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Messung des Isolationswiderstands der Wicklungen eines Transformators

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MI 3205 TeraOhmXA 5kV

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Die Isolationsanalyse, meist durch Widerstandsmessung, ist eine gängige Methode zur Beurteilung des Zustands oder der "Fitness" einer elektrischen Maschine und ihrer Fähigkeit, innerhalb akzeptabler Grenzen zu arbeiten, sowie zur Ermittlung von Problemen, die eine Wartung oder umfassendere Reparatur erfordern. Alle in modernen elektrischen Maschinen und Anlagen verwendeten Isoliermaterialien sind hohen und schwankenden Temperaturen, chemischen Substanzen, atmosphärischen Elementen, mechanischen Kräften und anderen Faktoren ausgesetzt, die ihre dielektrischen Eigenschaften in unterschiedlichem Maße beeinträchtigen.

Die Widerstandsmessung ist eine einfache, schnelle und relativ kostengünstige Methode, um das Ausmaß der Verschlechterung und die Notwendigkeit einer Reparatur zu beurteilen. Manche Maschinen lassen sich jedoch leichter warten und reparieren als andere, und manchmal kann es praktisch und wirtschaftlich sinnvoller sein, den Betrieb fortzusetzen, wenn auch unter veränderten Bedingungen. Transformatoren sind ein gutes Beispiel dafür, und Isolationswiderstandsmessungen an Primär- und Sekundärwicklungen können ein guter Anhaltspunkt sein.

Verlängern der Lebensdauer eines Transformators

Die meisten Transformatorenausfälle, zumindest bei Mittelspannungs- und Niederspannungs-Verteiltransformatoren, sind auf eine Verschlechterung des Isolationswiderstands zurückzuführen, die durch unsachgemäßen Betrieb (Überlastung) oder allgemeine (und vorhersehbare) Alterung des Isolationsmaterials verursacht wird. Unabhängig von der genauen Ursache (auch wenn diese aus dem einen oder anderen Grund wichtig sein kann) sind die Betreiber von Transformatoren häufig daran interessiert, ihre Lebensdauer so weit wie möglich zu verlängern, bevor sie durch neue ersetzt werden.

Sehen wir uns ein Beispiel aus der Praxis an, wie dies mit dem Hochspannungsisolationsprüfgerät MI 3205 TeraOhmXA 5kV erreicht wurde. Ein großes Elektrizitätsversorgungsunternehmen war dabei, einen Teil des Verteilungsnetzes zu modernisieren, in dem es aufgrund von Überlastungen häufig zu Ausfällen kam, indem ältere Transformatoren durch neuere, leistungsstärkere ersetzt wurden.

Es blieben 37 20/0,4-kV-Transformatoren mit 680 kVA (Dy5) übrig, die trotz ihres Alters noch einwandfrei funktionierten und für die geplante Ausweitung des Netzes auf mehrere, bisher unterversorgte Gebiete verwendet werden konnten. Allerdings forderten 15 bis 25 Jahre Betrieb, zum Teil unter überlasteten Arbeitsbedingungen und bei 40 °C im Schatten, ihren Tribut, insbesondere bei den älteren Transformatoren. Eine Qualitätsprüfung vor der Wiederaufnahme des Betriebs war daher mehr als gerechtfertigt.

Die Isolationswiderstandsmessung der Primär- und Sekundärwicklungen wurde als Methode der Wahl gewählt. Es gibt natürlich auch andere, umfassendere und komplexere Bewertungsmethoden und -instrumente, aber die gewählte Methode wurde für den Zweck als ausreichend erachtet und konnte mit den drei MI 3205 TeraOhmXA 5kV durchgeführt werden, die sie bereits für die Überprüfung der Kabelisolierung eingesetzt hatten und mit deren Bedienung sie vertraut waren.

Berechnung von Zahlen

Die Analyse des Isolationswiderstands (von Wicklungen) in Transformatoren besteht aus drei separaten Widerstandsmessungen: Widerstand zwischen Primär- und Sekundärwicklung, zwischen Sekundärwicklung und Hauptbehälter und zwischen Primärwicklung und Hauptbehälter.

Im Allgemeinen wird empfohlen, dass der Isolationswiderstand bei Raumtemperatur (20 °C) mindestens 1 MΩ für jede kV der Wicklungsleistung beträgt. In unserem Fall sind das 20 MΩ. Der empfohlene Widerstand steigt jedoch mit zunehmender Betriebstemperatur steil an. Für jede zusätzlichen 10 °C verdoppelt er sich mehr als. Bei 70 °C, der Temperatur, die von den mit der Bewertung der Transformatoren beauftragten Ingenieuren des Versorgungsunternehmens als die höchste zu erwartende Temperatur gewählt wurde, beträgt der Isolationswiderstand der Wicklungen 635 MΩ.

Der Sicherheitsfaktor, der mit 30 % angesetzt wurde, wurde dabei nicht berücksichtigt, so dass sich ein Wert von 825,5 MΩ ergibt. Nach diesen vorläufigen Berechnungen begannen die Ingenieure mit den Messungen. Dabei gab es scheinbar nur ein kleines Problem - der MI 3205 TeraOhmXA 5kV kann 5 kV ausgeben, während die (Primär-)Wicklungen für 20 kV ausgelegt sind.

Extrapolation zur Rettung

Glücklicherweise ist dies aus zwei Gründen kein Problem: Der Widerstand des Isoliermaterials der (Transformator-)Wicklungen bei bestimmten Spannungen ist bekannt (und wird in der Regel in grafischer Form dargestellt), und der MI 3205 TeraOhmXA 5kV unterstützt Stufenspannungsprüfungen (in 100-V-Schritten für einen Messbereich von 1 bis 5 kV). Die Ingenieure führten einfach alle drei Messungen für jeden einzelnen Transformator durch, wobei sie darauf achteten, die Schutzklemme des Prüfgeräts ordnungsgemäß zu verwenden, und zeichneten die Ergebnisse für jede Messung (von 1 kV bis 5 kV) auf, extrapolierten sie auf 20 kV und verglichen sie mit den Datenblättern/Grafiken der Materialien. Die Messungen nahmen natürlich einige Zeit in Anspruch, da die Kapazität der Isolierung groß war (das Prüfgerät kann 3s/μF verwalten) - die Entladung am Ende erfolgte automatisch (eine weitere praktische Funktion des MI 3205 TeraOhmXA 5kV).

Wertvolle Informationen

Überraschenderweise haben 35 von 37 Transformatoren die Prüfung bestanden und wurden am Verteilungsnetz in Betrieb genommen. Die verbleibenden zwei waren zwar betriebsbereit, aber es wurde berechnet, dass sie nur bei deutlich reduzierter Temperatur und Belastung sicher betrieben werden konnten und daher für den Zweck des Versorgungsunternehmens ungeeignet waren - sie wurden verschrottet. Ein Beweis dafür, dass eine einfache Isolationsanalyse, wie sie mit dem MI 3205 TeraOhmXA 5kV durchgeführt wird, eine wertvolle Bewertungsmethode sein kann - für MS- und NS-Transformatoren und andere elektrische Maschinen.