DIRANA. Messung der dielektrischen Antwort und Wasserbestimmung in Öl-Papier-Dielektrika

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1 DIRANA Messung der dielektrischen Antwort und Wasserbestimmung in Öl-Papier-Dielektrika

2 Messung der dielektrischen Eigenschaften Warum Messung der dielektrischen Eigenschaften? Durch Messung der dielektrischen Eigenschaften, wie Verlustfaktor oder Kapazität, lassen sich wertvolle Informationen über den Zustand von Hochspannungs-isolierungen gewinnen. Während eine konventionelle Messung einer Isolierung bei Netzfrequenz begrenzte Ergebnisse liefert, ergibt die dielektrische Messung in einem breiten Frequenzbereich genauere Informationen über ihren Zustand. Abhängig von der Frequenz werden Polarisationseffekte und dielektrische Verluste durch Wassergehalt, Verunreinigungen, alterungsbedingte Nebenprodukte und Temperatur beeinflusst. Daher wird eine Verschlechterung des Isolations-zustands in der dielektrischen Antwort deutlich sichtbar. Prüfspannung an Oberspannungswicklungen (OS) Guard Strommessung über Unterspannungswicklungen (US) 2

3 Anwendungen DIRANA misst für viele Anwendungen wie Generatoren und Motoren frequenzabhängig deren dielektrischen Eigenschaften. Zur Bestimmung des Wassergehalts kann es außerdem eingesetzt werden bei: > Leistungstransformatoren > Durchführungen > Papier-Masse-isolierte Kabel > Messwandler DIRANA unterstützt diese Anwendungen mit einer Vielzahl von auswählbaren Anschlussdiagrammen. Dies hilft dem Benutzer bei der Messung vor Ort. Durchführung einer Messung Die dielektrischen Eigenschaften werden anhand einer Drei-Elektroden-Messung mit Guard (Schutzelektrode) gemessen. Die Guard-Technik des DIRANA gewährleistet störungsfreie Messungen selbst bei verschmutzten Durchführungen. Wird zum Beispiel ein Zweiwicklungstransformator gemessen, so sind folgende Anschlüsse nötig: > Prüfspannung an die OS-Wicklung > Strommessung an der US-Wicklung > Guard an den Kessel Im Gegensatz zur herkömmlichen Gleichgewichtsmethode kann die Messung sofort erfolgen. Der Transformator muss nicht abkühlen und es muss nicht abgewartet werden, bis das Feuchtigkeitsgleichgewicht zwischen Papier und Öl erreicht ist. Zwei Kanäle = 50 % Zeitersparnis DIRANA von OMICRON verfügt über zwei Eingangskanäle, wodurch die Messzeit deutlich verringert werden kann. Im Fall eines Dreiwicklungstransformators kann beispielsweise die Prüfspannung an die Oberspannungswicklung angelegt werden, während die Eingangskanäle mit den Ober- und Unterspannungswicklungen verbunden sind. Dadurch kann eine Zeitersparnis von bis zu 50 % erreicht werden. Ihre Vorteile > Breiter Frequenzbereich für bisher unerreichte Genauigkeit und präzise Messungen auf allen Temperaturniveaus > Umfangreicher Anwendungsbereich für verschiedene Isolationssysteme > Vielzahl von Anschlussdiagrammen zur Unterstützung des Anwenders > Spezielle Guard-Technik bietet Schutz gegen Messinterferenzen > Zwei Eingangskanäle verringern die Prüfdauer erheblich 3

4 Wasser in Öl-Papier-Isolierungen Kosteneffiziente Instandhaltung Öl-Papier-Isolierungen finden sich in vielen Betriebsmitteln der elektrischen Energieversorgung, wie in Transformatoren, Durchführungen und Messwandlern, wieder. Aufgrund des Kostendrucks in einem deregulierten Energiemarkt stellen die Versorger die Wartung von zeitbasierten auf zustandsbasierte Konzepte um. Diese Entwicklung macht zuverlässige Diagnosewerkzeuge erforderlich. DIRANA hilft beispielsweise die Instandhaltung des Transformatorenbestands zu priorisieren, indem es den Wassergehalt der Öl-Papier-Isolierungen analysiert. Das Prüfergebnis ist eine unabhängige Zustandsgröße, die mit anderen Wassergehaltsanalysen verglichen werden kann. Wasser in Transformatoren Wasser dringt aus der Atmosphäre, z.b. durch Atmung oder leckende Dichtungen sowie bei der Installation oder bei Reparaturen, in Transformatoren ein. Außerdem entsteht es als Alterungsprodukt in Öl-Papier-Isolierungen. Auch im Fall eines nicht-atmenden Transformators kann demnach der Wassergehalt auf ein kritisches Level ansteigen. In Öl-Papier-Isolierungen eindringendes Wasser bewirkt drei gefährliche Effekte: Es verringert die dielektrische Festigkeit, beschleunigt die Alterung von Zellulose (Depolymerisation) und führt bei hohen Temperaturen zur Bildung von Gasblasen. In der Regel speichert der Feststoffanteil von Isolierungen, wie Pressboard, Papier oder Holz, 2000-mal mehr Wasser als das Öl. Der Wassergehalt in der Festisolierung ist daher wesentlich höher als im Öl. Leckende Dichtungen Wasser durch Alterung Installation, Reparatur Restfeuchte Atmung 4

