Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie fit ist die Isolierung in Transformatoren?

03.08.2005


Karlsruher Uni-Institut analysiert Trafos mit mathematischem Modell


Ein Großteil der Transformatoren in Kraft- und Umspannwerken kommt in die Jahre: Rund 30 Prozent aller in der deutschen Energietechnik verwendeten Leistungstransformatoren sind bereits über 30 Jahre alt – und damit nahezu am Ende ihrer Nutzungsdauer. Das Institut für Elektroenergiesysteme und Hochspannungstechnik (IEH) der Universität Karlsruhe optimiert deshalb eine Methode, mit der die Wissenschaftler ins Innere eines Transformators „schauen“ können, ohne das Gerät auf teure Art und Weise zu öffnen. Das Zauberwort, das Tür und Tor aufmacht, heißt „dielektrische Analyse“, genauer „Polarisationsstrom“.

Einer der Schwachpunkte der Transformatoren: das Isolationssystem, das im Innern des Geräts dafür sorgt, dass die hohen Spannungen von mehreren hundert Kilovolt sicher beherrscht werden. Ein Teil der Isolierung besteht aus komprimierten Cellulose-Fasern. Saugt sich dieses Material mit Wasser voll, erfüllt es seine Funktion nicht mehr. Doch wie kann der Betreiber feststellen, wann die Zeit für eine Wartung gekommen ist? „Eine Probe aus dem Transformator zu entnehmen ist sehr aufwändig“, erklärt Professor Dr. Thomas Leibfried, Leiter des IEH. Deshalb feilt sein Team an einer Methode, die bereits erfolgreich in der Praxis eingesetzt wird: Anstatt den Transformator zu öffnen, ein Stückchen Zellulose zu entnehmen und dessen Wassergehalt zu bestimmen, gehen die Karlsruher Wissenschaftler den „Umweg“ über ein mathematisches Modell.


Dazu sind detaillierte Informationen zum inneren Aufbau des zu untersuchenden Transformators nötig: zu den Abmessungen des Isolationssystems und den Materialien, aus denen es besteht. Das Herzstück der Untersuchung jedoch ist die Messung des Polarisations- und Depolarisationsverhaltens (PDC-Messung) des Transformators vor Ort. Bei diesem Verfahren legen die Forscher an das abgeschaltete Gerät eine Gleichspannung von 500 Volt an. Dadurch entsteht in der Isolierung ein Strom, der exponentiell abklingt.

Der zeitliche Verlauf und die Größe dieses Stroms, der in der Regel zwischen 10-6 und 10-9 Ampère liegt, lassen Schlussfolgerungen über den Wassergehalt im Isolationssystem zu. Der Grund: Das Polarisationsverhalten der Cellulose hängt vom darin eingelagerten Wasser ab. Leibfried: „Stark vereinfacht kann man sagen, je stärker der Strom exponentiell abklingt, desto weniger Wasser ist in der Cellulose.“ Für die Berechnung verwenden die Wissenschaftler ein mathematisches Modell.

Erreicht ein Transformator im Laufe seiner Betriebszeit einen Wassergehalt von mehr als drei Prozent, rät das Institut dazu, das Gerät zu trocknen – ein Vorgang, der den Betreiber rund 50.000 Euro kostet. Dass die Genauigkeit dieser Modellierungstechnik „nur“ bei +/- 0,5 Prozent liegt, stört Leibfried nicht: „Um zu entscheiden, ob eine Trocknung nötig ist, reicht diese Genauigkeit aus.“ Ein Problem allerdings gilt es noch zu beseitigen: In rund 20 Prozent der Fälle sind die Messergebnisse „unrealistisch“, das heißt die Werte des Wassergehalts sind deutlich zu hoch oder zu niedrig. Hier möchte das Karlsruher Team Abhilfe schaffen und arbeitet mit Hochdruck an einer Verbesserung der Modellierung. Eine mögliche Schwachstelle der Methode verrät Leibfried schon vor Abschluss der Untersuchungen, die Siemens finanziert: Das Modell geht von der Annahme aus, dass die Materialien im Transformator neu sind. Der Grund dafür ist, dass die Wissenschaftler zu Beginn der Untersuchung glaubten, der Unterschied im Verhalten dieser Stoffe im neuen oder gealterten Zustand sei vernachlässigbar klein. „In vielen Fällen funktioniert das, aber es gibt offensichtlich immer wieder Transformatoren, bei denen diese Annahme so nicht getroffen werden darf“, betont Leibfried.

Wie funktionieren Transformatoren?

Mit einem Transformator - kurz: Trafo - werden ein- oder dreiphasige Wechselspannungen erhöht oder reduziert. Diese Änderung der Spannung führt auch zu einer Änderung des maximal zulässigen Stroms am Ausgang des Transformators. Wird die Spannung hinunter transformiert, steigt der maximal zulässige Strom an. Wird die Spannung hinauf transformiert, sinkt der maximal entnehmbare Strom.

Klaus Rümmele | Uni Karlsruhe
Weitere Informationen:
http://www.uni-karlsruhe.de

Weitere Berichte zu: Isolationssystem Isolierung Transformator Wassergehalt

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht »ILIGHTS«-Studie gestartet: Licht soll Wohlbefinden von Schichtarbeitern verbessern
18.10.2017 | Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT

nachricht Intelligentes Lademanagement entwickelt – Forschungsprojekt ePlanB abgeschlossen
18.10.2017 | Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Im Focus: Neutron star merger directly observed for the first time

University of Maryland researchers contribute to historic detection of gravitational waves and light created by event

On August 17, 2017, at 12:41:04 UTC, scientists made the first direct observation of a merger between two neutron stars--the dense, collapsed cores that remain...

Im Focus: Breaking: the first light from two neutron stars merging

Seven new papers describe the first-ever detection of light from a gravitational wave source. The event, caused by two neutron stars colliding and merging together, was dubbed GW170817 because it sent ripples through space-time that reached Earth on 2017 August 17. Around the world, hundreds of excited astronomers mobilized quickly and were able to observe the event using numerous telescopes, providing a wealth of new data.

Previous detections of gravitational waves have all involved the merger of two black holes, a feat that won the 2017 Nobel Prize in Physics earlier this month....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Mobilität 4.0: Konferenz an der Jacobs University

18.10.2017 | Veranstaltungen

Smart MES 2017: die Fertigung der Zukunft

18.10.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Dezember 2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

18.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Biokunststoffe könnten auch in Traktoren die Richtung angeben

18.10.2017 | Messenachrichten

»ILIGHTS«-Studie gestartet: Licht soll Wohlbefinden von Schichtarbeitern verbessern

18.10.2017 | Energie und Elektrotechnik