf, wenn ein Kurzschluss zwischen der Klemme des Signalgenerators und der Messklemme vorliegt. Überprüfen Sie alle Verbindungen und Anschlusspunkte, um sicherzustellen, dass keine unerwünschten Erdungen oder Kurzschlüsse vorliegen.

Sie sollten die Messleitungen vor der Verwendung auf Durchgang und Unversehrtheit prüfen. Die beste Möglichkeit, die Integrität der Leitung und den korrekten Betrieb des Geräts zu prüfen, ist die Durchführung des FRA-Selbsttests mit einem Standardprüfgegenstand. Diese Prüfung ist vor allem bei der Prüfung von FRA-Prüfgeräten von Vorteil, da es in der Regel keine intuitive Möglichkeit gibt festzustellen, ob das Prüfgerät bei Außeneinsätzen korrekte Ergebnisse liefert. Das FTB 101, das dem FRAX-Prüfset beiliegt, ist für die Prüfung im Außeneinsatz vorgesehen. Zusätzlich zur Selbstprüfung mit dem FTB 101 können Sie einen Kurzschluss-Selbsttest (große C-Klemmen miteinander verbunden und kleine Erdungsklemmen miteinander verbunden) und eine Leerlaufprüfung (Klemmen isoliert und mit nichts verbunden) durchführen, um eventuelle Probleme zu erkennen. Das folgende Diagramm zeigt eine typische Reaktion für Kurzschluss-, FTB 101- und Leerlauf-Selbsttests. 

Hinweis: Bei der Durchführung eines Kurzschluss-Selbsttests wird von der FRAX-Software ein Popup-Fenster mit der Angabe einer niedrigen Ausgangsspannung geöffnet. Klicken Sie einfach auf „OK“, und fahren Sie mit der Prüfung fort. 

Es ist wichtig zu verstehen, wie jede SFRA-Antwort aussehen sollte, bevor Sie diese Messungen durchführen. So können Sie erkennen, wenn eine gemessene Antwort von dem abweicht, was sie sein sollte. In diesen Fällen besteht die Möglichkeit, dass die Ursache ein Fehler bei der Vorbereitung der Prüfung ist, z. B. eine schlechte Erdung oder unsachgemäße Prüfanschlüsse. Wenn das Problem noch im Außeneinsatz erkannt wird, können Sie die Prüfung wiederholen, nachdem Sie die Prüfanschlüsse/Prüfungsvorbereitungen überprüft haben. Führen Sie eine schnelle Prüfung des Prüfsets durch, wenn Sie Zweifel an der Gültigkeit der Messungen haben (siehe Geräteprüfung im Abschnitt „Fehlerbehebung“). Führen Sie außerdem eine Prüfung der Erdungsschleife mit dem FRAX durch, indem Sie vor jeder Prüfung des Transformators die Taste „GLD“ am FRAX-Gerät drücken, um zu überprüfen, ob die Erdung einwandfrei ist.

Die Einstellungen des SFRA-Ausgangssignals reichen in der Regel von 20 Hz bis einschließlich 2 MHz, um die Integrität des gesamten Transformators zu überprüfen. Sie können vier Hauptarten von SFRA-Prüfungen durchführen:

