Serie diagnostischer Isolations-Analysegeräte IDAX

DFR steht für Dielectric Frequency Response oder Dielektrische Frequenzanalyse. Die Prüfung wird auch als FDS (Frequency Domain Spectroscopy oder Frequenzbereichsspektroskopie) bezeichnet. DFR ist eine Messtechnik, bei der Kapazität und Verluste (ausgedrückt als Verlustfaktor/Tan-Delta oder Leistungsfaktor) über mehrere Frequenzen gemessen werden, um den Zustand der Isolation in Prüfgegenständen wie Leistungstransformatoren, Durchführungen und Wandlern zu beurteilen.Die DFR-Technologie ist ein bewährtes Prüfverfahren im Labor, das von Megger innovativ für den Außeneinsatz mit der Geräteserie IDAX angepasst wurde. Bei Transformatoren, Durchführungen und Messwandlern werden Probleme unter Bedingungen, unter denen sich diagnostische Prüfungen leicht durchführen lassen (normalerweise bei Umgebungstemperatur und Netzfrequenz), nur manchmal sichtbar. Stattdessen lassen sich Probleme in der Regel am besten bei höheren Temperaturen oder näher an den Betriebsgrenzen der Gegenstände erkennen.Leider lässt sich die Temperatur bei Prüfungen im Außeneinsatz nicht einfach und effizient kontrollieren. Die Stärke einer DFR-Messung besteht darin, dass das Tan-Delta bzw. der Leistungsfaktor die Grundlage für die Messungen ist. Das Tan-Delta oder der Leistungsfaktor ist in erster Linie eine Funktion der Geometrie des Isolationssystems, der Alterungsnebenprodukte, der Feuchtigkeit, der Leitfähigkeit der flüssigen Isolation, der Frequenz und der Temperatur. Durch die Anwendung des Wissens über diese Zusammenhänge können wir Alterungsnebenprodukte, Feuchtigkeit und Leitfähigkeit mit Hilfe der DFR im Frequenzbereich bewerten, anstatt im viel schwieriger zu kontrollierenden Temperaturbereich.Mit der DFR-Messung können Sie daher Probleme in der Isolation unter einfach zu erreichenden Bedingungen im Außeneinsatz leicht finden.

Für alle Messungen werden DFR-Prüfkurven bereitgestellt. Je nach Anlage werden zusätzliche, diskrete Prüfergebnisse gemeldet. Ein Transformatorbericht enthält beispielsweise den Feuchtigkeitsgehalt der festen Isolation des Transformators, die Leitfähigkeit seiner flüssigen Isolation und den 50/60 Hz-Tan-Delta- oder Leistungsfaktorwert der Gesamtisolation des Transformators. Bei der Prüfung einer Durchführung wird der prozentuale Verlustfaktor oder Leistungsfaktorwert bei drei verschiedenen Frequenzen angegeben.

Nein, beide sind sehr unterschiedlich. Die DFR-Messung besteht aus einer Reihe von Tan-Delta-Prüfungen, die über einen Frequenzbereich durchgeführt werden. Die verwendeten Frequenzen sind viel niedriger als die für SFRA verwendeten – typischerweise 1 mHz (Millihertz!) bis 1 kHz. Die Ergebnisse werden in der Regel in Form einer Kapazitäts- und/oder Verlustfaktor/Leistungsfaktor-Kurve dargestellt. In Verbindung mit einer Isolationsmodellierung liefern sie unschätzbare Informationen über den Zustand des Isolationssystems des Transformators, insbesondere über den Feuchtigkeitsgehalt der Zelluloseisolation und die Leitfähigkeit des Öls.

Die verwendeten Messtechniken sind ähnlich, aber wie der Name schon sagt, wird bei der Schmalband-DFR ein viel eingeschränkterer Frequenzbereich verwendet – normalerweise von etwa 1 Hz bis 500 Hz. Außerdem werden die Ergebnisse direkt und nicht mithilfe von Modellierungstechniken analysiert. Die Durchführung einer Schmalband-DFR-Messung nimmt viel weniger Zeit in Anspruch als eine vollständige DFR-Messung – etwa 2 Minuten im Vergleich zu 20 Minuten oder mehr –, aber die Schmalband-Prüfung liefert nicht den geschätzten Feuchtigkeitsgehalt der Zelluloseisolation. Eine Schmalband-DFR-Prüfung zeigt jedoch Probleme eher an als herkömmliche Leistungsfaktor-/Tan-Delta-Prüfungen, die nur bei Netzfrequenz durchgeführt werden. Sie bestätigt auch, dass scheinbar gute Leistungsfaktor-/Tan-Delta-Werte wirklich gut sind, und ermöglicht die Bestimmung des individuellen Temperaturkorrekturfaktors (ITC) des Transformators.

