Wie Cloudlösungen den Zustand von Transformatoren überwachen und entscheidend zur Kostensenkung beitragen
Von der Stromerzeugung bis zum Verbrauch spielen Leistungstransformatoren eine entscheidende Rolle, sobald Energie von einer höheren auf eine niedrigere Spannung heruntertransformiert werden soll. Wenn sie auf der Übertragungs- oder Verteilungsebene arbeiten, erfüllen Transformatoren in der Regel problemlos die Anforderungen von Tausenden von Kunden, von Industriebetrieben, Rechenzentren, Krankenhäusern oder anderen (kritischen) Einrichtungen. Ein Ausfall jedoch hat dramatische Folgen.
Warum die Risiken steigen
Transformatoren sind langlebige Betriebsmittel. Nach etwa 30 Jahren steigt ihre Ausfallrisiko jedoch signifikant an. Gleichzeitig werden derzeit aufgrund der Kosten und der Komplexität älterer Überwachungssysteme nur sehr wenige Transformatoren kontinuierlich überwacht. Die Folge: mangelnde Transparenz über den Zustand der Anlagen, in denen sie betrieben werden. Was wiederum ein konservatives Anlagenmanagement fördert, sodass Transformatoren vorzeitig außer Betrieb genommen werden, um auf Nummer sicher zu gehen. So kommt es zu unnötigen Ausgaben, da oftmals Transformatoren ersetzt werden, die eigentlich noch viele Jahre hätten genutzt werden können. Verhindert werden kann dies durch einen proaktive, intelligente Wartungsstrategie, die zu einer verlängerten Nutzungsdauer von Transformatoren führt. Hauptbestandteil einer derartigen Strategie ist die Überwachung und Bewertung von Risikofaktoren. Genau diese Bewertung war in der Vergangenheit jedoch ein echtes Problem, da es an geeigneten Überwachungssystemen mangelte. Sehen wir uns an, warum das so war.
Was sind die größten Gefahren für einen Transformator?
Kurz gesagt: Hitze und Feuchtigkeit. Beides beschleunigt die Alterung von Transformatoren erheblich. So führen hohe Temperaturen dazu, dass die Papierisolierung im Inneren eines Transformators brüchig wird und sich zersetzt. Tritt dieser Fall ein, wird ein Transformator unweigerlich auch bei normaler Belastung anfälliger für Störungen und Ausfälle. Auch Feuchtigkeit verstärkt den Alterungseffekt. Perfekt trockenes Kraftpapier hält bei 26,7 Grad Celsius 20 Jahre. Kommen zwei Prozent Feuchtigkeit hinzu, sinkt die Lebenserwartung auf drei Jahre.
Messung von Hitze und Feuchtigkeit im Leben eines Transformators: Herausforderungen und Lösungen
Die Messung der Temperatur eines Transformators ist relativ einfach. Sie erfolgt durch Sensoren in den Transformatorwicklungen oder durch die Messung der Öltemperatur an der Oberseite des Transformators. Die Messung der Feuchtigkeit hingegen gestaltet sich nicht so einfach (eine ausführliche Darstellung der Gründe dafür finden Sie in diesem technischen Dokument aus unserer EcoStruxure Transformer Expert Knowledge Base). Zum Beispiel ist die Messung des Feuchtigkeitsgehalts von Papier – in dem sich 95 Prozent der Feuchtigkeit eines Transformators befinden – während des laufenden Betriebs überhaupt nicht möglich. Und die Messung des Feuchtegehalts im Öl ist oft fehlerhaft.
Die Beziehung zwischen Papierfeuchte und Öl ist komplex und schwer nachzuvollziehen. Sie ist nur dann direkt, wenn sich beide Parameter im Gleichgewicht befinden. Leider ist ein solches Gleichgewicht in einem aktiven Transformator selten gegeben. Die Feuchtemessung wird durch Faktoren wie die Beschaffenheit des Öls – etwa Alter oder Verunreinigungen – die Papierqualität, die unterschiedliche Reaktion von Papier und Öl auf Wärme oder die Feuchtebewegung durch die Papierschichten weiter verkompliziert.
In einem solch dynamischen Umfeld ist es schwierig, den Zustand eines Transformators auf der Grundlage eines einzigen Öltests zu bestimmen. Die Datenerfassung ist dafür einfach nicht umfassend und genau genug.
Es geht auch genauer: Transformatorüberwachung über die Cloud
Eine kontinuierliche Überwachung gleicht Ungenauigkeiten aus, die durch die oben genannten dynamischen Bedingungen entstehen. Ein System, das kontinuierlich die Top-Öltemperatur – also die maximale Temperatur des Öls im Transformator – sowie die relative Sättigung oder Wasseraktivität misst, kann den Wassergehalt des Papiers viel genauer abschätzen und damit das Alter des Papiers und die Restlebensdauer besser berechnen. Aufgrund der Feuchtespeichereigenschaften von alterndem Papier erfordert eine vollständig genaue Bewertung jedoch ein Alterungsprofil an der Ober- und Unterseite sowie am Hotspot des Transformators. Dies ist eine komplexe Berechnung, sie kann jedoch mit einem geeigneten Algorithmus durchgeführt werden.
Die Lösung zur Maximierung der Transformatorlebensdauer: EcoStruxure Transformer Expert
EcoStruxure Transformer Expert ist eine webbasierte Lösung, die die komplexe Analyse zur Ermittlung des Wassergehalts im Transformatorpapier automatisiert. Die Software verwendet Daten vom EcoStruxure Transformer Sensor, einem kostengünstig verfügbaren Gerät, das Temperaturen, Wasseraktivitäten, Vibrationen und RF-Signale misst, die auf Teilentladungen in einem Transformator hinweisen. Die auf dieser Basis ermittelten Analysen ermöglichen genaue Aussagen zum Papieralter und der verbleibenden Lebensdauer basierend auf aktuellen Lastprofilen. Via Dashboard der Software lassen sich dann andere Prognosen hinsichtlich des Alterns basierend auf abweichenden Lastprofilen modellieren.
Vorteile der EcoStruxure Transformer Expert Implementierung:
- Einfach zu bedienen und dennoch extrem leistungsfähig
- Zustand und Lebensdauer ganzer Transformatorenflotten lassen sich bewerten und prognostizieren
- Datengestützte Instandhaltungs- und Ersatzentscheidungen auf Basis von Risikorankings verhindern, dass Transformatoren allein aufgrund ihres Alters außer Betrieb genommen werden
Zusätzliche Informationen zu EcoStruxure Transformer Expert in unserem Video
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