1. Leerlauf-Selbstadmittanz: Das Signal wird an einem Ende einer Wicklung angelegt, und die Antwort wird am anderen Ende gemessen. Alle anderen Anschlüsse bleiben potentialfrei (falls eine DELTA-Stabilisierungswicklung vorhanden ist, müssen diese kurzgeschlossen, aber nicht geerdet bleiben). Es werden sechs Prüfungen an einem Zweiwicklungstransformator durchgeführt, drei auf der Hochspannungsseite und drei auf der Niederspannungsseite. Bei der Leerlauf-Prüfung werden sowohl die Eigenschaften der Wicklung und des Transformatorkerns als auch die Abgriffe und Anschlüsse geprüft.
2. Kurzschluss-Selbstadmittanz: Das Signal wird an einem Ende einer Wicklung angelegt, und die Antwort wird am anderen Ende gemessen. Es werden drei Prüfungen durchgeführt, eine an jeder Hochspannungs-Wicklung, während die drei Niederspannungs-Wicklungen kurzgeschlossen werden. Diese Prüfung konzentriert sich auf die Wicklungen. Indem Sie die niederspannungsseitigen Wicklungen kurzschließen, schließen Sie die Kernwirkungen bei der Prüfung aus. Durch die Auswertung der Kurzschlussprüfungen und der Leerlaufprüfungen können Sie feststellen, ob die Veränderung der Kurve auf Fehler im Kern oder in den Wicklungen zurückzuführen ist.
3. Kapazitive Verflechtung: Das Signal wird an eine Klemme der hochspannungsseitigen Wicklung angelegt, und die Antwort wird an der entsprechenden Klemme der niederspannungsseitigen Wicklung gemessen. Es werden drei dieser Prüfungen durchgeführt, eine für jede Phase/Wicklung. Diese Prüfung konzentriert sich auf die Kapazität zwischen den Wicklungen und hilft, radiale Verformungen zu erkennen.
4. Induktive Messungen zwischen den Wicklungen: Sie ähneln den kapazitiven Messungen zwischen den Wicklungen mit der Ausnahme, dass die gegenüberliegenden Enden jeder Wicklung, an die das Signal angelegt und gemessen wird, geerdet sind. Diese Prüfung konzentriert sich auf die Induktivität der beiden Wicklungen. 

Da der Transformator als eine komplexe RLC-Schaltung modelliert werden kann, hat jede Übertragung ein einzigartiges Verhalten. Dennoch gibt es einige Gemeinsamkeiten, die auf der Bauweise des Transformators beruhen. Es gibt keinen festgelegten Frequenzbereich, der den Komponenten des Transformators entspricht, aber es gibt einige allgemeine Bereiche. Die folgenden Frequenzgangbereiche sind für eine Leerlaufprüfung an einem Transformator die gängigsten:

• Der Frequenzgang bei den niedrigsten Frequenzen, etwa 20 Hz bis 10 kHz, wird durch den Kern des Transformators dominiert. Allerdings haben die Wicklungen einen gewissen Einfluss auf diesen Teil des Frequenzgangs.  
• Wenn Sie sich in den mittleren Frequenzbereich von 2 kHz bis 500 kHz bewegen, beeinflussen die Wicklungen das Ansprechverhalten am stärksten.  
• Bei den höchsten Frequenzen von einigen hunderttausend Hz bis zu 1 bis 10 MHz und darüber hinaus beeinflussen die Abgriffe und Anschlüsse des Transformators den größten Teil des Frequenzgangs. Da die Frequenz bei Transformatoren mit mehr als 72,5 kV über 1 MHz und bei Transformatoren mit 72,5 kV und darunter über 2 MHz liegt, haben der Aufbau und die Anschlüsse des Geräts den größten Einfluss auf den Frequenzgang. Dies sind allgemeine Richtlinien, und der Einfluss der Komponenten kann und wird außerhalb dieser Frequenzen variieren.  

Die SFRA-Prüfungsergebnisse werden anhand einer vergleichenden Analyse bewertet. Die SFRA-Referenzprüfergebnisse können in Form einer oder aller der folgenden Angaben vorliegen (in der Reihenfolge des größten Nutzens). 

Dieser Ansatz ist am zuverlässigsten bei der Auswertung von SFRA-Prüfergebnissen. Abweichungen zwischen SFRA-Kurven sind leicht zu erkennen und deuten oft auf ein Problem hin. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, vergleichbare Prüfergebnisse an einem Transformator zu ermitteln, wenn er sich in einem bekanntermaßen guten Zustand befindet, wie z. B. bei der Inbetriebnahme, um eine zuverlässige Referenz zu erhalten, die man in Zukunft als Vergleichswert heranziehen kann. Die Prüfbedingungen, z. B. die Position des bzw. der Stufenschalter, die Art der SFRA-Prüfung und jede spezielle Vorbereitung, sollten für die Referenz- und Wiederholungsmessungen gleich sein, um eine korrekte Auswertung zu ermöglichen. 

