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Prüf- und Diagnoseverfahren

  • Zustandsorientierte Instandhaltung Open or Close
    Zustandsorientierte Instandhaltung durch kontinuierliche Zustandsanalyse

    Ausbau und Instandhaltung eines Kabelnetzes markieren bedeutende Kostenblöcke in der Budgetplanung eines EVU. Dementsprechend kommt dem Wissen um den aktuellen Zustand eines Netzes auch unter finanzplanerischen Aspekten eine besondere Bedeutung zu: Je präziser Wartungsaufgaben, Instand-setzungen und der Austausch von Anlagen geplant werden können, desto wirtschaftlicher kann das Netz betrieben werden.

    Die kontinuierliche Zustandsanalyse versorgt Ihr Unternehmen mit allen relevanten Informationen zum aktuellen Zustand Ihres Netzes. Es entsteht ein Kreislauf aus Messung, Analyse und revolvierender Planung. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse wird eine zustandsorientierte Instandhaltungsstrategie möglich. Diese stellt den planvoll kontinuierlichen – und deshalb wirtschaftlichen – Einsatz Ihrer Ressourcen sicher:

    • Erneuerungsmaßnahmen von Kabeln aufgrund von deren Zuständen
    • effektive Planung der Instandhaltungsarbeiten
    • nachhaltige Reduktion von ungeplanten Ausfällen

    Mit Hilfe verschiedener Diagnoseverfahren können alterungsbedingte Schäden an der Isolierung von verlegten Kabeln sicher erkannt werden. Durch eine umfassende Netzzustandsanalyse lassen sich zudem Fragestellungen im Hinblick auf die Betriebssicherheit, die Isolierstoffqualität und die Restfestigkeit beantworten. So kann eine aussagekräftige Prognose über das zukünftige Ausfallrisiko erstellt werden. Selbstverständlich haben die von uns eingesetzten Diagnose-verfahren keinerlei Schädigungen oder gar Zerstörungen des Messobjektes zur Folge. 

  • OWTS Open or Close
    OWTS - Eine einzigartige Technologie

    Ein System – viele Vorteile

    Die OWTS-Technologie (OWTS = Oscillating Wave Test System) ermöglicht das einfache Erkennen und Lokalisieren sowohl von alterungsbedingten Schwachstellen als auch von Beschädigungen des Kabels. Das integrierte Tan-Delta-Verfahren liefert zudem eine sehr gute Einschätzung über den Zustand des Isoliermediums. Auch bei der Beurteilung von Hochspannungskabeln bietet die OWTS-Technologie Vorteile: Der Großteil der verlegten HS-Kabel sind über 30 Jahre alte, papierisolierte Kabel, Gasinnen- und Gasaußendruckkabel oder Öldruckkabel. Mittels OWTS-Technologie können die-se Kabel sowohl auf lokale Fehlstellen untersucht als auch integral mit Tan Delta diagnostiziert werden. Lange Leitung? Kein Problem! Wir verfügen über OWTS-Geräte von SebaKMT, die durch außergewöhnlich hohe Prüfleistungen überzeugen. Kabel von 20 oder mehr Kilometern können ohne Probleme mit einer Anlage normgerecht geprüft wer-den. Im Gegensatz zur einfachen 24-Stunden-Prüfung bei U0, erlaubt die OWTS-Technologie die Prüfung und Diagnose mit erhöhten Spannungen. Dies bedeutet, dass auch betriebsgefährdende Montagefehler mit einer Einsetzspannung oberhalb U0 erkannt und lokalisiert werden können. Wir können mit unseren Geräten Versorgungsnetze bis 400 kV analysieren. Selbst Inbetriebnahmeprüfungen an besonders langen Kabeln, wie z. B. Offshore- oder Onshore-Kabeln von Windparks sind kein Problem.

