Prüfungen an Leistungstransformatoren und Normen

In diesem Artikel werden die Prüfungen beschrieben, die an Leistungstransformatoren durchgeführt werden. Ausgangspunkt sind zwei Kennzahlen, die als grundlegende Kriterien für die Beurteilung des Zustands der Transformatorisolierung dienen: der Absorptionsindex und der Polarisationsindex (je höher diese Kennzahlen, desto besser der Zustand der Isolierung). Im Folgenden werden diese Prüfungen betrachtet:

a) Prüfung des Leistungsfaktors: Dieser Faktor wird zum Nachweis von Feuchte empfohlen und ist das wichtigste Kriterium für die Beurteilung der Isolierung der Wicklungen eines Transformators. Amperis bietet ein breites Programm an Geräten für die Instandhaltung von Transformatoren.
Der Leistungsfaktor ist stets das Verhältnis zwischen den Verlusten (Milliwatt) und der Last (Millivoltampere); der ermittelte Wert hängt allein von der Feuchte und der Temperatur des Betriebsmittels unter den jeweiligen Betriebsbedingungen ab, unabhängig von Dicke oder Fläche der Isolierung. Da die Ergebnisse mit der Temperatur des Prüfobjekts schwanken, sind die Messwerte auf eine Referenztemperatur von 20 °C umzurechnen; es handelt sich um eine Wechselstromprüfung. Für einen zulässigen Leistungsfaktor gelten folgende Kriterien: 0,5 % bei einem neuen Transformator bis 2,0 % bei einem Transformator mit verunreinigter oder gealterter Isolierung, jeweils bezogen auf 20 °C. Liegt der Wert über 2 %, ist die Ursache der schwachen Isolierung zu untersuchen (zum Beispiel eingedrungenes Wasser im Isolieröl).

b) Prüfung des Isolationswiderstands: Gemeint ist der Widerstand (in Megaohm), den die Isolierung bietet, wenn über eine festgelegte Zeit eine Gleichspannung angelegt wird. Die Messung erfolgt mit einer über die gesamte Prüfdauer konstanten Spannung. Dabei fließt ein kleiner Ableitstrom durch die Isolierung des Prüfobjekts, der sich auf einen konstanten Minimalwert verringert.
Die Mindestwerte des Isolationswiderstands (bei 20 °C) betragen: für 15,0 kV: 410 MΩ; für 34,5 kV: 930 MΩ; für 230/115 kV: 3100 MΩ.

c)Prüfung des Übersetzungsverhältnisses. Das Übersetzungsverhältnis ist definiert als das Verhältnis der Windungszahlen oder der Spannungen zwischen den Wicklungen des Transformators (Primär- und Sekundärseite). Das TTR-Verfahren ist die gebräuchlichste Methode zur Prüfung des Übersetzungsverhältnisses. Ein TTR-Gerät besteht im Wesentlichen aus:

  • einem Referenztransformator mit einstellbarem Verhältnis von 0 bis 130
  • einer Erregerquelle für Wechselstrom
  • einem Voltmeter
  • einem Amperemeter
  • einem Nullstromdetektor als Galvanometer
  • sowie einem Satz Klemmen für den Anschluss.

Mit dieser Prüfung werden Kurzschlüsse zwischen Windungen, die Polarität, die Phasenfolge, offene Stromkreise und Ähnliches erkannt. Amperis verfügt über marktführende Geräte zur Bestimmung des Übersetzungsverhältnisses, zum Beispiel:

Übersetzungsmessgerät TTRF-250

Übersetzungsmessgerät TTRF-250

Übersetzungsmessgerät TTR-3D

Übersetzungsmessgerät TRT03-AS2

Übersetzungsmessgerät ATRT-03

Übersetzungsmessgerät TRT01-BS3

Hier lässt sich ein Vergleich der Übersetzungsmessgeräte nachlesen.