Bei diesem Ansatz ist Vorsicht geboten, da kleine Abweichungen zwischen den Kurven nicht unbedingt auf ein Problem hinweisen. Dieser Ansatz erfordert auch Kenntnisse über den zu prüfenden Transformator.  

Bei der Auswertung oder dem Vergleich der Ergebnisse von Transformatoren, die auf derselben Konstruktion basieren, sollten Sie darauf achten, dass sie so ähnlich wie möglich sind. Der Vergleich von Transformatoren mit den exakt gleichen Spezifikationen, die aber von verschiedenen Firmen oder sogar von derselben Firma in verschiedenen Jahren hergestellt wurden, kann deutlich unterschiedliche Messkurven aufzeigen. Beachten Sie auch, dass der Umstand, dass ein und derselbe Hersteller zwei Transformatoren mit denselben Nennwerten herstellt, die sich auch nur um eine Seriennummer unterscheiden (z. B. einphasige Generatortransformatoren oder mehrere dreiphasige Transformatoren, die in der gleichen Bestellung geliefert werden), nicht garantiert, dass die Geräte baugleich sind. Dennoch ist letztere die ideale Transformatorengruppe für Vergleichszwecke, wenn Sie diesen Ansatz verfolgen.  

Wenn die Messkurven sehr ähnlich sind, können Sie einigermaßen sicher sein, dass die Transformatoren in gutem Zustand sind. Wenn die Messkurven ein wenig voneinander abweichen, kann es sein, dass die Unterschiede in den Messwerten auf eine unterschiedliche Konstruktion und nicht auf ein tatsächliches Problem mit dem bzw. den Transformatoren zurückzuführen sind.  

Dieser Ansatz ist der anspruchsvollste, da geringe Abweichungen zwischen den Messkurven völlig normal sein können. Vergleichen Sie zum Beispiel das SFRA-Ansprechverhalten der beiden äußeren Phasen eines Dreiphasen-Transformators.  Der Phasengang in der Mitte weicht typischerweise von den äußeren Phasengängen ab, insbesondere im Kernbereich der Leerlauf-Prüfgänge. Wenn die Frequenz des Sweeps ansteigt, beginnt die Wicklung das Verhalten zu dominieren und die Messkurven der einzelnen Phasen nähern sich einander an und können in einigen Fällen identisch aussehen. Allerdings kann es sein, dass die Phasen der äußeren Wicklung nicht symmetrisch sind.

Trotz dieser Herausforderungen ist der Phasenvergleich ein außerordentlich aufschlussreiches diagnostisches Mittel für SFRA-Kurzschlussprüfungen. Für diese Prüfungen sollte das Ansprechverhalten aller drei Kurzschlüsse nahezu identisch sein. Ein vergrößerter Blick auf den linearen Teil des induktiven Roll-Offs sollte nicht mehr als einen Unterschied von 0,1 dB zwischen den drei Messkurven erkennen lassen, und der Roll-Off sollte nahe bei -20 dB/Dekade liegen. Schlechte Verbindungen (d. h. erhöhter Widerstand) beeinflussen das SFRA-Kurzschlussverhalten bei den niedrigsten Frequenzen (z. B. 20 Hz). Andernfalls müssen Sie den Transformator in diesen Fällen mit der DC-Wicklungswiderstandsprüfung prüfen.

Die folgende Abbildung zeigt ein typisches Verhalten bei der Prüfung eines offenen Hochspannungsstromkreises (HV), eines offenen Niederspannungsstromkreises (LV) bzw. eines HV-Kurzschlusses an einem DELTA-WYE-Transformator mit zwei Wicklungen: 

Beim Vergleich neuer Messkurven mit einer Referenzkurve kann jede der folgenden Angaben auf eine mögliche mechanische Änderung hinweisen:

• Resonanzverschiebungen (d. h. Spitzen und Täler)
• Zusätzliche Resonanz
• Resonanzverlust
• Gesamtgrößenunterschied

Wenn Sie eine detailliertere Erläuterung von SFRA und die Auswertung der Ergebnisse mit Beispielen wünschen, fordern Sie bitte ein Exemplar unseres umfassenden Berichts „SFRA Transformer Life Management Bulletin“ an.