5 Wozu dient die Wasserbestimmung? Die Kenntnis des tatsächlichen Wassergehalts in der Isolierung ist bei der Entscheidung notwendig, ob weitere Korrekturmaßnahmen, wie eine Trocknung, erforderlich sind. Das abgebildete Diagramm zeigt das temperaturabhängige Verhältnis zwischen Wassergehalt und Wassersättigung, um die Umrechnung der Messwerte zu ermöglichen. Wie werden die Ergebnisse ausgewertet? Die IEC kategorisiert eine Wassersättigung von über 6 % als mäßig feucht, was einem Wassergehalt von circa 2,2 % entspricht. Oberhalb dieses Bereichs wirken sich die schädigenden Effekte von Wasser immer stärker aus. Auf dieser Grundlage sollten Korrekturmaßnahmen, wie eine Trocknung, ergriffen werden. Nachfolgend die Bestimmung des Wassergehalts nach IEC Wassergehalt in % Extrem feucht 5 Feuchtigkeitskategorien Trocken Mäßig feucht Feucht Ansteigende Feuchtigkeit durch Wasser 21 C 80 C Auswertungsergebnis Wassersättigung in % Der Wassergehalt setzt die Masse des Wassers in Relation zur Masse des Materials. Die Wassersättigung setzt die Masse des Wassers in Relation zur maximalen Masse an Wasser, die ein Material aufnehmen kann. 5 Ihre Vorteile > Bestimmung des Wassergehalts in Öl-Papier-Isolierungen für eine präzisere Zustandsbewertung > Zuverlässige quantitative Daten für ein effizientes, zustandsbasiertes Instandhaltungsprogramm > Bewertung des Wassergehalts auf Grundlage internationaler Standards

6 Wasserbestimmung Warum dielektrische Messungen zur Wasserbestimmung? Herkömmliche Ölprobenverfahren, die die Verwendung eines Gleichgewichtsdiagramms zur Bewertung des Wassergehalts erfordern, bergen viele Fehlerquellen. Neben den Unwägbarkeiten bei der Probenentnahme und der Wasser-in-Öl-Messung führt die Alterung von Öl und Papier dazu, dass die Anwendung von herkömmlichen Gleichgewichtsdiagrammen sehr ungenaue Ergebnisse liefert. Dies macht das Ölprobenver-fahren zusammen mit den sehr langen Zeitkonstanten für Gleichgewichtsprozesse für eine zustandsbasierte Instandhaltungsstrategie ungeeignet. Die Methode zur Messung der dielektrischen Eigenschaften hingegen ist ein sehr zuverlässiges Verfahren, das einen hohen Genauigkeitsgrad bei der Bewertung des Wassergehalts in der Festisolierung bietet. Wie funktioniert die Methode? DIRANA leitet die Wassermenge in Papier oder Pressboard von Eigenschaften wie dem Polarisierungsstrom, der komplexen Kapazität und dem Verlustfaktor ab. Jede dieser Eigenschaften wird durch Wasser erheblich beeinflusst. Der Verlustfaktor zeigt in Abhängigkeit der Frequenz einen typischen s-förmigen Verlauf. Mit zunehmendem Wassergehalt bzw. zunehmender Temperatur und Alterung verschiebt sich die Kurve zu höheren Frequenzen. Der Wassergehalt beeinflusst die niedrigen und hohen Frequenzbereiche. Der lineare, mittlere Abschnitt der Kurve mit dem starken Anstieg gibt die Ölleitfähigkeit wieder. Die Isolationsgeometrie bestimmt das Maximum in der Verlustfaktorkurve. Die Wasserbestimmung der DIRANA-Software basiert auf einem Vergleich der dielektrischen Eigenschaften des Transformators mit modellierten dielektrischen Eigenschaften. Ein Algorithmus vergleicht die Messdaten mit den Modelldaten und berechnet die Geometriedaten, den Wassergehalt sowie die Ölleitfähigkeit. Dazu muss lediglich die Öltemperatur eingegeben werden. Verlustfaktor 1 Wasser und Alterung der Zellulose Isolationsgeometrie Ölleitfähigkeit 0,1 0,01 0,001 0,001 Hz 1 Hz 1000 Hz Frequenz Einflussfaktoren auf den frequenzabhängigen Verlustfaktor 6