    Sichere, einfache, zerstörungsfreie Diagnose

    Die Funktionsweise der OWTS-Technologie basiert auf einem Resonanzkreis zwischen der Kabelkapazität und der Drossel des OWTS-Systems. Das Prüfobjekt wird innerhalb weniger Sekunden auf die gewünschte Spannung aufgeladen und anschließend über einen Hochspannungsschalter und eine Luftdrossel entladen. Damit entsteht eine oszillierende Spannung, deren Schwingfrequenz von der Induktivität der Luftdrossel und der Kapazität des Prüfobjektes abhängt. Die oszillierende Spannung (DAC Spannung, Damped AC) ist eine international akzeptierte, normierte Prüfspannung. In Abhängigkeit von der Länge des zu testenden Kabels und dessen längenabhängiger Kapazität entsteht eine schwingende Spannung mit einer Frequenz, die sich nahe der Betriebsfrequenz bewegt. Entgegen der 0,1-Hz-basierten Methode ermöglicht dies eine Feststellung der TE-Fehlstellen unter betriebsnahen Bedingungen und erlaubt einen Vergleich der TE-Parameter wie z. B. der TE-Einsetzspannung PDIV. Auch der Prüfpegel bleibt so im Bereich der Betriebsspannung, was eine kabelschonende, zerstörungsfreie Prüfung erlaubt. Der TE-Messkreis wird nach IEC 60270 kalibriert. Durch stufenweise Erhöhung der Prüfspannung wird die PDIV ermittelt. Die TE-Aussetzspannung PDEV ist durch den gedämpften Spannungsverlauf eindeutig bestimmbar. Die Lokalisierung der TE-Fehlstellen erfolgt mittels einer Software. In halb- oder vollautomatischem Ablauf werden die Entfernungen der aufgezeichneten und gespeicherten TE-Signale analysiert. Ergebnis dieser Auswertung ist das Mapping der TE-Fehlstellen. 

  • Inbetriebnahmeprüfung Open or Close
    Die Inbetriebnahmeprüfung mit 0,1 Hz VLF oder TE-Diagnose

    Da bei der Inbetriebnahmeprüfung die Isolierung der Kabel noch neu ist, liegt das Hauptaugenmerk der Diagnose auf der Verlege- und Montagequalität. So werden beispielsweise Mantelfehler durch mechanische Beschädigungen während des Verlegens oder die unsachgemäße Montage von Muffen und Endverschlüssen erkannt. Das anzuwendende Verfahren bei Inbetriebnahmeprüfungen ist abhängig von der Spannungsebene. Mittelspannungskabel werden überwiegend mit einer 0,1-Hz-Spannung geprüft. Praktische Felderfahrungen und zahlreiche wissenschaftliche Untersuchungen haben die Effektivität dieser Prüfmethode für PE/VPE, Papiermassekabel und deren Garnituren bewiesen und bestätigt. Hochspannungskabel werden aus Kostengründen oftmals nur mit einer 24-Stunden-Prüfung bei U0 in Betrieb genommen. Wesentlich aussagekräftiger ist hingegen die Prüfung mit einer gedämpften Wechselspannung DAC und Spannungen größer U0. Um Informationen über die Montage- und Verlegequalität Ihrer Kabel zu erhalten und solche Montagefehler aufzudecken, die erst mit der Zeit zum Problem wer-den, empfiehlt es sich, Ihre Kabel auf Teilentladungen zu überprüfen. Denn mit vielen Fehlern gehen bekanntermaßen Teilentladungen einher, lange bevor es zum Ausfall des betreffenden Bauelements kommt. Unter Teilentladung ist der elektrische Teildurchschlag eines Isoliersystems zu verstehen, d. h. es wird dabei nur ein lokal begrenzter Bereich der gesamten Isolierung überbrückt. In Kabeln sind TE-Fehlstellen in der Regel ionisierungsfähige gasgefüllte Hohlräume, entstanden durch Montagefehler, thermische Alterung in Muffen und Endverschlüssen oder fehlende Imprägniermasse in Papierkabeln. Eine Ablösung oder Unebenheit der halbleitenden Schicht hat ebenfalls Teilentladungen zur Folge.