d) Prüfung des ohmschen Wicklungswiderstands. Diese Prüfung dient der Berechnung der Gesamtverluste eines Transformators und deckt schlechte Kontakte oder Stellen mit hohem Widerstand in den Wicklungen auf. Sie ist an Leistungstransformatoren, Verteiltransformatoren, Messwandlern, Spartransformatoren, Spannungsreglern und Ähnlichem anwendbar. Als Messgerät dient ein Ohmmeter mit Messbereichen von 10 µΩ bis 1999 Ω.
Die Messergebnisse müssen für die 3 Phasen der Wicklungen ähnlich ausfallen. Abweichungen deuten auf einen schlechten inneren Kontakt in der Phase mit dem höchsten Wert hin; dieser Kontakt erwärmt das Betriebsmittel und führt schließlich zu Schäden, die eine Außerbetriebnahme zur Reparatur erzwingen.

e) Stehspannungs- bzw. Durchschlagsfestigkeitsprüfung. Mit dieser Prüfung wird der Betriebszustand des Isolieröls beurteilt. Die Durchschlagsfestigkeit des Öls ist definiert als die niedrigste Spannung, bei der zwischen zwei metallischen Elektroden ein Lichtbogen entsteht; sie gibt Auskunft darüber, welchen elektrischen Beanspruchungen das Öl ohne Versagen standhält. Eine niedrige Durchschlagsfestigkeit zeigt eine Verunreinigung mit Wasser oder anderen Stoffen an. Die Prüfeinrichtung für die Durchschlagsfestigkeitsprüfung besteht aus:

  1. einem Transformator
  2. einem Spannungsregler (0–60 kV)
  3. einem Schalter,
  4. einem Voltmeter
  5. einem Prüfgefäß mit zwei planen Elektroden

Als Richtwert gilt: der zulässige Mindestwert der Durchschlagsfestigkeit für ein Öl im Betrieb beträgt 25 kV. Die Prüfung der Resistivität ist grundlegend, wenn ein Transformator mit ungewöhnlich niedrigem und unveränderlichem Isolationswiderstand untersucht wird, denn die Ursache kann eine geringe Resistivität des Öls sein.

Prüfgerät für die Durchschlagsfestigkeit von Isolieröl mit Prüfgefäß und Elektroden

Normen

Nachstehend sind die Normen für die Durchführung von Instandhaltungsprüfungen an Schaltanlagenkomponenten aufgeführt:

  • ASTM D3487-88, Spezifikation für Mineral-Isolieröl in elektrischen Geräten.
  • ASTM D 923-91, Prüfverfahren für die Probenahme elektrischer Isolierflüssigkeiten.
  • ASTM D3612-93, Prüfverfahren für die Analyse gelöster Gase in elektrischem Isolieröl mittels Gaschromatographie.
  • ASTM D1816-97, Standardprüfverfahren für die Durchschlagspannung von Isolierölen auf Erdölbasis mit VDE-Elektroden.
  • ASTM D924-92 (b), Prüfverfahren für den Verlustfaktor (oder Leistungsfaktor) und die relative Permeabilität (Dielektrizitätskonstante) elektrischer Isolierflüssigkeiten.
  • ASTM D971-91, Prüfverfahren für die Grenzflächenspannung zwischen Öl und Wasser nach der Ringmethode.
  • ASTM D974-92, Prüfverfahren für die Neutralisationszahl durch Titration mit Farbindikator.
  • ASTM D1500-91, Prüfverfahren für die ASTM-Farbe von Erdölprodukten (ASTM-Farbskala).
  • ASTM D 1298-85, Verfahren für Dichte, relative Dichte (spezifisches Gewicht) oder API-Dichte von Rohöl und flüssigen Erdölprodukten nach der Aräometermethode.
  • ASTM D1524-84, Verfahren für die visuelle Untersuchung gebrauchter elektrischer Isolieröle auf Erdölbasis vor Ort.
  • ASTM D 2285-85, Prüfverfahren für die Grenzflächenspannung elektrischer Isolieröle auf Erdölbasis gegen Wasser nach der Gewichtsverlustmethode.
  • ASTM D1533-88, Prüfverfahren für den Wassergehalt in Isolierflüssigkeiten (Karl-Fischer-Methode).
  • ASTM D 3612-93, Prüfverfahren für die Analyse gelöster Gase in elektrischem Isolieröl mittels Gaschromatographie.
  • ASTM D 3613-92, Prüfverfahren für die Probenahme elektrischer Isolieröle zur Gasanalyse und zur Bestimmung des Wassergehalts.
  • ASTM D 5837-99 (2005), Standardprüfverfahren für Furanverbindungen in elektrischen Isolierflüssigkeiten mittels Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC).
  • Messung des Übersetzungsverhältnisses, Prüfung der Polarität und der Phasenlage nach ICONTEC-Norm Nr. 471.
  • Messung des ohmschen Wicklungswiderstands nach ICONTEC-Norm Nr. 375.
  • Messung des Erdungswiderstands jedes Transformators (RETIE, Kapitel 15).
  • Prüfung und Messung der Erdung der Blitzschutzableiter – RETIE, Kapitel 15.
  • IEEE-400.1- 2001 Feldprüfungen zur Messung der Isolierung isolierter Kabel.
  • IEC – International Electrotechnical Commission.