7 Bedienerfreundliche und effiziente Software Die Software vereint integriertes Expertenwissen mit einer intuitiven Benutzeroberfläche. Sie können zwischen der einfachen und erweiterten Feuchtigkeitsauswertung wählen (Basis- und Experten-Modus). Bei Bedarf hilft Ihnen auch ein Software-Assistent die Auswertung durchzuführen. Zuverlässige Ergebnisse auch für gealterte Öl-Papier-Isolierungen DIRANA kompensiert die Störeinflüsse durch leitfähige Alterungsprodukte wie Säuren. Diese Substanzen erhöhen die dielektrischen Verluste auf ähnliche Weise wie Wasser und können daher zu einer Überbewertung des Wassergehalts führen. Die Software von DIRANA verwendet einen Kompensationsalgorithmus, der auch für gealterte Öl-Papier-Isolierungen zuverlässige Ergebnisse gewährleistet. Feuchtigkeitsauswertung im Experten-Modus Feuchtigkeitsauswertung im Basis-Modus 7 Ihre Vorteile > Wissenschaftlich bewährtes Interpretationsschema > Automatisierte Analyse des Wassergehalts und der Ölleitfähigkeit > Kompensation von Temperatur und Isolationsgeometrie > Zuverlässige Ergebnisse auch bei gealterten Öl-Papier-Isolierungen

8 Innovatives Messen mit OMICRON DIRANA von OMICRON bestimmt die dielektrischen Eigenschaften von Isolationen in einem breiten Frequenzbereich. Auf Grundlage des Verlustfaktors und der Kapazität analysiert das System den Wassergehalt von Öl-Papier-Isolierungen. DIRANA eignet sich außerdem sehr gut zur qualitativen Bewertung anderer Hochspannungsisolationen wie bei Transformatoren, Durchführungen, Messwandler, Kabel und Generatoren. Kombinierte Zeit- und Frequenzbereichsmethode DIRANA kombiniert die Messung des Polarisationsstroms im Zeitbereich (PDC) mit der Frequency Domain Spectroscopy (FDS) und verringert so die Messdauer im Vergleich zu herkömmlichen Techniken enorm. Zeitbereichsmessungen können in kurzer Zeit durchgeführt werden, sind jedoch auf niedrige Frequenzen beschränkt. Frequenzbereichsmessungen hingegen sind gut für hohe Frequenzen geeignet, erfordern aber bei niedrigen Frequenzen eine sehr lange Messzeit. Die patentierte Technik von DIRANA kombiniert die Vorteile beider Methoden. Sie erfasst Daten im Zeitbereich von 10 μhz bis 0,1 Hz und im Frequenzbereich von 0,1 Hz bis 5 khz. Dies verringert die Messdauer im Vergleich zu ausschließlich frequenzbereichbasierten Messungen um bis zu 75 %. Die Datenerfassung für eine typische Frequenzbereichmessung von 1 khz bis 0,1 mhz erfordert 11 Stunden. DIRANA erfasst diese Daten in weniger als 3 Stunden. DIRANA wandelt dabei die Zeitbereichsströme zur nachfolgenden Bewertung in Frequenzbereichsdaten um. PDC-Messung FDS-Messung Strom Verlustfaktor Zeit DIRANA-Messung Verlustfaktor Frequenz Frequenz 12 h FDS 100 µhz... 1 khz 5,5 h PDC 100 µhz... 1 Hz 3 h DIRANA 100 µhz... 1 khz Messdauer Frequenzbereich 8

9 Zuverlässige Feuchtebestimmung mit DIRANA Wasser ist für Öl-Papier-Isolierungen kritisch. Es setzt die dielektrische Festigkeit herab, beschleunigt die Alterung der Feststoffisolierung und führt bei hohen Temperaturen zur Bläschenbildung. Daher ist es für Betreiber von größter Bedeutung, den Wassergehalt ihres Betriebsmittels zu kennen. DIRANA analysiert die dielektrischen Eigenschaften zur Bestimmung des Wassergehalts im Feststoff von Öl-Papier- Isolierungen. Die Software bedient sich hierbei einer wissenschaftlich erprobten Datenbank, mit der die gemessenen Werte verglichen werden. Dies geschieht voll automatisch, nur die Eingabe der Öltemperatur ist notwendig. Die automatisierte Auswertung kompensiert den Einfluss von Temperatur, Isolationsgeometrie und Ölleitfähigkeit sowie alterungsbedingte Nebenprodukte. Leitfähige Alterungsprodukte werden auf Grund der ähnlichen dielektrischen Antwort oft als Wasser interpretiert, was zu unnötigen Trocknungsmaßnahmen führen kann. DIRANA kompensiert jedoch diesen Einfluss und gewährleistet so die zuverlässige Erkennung von Wasser auch in gealterten Öl-Papier-Isolierungen. Intuitive Benutzeroberfläche zur Durchführung von Messungen 9