    Aus diesem Grund werden Inbetriebnahmeprüfungen sinnvollerweise immer öfter mit einer Teilentladungs-Diagnose kombiniert oder gänzlich durch diese ersetzt. Mittels der TE-Diagnose können alle Arten von Montagefehlern einfach erkannt und lokalisiert werden und Sie können Kosten für vermeidbare Instandsetzungen sparen. In Abhängigkeit von der Länge des zu testenden Kabels und dessen längenabhängiger Kapazität entsteht eine schwingende Spannung mit einer Frequenz von 50 Hz bis zu einigen 100 Hz. Im Gegensatz zu 0,1-Hz-basierten Methoden ermöglicht diese betriebsnahe Frequenz eine Feststellung der TE-Fehlstellen unter sehr betriebsnahen Bedingungen. Gleichzeitig ist es dadurch möglich, auch im Bereich der Betriebsfrequenz zu bleiben, was eine kabelschonende, zerstörungsfreie Prüfung erlaubt. So wird die Funktionalität Ihrer Netzinfrastruktur vom ersten Tag des Betriebs an sichergestellt und ungeplante Ausfälle und Reparaturen werden deutlich reduziert. Unsere Teilentladungs-Diagnostik deckt mit 400 kV jede Anwendung vom unteren Mittelspannungsbereich bis hin zur Hochspannung ab.

  • Online- und Offline-Teilentladungs-Messverfahren Open or Close
    Online- und Offline-Teilentladungs-Messverfahren für Zustandsorientierte Instandhaltung

    Eine umfassende Zustandsbeurteilung des Netzes erfordert neben den Dielektrischen Diagnoseverfahren zusätzlich auch TE-Messungen. Während bei Inbetriebnahmeprüfungen die Beurteilung der Montage- und Verlegequalität des Kabels im Vordergrund steht, ist bei der zustandsorientierten Instandhaltung die Beurteilung des Zustands der betriebsgealterten Garnituren und der Isolierung des Kabels von Interesse. Durch das Offline-TE-Messverfahren können z. B. die Austrocknung einer Papierisolierung oder äußerliche Beschädigungen durch Bauarbeiten diagnostiziert werden. Ergänzend hierzu bietet das Online-TE-Monitoring die Überwachung des Kabels und ermöglicht die Vorselektierung von TE-behafteten Kabeln. Anschließend kommen die Offline-TE-Messverfahren zur Lokalisierung der Fehlstellen zum Einsatz.

    Monitoring mittels des Online-TE-Messverfahrens

    Für das Online-TE-Monitoring ist kein Freischalten des Kabels erforderlich. Hierdurch wird der organisatorische Aufwand verringert. Zudem können Lasteinflüsse auf die Entwicklung der Teilentladung im Kabel erkannt werden. Daher ist das Verfahren ideal geeignet für die Trendüberwachung z. B. von Industrienetzen. 

    Lokalisierende Diagnose mittels des Offline-TE-Messverfahrens

    Zur Lokalisierung der TE-Impulse, z. B. nachdem mittels Online-TE-Messverfahren kritische TE-Werte gemessen wurden, ist eine Offline-TE-Messung geeignet. Unbeeinflusst von den Störpegeln des Online-Betriebs erlaubt diese bewährte Technologie eine hochempfindliche und präzise Lokalisierung von Teilentladungen. Hierbei können sowohl die TE-Einsetzspannung PDIV als auch die TE-Aussetzspannung PDEV ermittelt wer-den. Zusammen mit der Höhe der Teilentladungen ist die PDIV einer der wesentlichen Indikatoren, ob Muffen oder Kabelstrecken ausgetauscht werden müssen. 