Für Prüfungen an Leistungstransformatoren gelten folgende Normen:

  • Visuelle Untersuchung nach ASTM D-1524.
  • Durchschlagsfestigkeit nach ASTM D-877.
  • Farbindex nach ASTM D-1500.
  • Neutralisationszahl ASTM D-974.
  • Grenzflächenspannung nach ASTM D-971.
  • Wassergehalt nach ASTM D-1533.
  • Spezifisches Gewicht nach ASTM D-1298.
  • Chromatographische Analyse des Öls nach ASTM D-3612-93.
  • Übersetzungsverhältnis und Polarität; ANSI / IEEE C57.12.91.
  • Wicklungswiderstand; ANSI / IEEE Std. 62-1995.
  • Erregerstrom; ANSI / IEEE Std. 62-1995.
  • Impedanz; ANSI / IEEE Std. 62-1995.
  • Leistungsfaktor und Kapazität der Wicklungen; ANSI / IEEE Std. 62-1995.
  • Isolationswiderstand; ANSI / IEEE C57.12.91.
  • Frequenzganganalyse (FRA); IEEE C57-159 / D5.
  • Physikalisch-chemische Prüfungen (nach IEEE C57.106-2006).
  • Furanverbindungen (nach ASTM D5837, IEC 61198).
  • Gelöste Gase mittels Chromatographie (nach IEC 60599).
  • Analyse von PCB (nach ASTM-D4059) und Inhibitorgehalt (nach ASTM-D2668).
  • Dielektrische Prüfungen (IEC-60076-3).
  • Messung des Geräuschpegels (IEC-60076-10).

Für Prüfungen an Leistungsschaltern gelten folgende Normen:

  • Hochspannungsschalter – Teil 1; Schalter für Nennspannungen über 1 kV und unter 52 kV" – IEC 62271-103 ed1.0 (2011-06).
  • Hochspannungsschalter – Teil 2; Hochspannungsschalter für Nennspannungen von 52 kV und darüber." – IEC – 62271-104 ed1.0 (2009-04)
  • Spezifikation für Schwefelhexafluorid technischer Qualität (nf6) zur Verwendung in elektrischen Betriebsmitteln. – IEC – IEC – 60376 – 2006
  • Hochspannungs-Schaltgeräte und -Schaltanlagen – Teil 101: Synthetische Prüfungen. – IEC 62271 – 101 – 2006 15.3

Für Prüfungen an Leistungstrennschaltern gelten folgende Normen:

  • Wechselstrom-Trennschalter und Erdungsschalter – IEC 62271-102
  • Hochspannungsschalter. – IEC 62271-103 ed1.0 (2011-06).

Für Prüfungen an Stromwandlern gelten folgende Normen:

  • Messwandler "Teil 6:" Anforderungen an Schutzstromwandler für das transiente Verhalten." – IEC 61869-2 ed1.0 (2012-09).

Normen für Prüfungen an Spannungswandlern:

  • "Messwandler", Teil 3: "Induktive Spannungswandler". – IEC 61869-3 ed1.0 (2011-07)
  • "Messwandler", Teil 5: "Kapazitive Spannungswandler". IEC 61869-5 ed1.0 (2011-07)

Normen für Prüfungen an Überspannungsableitern:

  • Überspannungsableiter – Teil 4: Metalloxid-Ableiter ohne Funkenstrecken für Wechselspannungsnetze. – IEC 60099- 2007.

Normen für Prüfungen an Relais und Steuerungen:

  • Elektrische Relais – IEC 60255- 2006
  • Fernwirkeinrichtungen und -systeme – IEC 60870 – 2011
  • Elektromagnetische Verträglichkeit (ECM) – IEC 61000-2003