10 Technische Daten Technische Daten Spannungsquelle Messspannung Maximaler Dauerausgangsstrom Verlustfaktor, Kapazität Bereich für Verlustfaktor, Auflösung Genauigkeit für 1 mhz < f <100 Hz f < 1 mhz und f > 100 Hz Kapazität Genauigkeit 200 V Spitze 50 ma Spitze , % % pf μf 0,5 % + 1 pf Mechanische Daten / Stromversorgung Abmessungen (B H T) mm Gewicht Messgerät 2,3 kg kompletter Koffer 20 kg Stromversorgung 100 V V Frequenz 50 Hz Hz Kalibrierung Optionale Kalibrierung alle zwei Jahre Zeitbereichsbasierte Strommessung (PDC) Bereich, Auflösung 20 ma, 0,1 pa Eingangswiderstand 10 kw Genauigkeit 0,5 % ± 1 pa PC-Anforderungen Betriebssystem CPU / RAM Schnittstelle / Laufwerke Windows XP, Windows Vista, Windows 7 Pentium 1 GHz / 512 MB USB 2.0 / CD-ROM-Laufwerk Frequenzbereichsmessung (FDS) Messspannung Messstrom 200 V Spitze 50 ma Spitze Bereiche für kombinierte FDS- und PDC-Messung Frequenz 5 khz μhz (bei Approximation: 10 μhz) Umgebungsbedingungen Umgebungstemperatur im Betrieb -10 C C für Lagerung -10 C C Relative Luftfeuchtigkeit 20 % %, nicht kondensierend Luftdruck (Lagerung/Betrieb) 70 kpa kpa Messdauer (abhängig vom Frequenzbereich) 2 mhz... 1 khz circa 15 min 100 μhz... 1 khz < 3 h 10 μhz... 1 khz < 6 h Software-Tests GST (Grounded Specimen Test) GSTg (Grounded Specimen Test, inkl. Guard) UST (Ungrounded Specimen Test) Messung mit geerdetem Prüfobjekt Messung mit geerdetem Prüfobjekt und Guard Messung mit ungeerdetem Prüfobjekt 10

11 DIRANA Bestellinformationen Pakete Beschreibung Bestell-Nr. DIRANA, Komplettpaket DIRANA wird in einem stabilen Transportkoffer geliefert, der sämtliches erforderliches Zubehör wie Anschlusskabel mit Klemmen, Kabeltrommeln usw. enthält. VE Sichern Sie sich Ihr DIRANA Training! Die OMICRON Academy bietet Trainings an, in denen Sie alle spezifischen Fragen klären können. Das Training Dielektrische Diagnose von Leistungstransformatoren mit DIRANA umfasst: > Methoden zur Feuchtebestimmung und Grundlagen der dielektrischen Antwortsmessung > Bedienkonzept von DIRANA und zugehörigem Zubehör > Praktische Übungen mit dem DIRANA am Leistungstransformatoren > Interpretation von Messkurven der dielektrischen Antwortsmessung 11

12 OMICRON ist ein weltweit tätiges Unternehmen, das innovative Prüf- und Diagnoselösungen für die elektrische Energieversorgung entwickelt und vertreibt. Der Einsatz von OMICRON-Produkten bietet höchste Zuverlässigkeit bei der Zustandsbeurteilung von primär- und sekundärtechnischen Betriebsmitteln. Umfassende Dienstleistungen in den Bereichen Beratung, Inbetriebnahme, Prüfung, Diagnose und Schulung runden das Leistungsangebot ab. Kunden in mehr als 140 Ländern profitieren von der Fähigkeit des Unternehmens, neueste Technologien in Produkte mit überragender Qualität umzusetzen. Servicezentren auf allen Kontinenten bieten zudem ein breites Anwendungswissen und erstklassigen Kundensupport. All dies, zusammen mit einem starken Netz von Vertriebspartnern, ließ OMICRON zu einem Marktführer der elektrischen Energiewirtschaft werden. Mehr Informationen, eine Übersicht der verfügbaren Literatur und detaillierte Kontaktinformationen unserer weltweiten Niederlassungen finden Sie auf unserer Website. OMICRON L2025, Januar 2016 Änderungen vorbehalten.