  • Dielektische Diagnose Open or Close
    Die Dielektische Diagnose mit Tan Delta (tan δ-Winkelfunktion)

    Der Zustand der Isolierung von Kabeln wird durch die normale Alterung im Laufe der Betriebsjahre sowie durch äußere Einwirkungen beeinflusst. Hierzu zählen unter anderem das Eindringen von Feuchtigkeit sowie die normalen und außergewöhnlichen Betriebsbelastungen, wie z. B. Überlast oder Überspannungen. Die Verfahren zur Dielektrischen Zustandsbestimmung sind auf die spezifischen physikalischen Eigenschaften der Papier- und VPE-Isolierungen abgestimmt. Alterungseffekte, wie z. B. Water Trees (Wasserbäumchen) in VPE-Kabeln oder die Zellulosezersetzung bei Papiermasse-Kabeln, können mittels der Dielektrischen Diagnose im Frequenz- oder Zeitbereich erkannt werden.

    Folglich lässt sich die Betriebssicherheit von Kabelstrecken mit der von uns angewendeten 0,1 Hz Verlustfaktormessung mit Tan Delta sehr genau beurteilen. Dabei wird der Verlustfaktor tan δ bei festgelegten sinusförmigen 0,1-Hz-Prüfspannungen und variierender Spannung gemessen. Der Winkel δ zwischen dem idealen kapazitiven Strom und dem komplexen Strom wird maßgeblich vom ohmschen Ableitstrom der Isolierung bestimmt. Je größer der ohmsche Strom, desto größer ist der Winkel δ und umso schlechter ist der Zustand des Kabels. Analysiert wird der Wert des tan δ bei den verschiedenen angelegten Spannungspegeln sowie die Veränderung des tan δ mit der Spannung.

  • Prüfung und Diagnose von Leistungstransformatoren Open or Close
    Prüfung und Diagnose von Leistungstransformatoren

    Mit der heute verfügbaren Messtechnik sind Zustandsbewertungen von Transformatoren wirtschaftlich durch-führbar, technisch abgesichert und hilfreich bei der unterbrechungsfreien Energieversorgung und Planung der zukünftigen Investitionen. 

    Leistungstransformatoren sind ein wichtiges Betriebsmittel in Energieübertragungs- und Verteilungsnetzen. 

    Sparmaßnahmen führen dazu, dass heute jahrzehnte alte Geräte in den Netzen verbleiben und mit höherer Auslastung betrieben werden, als ursprünglich geplant. Dies führt zu starker Beanspruchung und hohem Ausfallrisiko. 

    Die Prüfung und Diagnose von Leitungstransformatoren sind deshalb enorm wichtig. Ausfälle und Ersatzlieferungen sind kostspielig und zeitintensiv. Durch die geschlossene Bauweise ist es nicht möglich, das 

    Innenleben eines Transformators zu begutachten. Besonders bei gebrauchten Modellen ist es unerlässlich, eine präzise Zustandsinformation zu haben. 

    Zu den möglichen Prüfungen und diagnostischen Untersuchungen zählen die Ermittlung des Isolierölzustandes, Widerstandsmessung von Isolation und Wicklung, Prüfung von Übersetzungsverhältnis, Schaltgruppe und Spannungsfestigkeit sowie die DFR (Dielektrischer Frequenz Gang) und FRA (Frequency Response Analysis), die den „Fingerabdruck“ des Transfomators liefert. 

    Unsere Spezialisten prüfen, überholen und setzen pro Jahr ca. 400 Verteiltransformatoren bis 6 MW instand. Darüber hinaus werden zwischen 60 und 80 neue Transformatoren in eigenen Projekten im Zuge einer Lieferung eingebaut und in Betrieb genommen. 

    Viele Prüfungen und Diagnosen können unsere ausgebildeten Spezialisten vor Ort mit Hilfe von mobilem Equipment durchführen. Darüber hinaus befinden sich weitere Prüfeinheiten im Trafo-Servicecenter. In regelmäßigen Schulungen werden die neuesten Methoden erlernt oder vertieft. Die Verwendung von modernstem Equipment gehört seit Jahren zu unserem Anspruch.