Eine herkömmliche Lösung wäre gewesen, eine Probe des Öls aus dem Wandler zu entnehmen und den Feuchtigkeitsgehalt der Probe durch eine Analyse der gelösten Gase (DGA) oder die Karl-Fischer-Titrationsmethode zu bestimmen. Dieser Ansatz hat jedoch einige Schwächen. Zum einen ist der Ölgehalt eines typischen HV-Stromwandlers gering, so dass wiederholte Probenentnahmen zur Überwachung des Eindringens von Feuchtigkeit in den Stromwandler über einen längeren Zeitraum nicht praktikabel sind. Eine weitere Einschränkung besteht darin, dass man mit der DGA- und der Karl-Fischer-Prüfung zwar den Feuchtigkeitsgehalt des Öls bestimmen kann, aber keine genauen Informationen über den Feuchtigkeitsgehalt der festen Isolierung (in der Regel Papier) im Stromwandler erhält, der häufig Ursache eines thermischen Durchschlags ist, der zu einem katastrophalen Ausfall führt. Eine bessere Möglichkeit zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts von HV-Stromwandlern ist die Verwendung des dielektrischen Frequenzgangs (DFR).

Eine der wichtigsten Anwendungen für das IDAX ist die Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts in der Isolation von Transformatoren. Feuchtigkeit in der Isolation beschleunigt den Alterungsprozess erheblich. Feuchtigkeit kann Blasen zwischen den Wicklungen verursachen, was zu katastrophalen Ausfällen führen kann. Der IDAX liefert zuverlässige Feuchtigkeitsbewertungen in einer einzigen Prüfung. Sie können die Prüfung bei vielen Temperaturen durchführen. Je nach Zustand und Temperatur des Prüfgegenstandes kann sie bis zu 20 Minuten oder länger dauern.

Bei Entscheidungen über die Wartung (oder den Austausch) eines Transformators sollten der Zustand der Isolation und die zu erwartende Belastung des Geräts berücksichtigt werden. Wenn Sie die voraussichtliche Lebensdauer eines Transformators (oder Generators oder Kabels) um nur wenige Betriebsjahre verlängern, indem Sie seinen Betriebszustand auf der Grundlage zuverlässiger diagnostischer Daten optimieren, bedeutet dies erhebliche Kosteneinsparungen für den Eigentümer der Anlage.Ein Transformatoreigentümer kann mithilfe der FDS-Technologie auch den Zustand und die Alterung der Isolation in Durchführungen, Stromwandlern, Spannungswandlern und anderen Komponenten beurteilen. Dank zahlreicher laufender Forschungsprojekte an Instituten und Universitäten auf der ganzen Welt können die Bediener des IDAX auf wertvolle Erfahrungen zurückgreifen.

Feuchtigkeit, die sich im Isolationssystem eines Netztransformators ansammelt, beeinträchtigt mehrere Eigenschaften:

• Die Belastbarkeit wird begrenzt, da ein höherer Feuchtigkeitsgehalt die Temperatur für den Beginn der Blasenbildung verringert
• Die Durchschlagfestigkeit des Öls wird gesenkt, was sich direkt auf die Isolationseigenschaften auswirkt
• Die Zelluloseisolation altert und verliert dadurch an mechanischer Festigkeit

DFR von IDAX ist die einzige zuverlässige Methode zur Bestimmung der Feuchtigkeit in Leistungstransformatoren, ohne dass diese zerlegt werden müssen. Typischerweise können Prüfungen des Tan-Delta/Leistungsfaktors bei einer einzelnen Frequenz aufgrund von Temperatureffekten falsche Ergebnisse liefern, und die Ölanalyse ist unzuverlässig, da sich die Feuchtigkeit hauptsächlich in der festen Isolation befindet. In einer Anwendung für Leistungstransformatoren verwendet IDAX ein einzigartiges Zwei-Materialien-Modell sowie ITC, um Feuchtigkeit, Ölleitfähigkeit und Tan-Delta/Leistungsfaktor genau zu berechnen.

