Die dielektrische Antwortmessung macht den Zustand der Öl-Papier-Isolation sichtbar und ermöglicht insbesondere eine belastbare Abschätzung der Feuchte im Zellulosematerial. Damit schließt sie eine wichtige Lücke zwischen Ölprobe und tatsächlichem Zustand des Aktivteils und bildet einen wertvollen Baustein einer ganzheitlichen Zustandsbewertung von Leistungstransformatoren.

 

Die dielektrische Antwortmessung – häufig als DRM oder DFR bezeichnet – untersucht, wie sich das Isolationssystem eines Transformators bei unterschiedlichen Frequenzen beziehungsweise über die Zeit elektrisch verhält. Erfasst werden unter anderem Kapazität und Verlustfaktor (tan δ).

Das Ergebnis ist keine einzelne Kennzahl, sondern ein charakteristischer Verlauf. Dieser wird durch die Feuchte der Zellulose, die Ölleitfähigkeit und den Alterungszustand des Isolieröls, die Temperatur sowie den konstruktiven Aufbau beeinflusst. Mithilfe geeigneter Auswertemodelle lassen sich diese Beiträge voneinander trennen und der Wassergehalt im Papier abschätzen.

 

Die Abbildung zeigt beispielhaft das Ergebnis einer dielektrischen Antwortmessung. Dabei wird der Verlustfaktor über einen breiten Frequenzbereich – typischerweise von 1 kHz bis hinunter zu 10 µHz – erfasst. Dies ermöglicht eine detaillierte Analyse des Öl-Papier-Isolationssystems. Anschließend wird die Messkurve mit einer Modell- beziehungsweise Referenzkurve abgeglichen, um die Feuchte im Papier abzuschätzen.

Der größte Teil des Wassers eines Öl-Papier-Systems befindet sich in der Zellulose. Eine Ölprobe bildet den Feuchtezustand der festen Isolation daher nur indirekt und stark temperaturabhängig ab. Die dielektrische Antwort liefert zusätzliche, volumenbezogene Informationen über das gesamte gemessene Isolationssystem.

Feuchtigkeit senkt die elektrische Festigkeit, begünstigt Teilentladungen und Blasenbildung und beschleunigt zugleich die irreversible Alterung der Zellulose. Eine Trocknung kann diesen Alterungsprozess verlangsamen, bereits eingetretenen Festigkeitsverlust des Papiers jedoch nicht rückgängig machen. Wie sich der Abbau der Zellulose anhand charakteristischer Alterungsprodukte erkennen lässt, haben wir bereits in unserem letzten Newsletter “Ölanalyse für Transformatoren - Teil 4: Furananalyse- Einblick in den Zustand der Papierisolation” erläutert.

Besonders wertvoll ist die Messung bei älteren oder auffälligen Betriebsmitteln sowie immer dann, wenn eine belastbare Entscheidung zum Weiterbetrieb, zu einer Trocknung oder zu einer Lebensdauerverlängerung ansteht.

• bei gealterten Transformatoren im Rahmen einer vertieften Zustandsbewertung oder eines Health-Index-Programms
• bei auffälligen oder schwankenden Wasserwerten im Öl und bei Verdacht auf feuchte Zellulose
• vor und nach einer Trocknung, Ölbehandlung oder größeren Instandsetzung – zur Erfolgskontrolle
• nach längerer Lagerung, Undichtigkeiten, Atmungsproblemen oder möglichem Wassereintrag
• vor Laufzeitverlängerung, höherer Belastung, Verkauf oder Übernahme eines Transformators
• als Referenzmessung an neuen beziehungsweise trockenen Transformatoren, sofern spätere Trendvergleiche vorgesehen sind

Die dielektrische Antwortmessung ist nach IEC 60076-3 keine vorgeschriebene Routineprüfung, hat sich jedoch als diagnostisches Verfahren für Feldmessungen etabliert.

Am freigeschalteten und vollständig abgeklemmten Transformator wird das Messgerät typischerweise an die Primär- und Sekundärwicklung angeschlossen. Der Messkreis wird so gewählt, dass ein möglichst großer Anteil der zu untersuchenden Papierisolation zwischen Spannungsausgang und Messkanal liegt. Das Anschlussschema ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

 

• Bei der FDS-Messung wird eine sinusförmige Prüfspannung von typischerweise bis zu 200 V angelegt. Die Frequenz wird dabei schrittweise von etwa 1 kHz bis in den µHz-Bereich abgesenkt.
• Bei sehr niedrigen Frequenzen führen die langen Periodendauern zu erheblichen Messzeiten. Um die Messdauer im Feld zu verkürzen, können kombinierte Messsysteme ab einer definierten Frequenz vom Frequenzbereich (FDS) in den Zeitbereich (PDC) wechseln.

PDC steht für „Polarisation and Depolarisation Current“. Dabei werden die Lade- und Entladeströme beim Anlegen und Abschalten einer Gleichspannung erfasst. Gleichspannungsprüfungen, beispielsweise eine Isolationswiderstandsmessung, sollten daher nicht unmittelbar vor der dielektrischen Antwortmessung erfolgen. Eine verbleibende Polarisation kann das Messergebnis beeinflussen; erforderliche Entlade- und Ruhezeiten sind einzuhalten.

Die dielektrische Antwortmessung ist ein leistungsfähiges, zugleich aber sehr empfindliches Diagnoseverfahren. Sie ermöglicht tiefe Einblicke in das Isolationssystem eines Transformators. Aufgrund ihrer hohen Empfindlichkeit gegenüber Störeinflüssen setzt sie insbesondere bei Feldmessungen eine sorgfältige Vorbereitung, Durchführung und Auswertung voraus. Da die ermittelte Papierfeuchte auf einer modellbasierten, integralen Bewertung beruht, ersetzt das Verfahren keine direkte Papierprobe. Weil eine repräsentative Probenahme im Betrieb jedoch praktisch nicht möglich ist, liefert die Messung einen besonders wertvollen Beitrag zur Zustandsbewertung des Transformators.

Darüber hinaus lässt sich das Verfahren auch auf andere isolierte Betriebsmittel anwenden, beispielsweise auf gesteuerte Hochspannungsdurchführungen. Dadurch können Veränderungen des Isolationssystems differenzierter bewertet und erhöhte Feuchtegehalte frühzeitig erkannt werden.

Sie haben Fragen zu diesem Thema oder wünschen eine Beratung? Gerne steht Ihnen Herr Philip Wischtukat als Ansprechpartner zur Verfügung.

Seine Kontaktdaten finden Sie hier: Göbel-Ansprechpartner.