  • Frequency Response Analysis (FRA) Open or Close
    Frequency Response Analysis (FRA) zur Ermittlung des Fingerprints

    Ein Transformator besteht aus mehreren Kapazitäten, Induktivitäten und Widerständen, einem komplexen Kreis, der einen einmaligen Fingerabdruck oder eine Signatur erzeugt, sobald Prüfsignale bei diskontinuierlichen Frequenzen eingespeist werden. 

    Die Frequenzganganalyse wird durchgeführt, um die elektrische und mechanische Unversehrtheit des Aktivteils (Kern, Wicklungen, Pressstrukturen) eines Leistungstransformators zu überprüfen. 

    Messaufbau 

    Bei der Bestimmung der Übertragungsfunktion wird das gesamte elektrisch wirksame Netzwerk ab dem Signalaufzeichnungsgerät erfasst. Somit wird nicht nur das Frequenzverhalten des Transformators, sondern auch das Frequenzverhalten des Messaufbaus festgehalten. 

    Deshalb sind die vom Messaufbau hervorgerufenen Einflüsse gering und vor allem konstant zu halten. 

    Die Frequenzganganalyse wird angewandt bei 

    • Qualitätsprüfungen während der Herstellung 
    • vor und nach Kurzschlussprüfungen im Werk 
    • nach jedem Transport 
    • nach einem Kurzschlussfehler 
    • nach Erdbeben und Blitzeinschlägen 
    • wenn nach Gasanalysen und Vibrationsüberwachungen Verdacht besteht 
    • vor und nach Wartungsarbeiten
  • Diagnostik von Transformatoren Open or Close
    Diagnostik von Transformatoren

    Die Zuverlässigkeit von Transformatoren ist für die Versorgung des Kunden mit elektrischer Energie unerlässlich. Dabei sind Transformatoren elektrischen, mechanischen, thermischen sowie umweltbedingten Einflüssen ausgesetzt. Im Falle eines Transformatordefekts können je nach Größe und Besonderheit des Transformators Lieferzeiten von mehreren Monaten entstehen. 

    Damit unvorhergesehene Ausfälle verhindert, der Zustand abgeschätzt und Wartungsarbeiten zeitlich besser geplant werden können, führen wir Diagnosemessungen durch. 

    Isolieröl 

    Diagnostik von Transformatoren

    Die Analyse des Isolieröls kann Aufschluss über den chemischen sowie elektrischen Zustand liefern. Dabei können im Labor folgende Punkte überprüft werden: Reinheit, Farbzahl, Neutralisationszahl, Durchschlag-spannung, Wassergehalt, Grenzflächenspannung, Furan-Bestimmung, Gas-in-Öl-Analyse, Dielektrischer Verlustfaktor 

    Isolationswiderstand 

    Im Inneren des Transformators müssen die Leiter gegeneinander sowie zum Kessel hin isoliert sein, damit es zu keinem Überschlag kommt. Die Messung dieser Isolationsstrecken erfolgt üblicherweise mit einer Gleichspannung von 5 kV. Mithilfe der GUARD-Technologie fließen unerwünschte Kriechströme über den GUARD-Anschluss ab und somit geht lediglich der Leckstrom in die Messung ein. 

    Wicklungswiderstand 

    Mithilfe der Wicklungswiderstandsmessung können Windungsschlüsse- und Unterbrechungen sowie Verbindungsprobleme und Stufenschalterfehler erkannt werden. Gemessen wird hierbei der Gleichstromwiderstand der einzelnen magnetischen Windungen. Für die erforderliche Magnetisierung wird die Simultane-Wicklungs-Magnetisierung (SWM) angewandt. 