Das Eindringen von Feuchtigkeit ist ein relativ häufiges Problem bei Durchführungen und Stromwandlern, das katastrophale Folgen haben kann. Durchführungsstörungen sind die Ursache für 17 % aller Transformatorausfälle und bis zu 70 bis 80 % aller Transformatorbrände. Eine defekte Durchführung kann auch explodieren und möglicherweise das gesamte Umspannwerk beschädigen.Es reicht nicht aus, herkömmliche Tan-Delta- oder Leistungsfaktorprüfungen bei Netzfrequenz durchzuführen, da solche Prüfungen zu falsch-positiven Ergebnissen führen können. Nur durch DFR können Sie den tatsächlichen Status einer Durchführung oder eines Wandlers ermitteln. Bei der DFR werden nicht nur hohe Feuchtigkeitswerte erkannt, sondern auch Spuren von Teilentladungen in Hoch- und Höchstspannungsdurchführungen.

Jedes Mal, wenn Sie eine komplette Messung nur im FDS-Modus (Frequenzbereichsspektroskopie) durchführen können, haben Sie eine bessere, zuverlässigere Messung. Ein echtes Frequenzbereichsverfahren, das die Messzeit verkürzt, wird durch die gleichzeitige Anwendung mehrerer Frequenzen und die gleichzeitige Extraktion von Messdaten aus den angewandten Frequenzen erreicht. Da der Spannungspegel jeder Frequenz reduziert werden muss, reagieren die Messungen etwas empfindlicher auf Wechselstromstörungen, wohingegen Gleichstromstromstörungen die Messungen nicht beeinträchtigen. Dieser Multifrequenzansatz ist ein Fortschritt gegenüber dem älteren Ansatz, FDS mit PDC zu kombinieren, der empfindlicher auf Wechselstromstörungen und auch recht empfindlich auf Gleichstromstörungen reagiert. Die Zeitersparnis durch die Multifrequenzmethode ist erheblich. Die gleichzeitige Messung mit drei Frequenzen verkürzt beispielsweise die Messzeit um etwa 40 %.

Bei der Prüfung von Prüfgegenständen mit geringer Kapazität, wie Durchführungen und Stromwandlern, liefert das IDAX in Verbindung mit dem VAX020 eine Prüfspannung von bis zu 2 kV, was ein ausgezeichnetes Signal-Rausch-Verhältnis und Messungen bis zu 1 kHz ermöglicht. Eine einzigartige Ausführung von ITC aus einem Material liefert Prüfergebnisse auf eine Referenztemperatur unabhängig von der Temperatur des Prüfgegenstandes. IDAX unterstützt OIP, RIP, RBP, OIP-Stromwandler und benutzerdefinierte Materialien. Mit den 20/30-kV-Verstärkern (VAX220) kann das IDAX zur Beurteilung des Zustands von XLPE-Kabeln verwendet werden. Frequenzsweeps werden bei 25 %, 50 %, 75 % und 100 % der Betriebsspannung zwischen Phase und Erdung durchgeführt, und durch den Vergleich der DFR-Kurven kann Water-Treeing erkannt werden. Mit der DFR ist es möglich, die charakteristische Reaktion von Wasserbäumen vom Einfluss von Zubehör und Kriechströmen zu trennen.

Der am häufigsten verwendete Spannungspegel beträgt 140 V eff. Das reicht unter den meisten Bedingungen aus, um die CHL-Isolation eines Transformators zu messen. In Situationen mit starken Störungen oder bei der Messung von CH oder CL (eines Transformators), Drosseln, Durchführungen und Stromwandlern (CT) bietet ein 140-V-Effektivwertsignal jedoch kein ausreichend hohes Signal-Rausch-Verhältnis, um aussagekräftige Ergebnisse zu erhalten. Eine höhere Prüfspannung, wie die 1400 V eff/2000 V Spitze des IDAX 322, verbessert die Messgenauigkeit und wird in diesen Fällen empfohlen.

Dank der zwei verfügbaren Messsysteme in einem Gerät ergibt sich der einzigartige Vorteil, dass Sie zwei Kapazitäten gleichzeitig prüfen können. Das IDAX kann zum Beispiel zwei HV-Durchführungen gleichzeitig prüfen. Das Gerät kann auch gleichzeitig die beiden Isolationen zwischen den Wicklungen eines Dreiwicklungstransformators messen, z. B. CLH und CLT. Kein anderes Gerät ist in der Lage, simultan im Frequenzbereich zu messen. Bei einigen Geräten mit zwei Kanälen teilen sich beide Kanäle ein einziges Amperemeter. Mit diesen Geräten werden entweder nur halb so viele Messungen durchgeführt (d. h. mit geringerer Genauigkeit) oder es wird keine Zeitersparnis gegenüber der Durchführung von zwei separaten Prüfungen erzielt.