    Übersetzungsverhältnismessung 

    Das Leerlaufspannungsverhältnis zwischen Ober- und Unterspannung ist in etwa gleich dem Wicklungsverhältnis des Transformators. Bei der Übersetzungsverhältnismessung wird ober- bzw. unterspannungsseitig eine Spannung angelegt und die in der anderen Wicklung induzierte Spannung gemessen. Mit Hilfe dieser Messung können Defekte in der Wicklung (inkorrekte Windungszahl, Polarität oder Phasenverschiebungswinkel), Isolationsfehler (zerstörte Zwischenwindungsisolation, großer zwischenphasiger- oder Phase-Erde- Fehler) sowie Stufenschalterfehler ermittelt werden. 

    Spannungsfestigkeitsprüfung 

    Bei dieser Prüfung wird die Spannungsfestigkeit zwischen den Wicklungen sowie dem Kessel überprüft. Die Wicklungen müssen die angelegte Spannung eine Minute lang halten, ohne dass es zum Überschlag kommt. 

    Dielektrischer Frequenzgang (DFR) 

    Die dielektrische Frequenzgangmessung wurde ein wichtiger Teil der Zustandsdiagnose von Isolierungssystemen. Hierbei werden die Kapazität sowie der Verlust-/Leistungsfaktor in Abhängigkeit von der Frequenz im Bereich von mHz bis kHz gemessen. Das Ergebnis ist eine Beurteilung des Feuchtigkeitsgehalts im Isolieröl sowie in der Festisolierung, der ausschlaggebend für den Zustand und die Lebensdauer eines Transformators ist.

  • Teilentladungsmessung an Sammelschienen Open or Close
    Teilentladungsmessung an Sammelschienen

    Teilentladungen bei feststoffisolierten Komponenten 

    Die Praxiserfahrung zeigt, dass noch Jahre nach der Montage oder Reparaturarbeiten Störfälle durch Montagemängel auftreten. Dabei ist besonderes Augenmerk auf Komponenten mit festem Dielektrikum wie Muffen und feststoffisolierte Sammelschienen zu legen. Bei diesen Komponenten können durch feinste Einschlüsse sowie kleinste Montagefehler Teilentladungen entstehen, die über Monate und Jahre die Isolation weiter schädigen und zu einem Durchschlag führen können. Dies hat den Ausfall der Komponente und damit verbundene Reparatur- sowie Ausfallkosten zur Folge. Um solche Fehlstellen im Voraus zu detektieren und somit Störungen des Betriebs zu verhindern, kommen Teilentladungs-Messsysteme zum Einsatz. 

    Kompaktes, mobiles TE-Messsystem für Sammelschienen 

    Für die Teilentladungsprüfung von Sammelschienen kommt ein modernes 100-kV-Messsystem von H+H High Voltage Technology inklusive MPD 500 von OMICRON zum Einsatz. Die Teilentladungsmessung erfolgt dabei nach IEC 60270 (DIN EN 60270 VDE 0434). Ergänzt wird das Portfolio durch die Möglichkeit, eine Stehwechselspannungsprüfung bei 50 Hz durchzuführen. Der Anschluss mittels u. a. T-Stecker und Pfisterer-Stecker ermöglicht es, eine große Bandbreite an Schaltanlagen prüfen zu können. Zudem erlauben die kompakten Maße der Prüfeinrichtung den Transport und Einsatz selbst an schwer zugänglichen Schaltanlagen. 

    Mithilfe dieses Messsystems besteht die Möglichkeit einer Überprüfung und Abnahme der Montagearbeiten an Sammelschienen von Mittelspannungsschaltanlagen unterschiedlicher Hersteller. Wiederholungsprüfungen nach mehreren Jahren sichern den zuverlässigen Einsatz für einen störungsfreien Betrieb und bewahren den Betreiber vor unerwarteten Ausfällen der Schaltanlage aufgrund von Teilentladungen. Damit leistet die Teilentladungsmessung einen wertvollen Beitrag zur Planung von Investitionen.

Fakt

Die zustandsorientierte Instandhaltung und der eventuell notwendige Austausch von Betriebsmitteln erfolgt auf der Basis des festgestellten Zustandes."

Lothar Koopmann
Geschäftsführer Koopmann Gruppe

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