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 Vernetzte Beleuchtung: Weg mit dem blinden Fleck
18.07.2018 | Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

nachricht Diamant – ein unverzichtbarer Werkstoff der Fusionstechnologie
17.07.2018 | Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

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: Future electronic components to be printed like newspapers

A new manufacturing technique uses a process similar to newspaper printing to form smoother and more flexible metals for making ultrafast electronic devices.

The low-cost process, developed by Purdue University researchers, combines tools already used in industry for manufacturing metals on a large scale, but uses...

Im Focus: Rostocker Forscher entwickeln autonom fahrende Kräne

Industriepartner kommen aus sechs Ländern

Autonom fahrende, intelligente Kräne und Hebezeuge – dieser Ingenieurs-Traum könnte in den nächsten drei Jahren zur Wirklichkeit werden. Forscher aus dem...

Im Focus: Superscharfe Bilder von der neuen Adaptiven Optik des VLT

Das Very Large Telescope (VLT) der ESO hat das erste Licht mit einem neuen Modus Adaptiver Optik erreicht, die als Lasertomografie bezeichnet wird – und hat in diesem Rahmen bemerkenswert scharfe Testbilder vom Planeten Neptun, von Sternhaufen und anderen Objekten aufgenommen. Das bahnbrechende MUSE-Instrument kann ab sofort im sogenannten Narrow-Field-Modus mit dem adaptiven Optikmodul GALACSI diese neue Technik nutzen, um Turbulenzen in verschiedenen Höhen in der Erdatmosphäre zu korrigieren. Damit ist jetzt möglich, Bilder vom Erdboden im sichtbaren Licht aufzunehmen, die schärfer sind als die des NASA/ESA Hubble-Weltraumteleskops. Die Kombination aus exquisiter Bildschärfe und den spektroskopischen Fähigkeiten von MUSE wird es den Astronomen ermöglichen, die Eigenschaften astronomischer Objekte viel detaillierter als bisher zu untersuchen.

Das MUSE-Instrument (kurz für Multi Unit Spectroscopic Explorer) am Very Large Telescope (VLT) der ESO arbeitet mit einer adaptiven Optikeinheit namens GALACSI. Dabei kommt auch die Laser Guide Stars Facility, kurz ...

Im Focus: Diamant – ein unverzichtbarer Werkstoff der Fusionstechnologie

Forscher am KIT entwickeln Fenstereinheiten mit Diamantscheiben für Fusionsreaktoren – Neue Scheibe mit Rekorddurchmesser von 180 Millimetern

Klimafreundliche und fast unbegrenzte Energie aus dem Fusionskraftwerk – für dieses Ziel kooperieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit. Bislang...

Im Focus: Wiener Forscher finden vollkommen neues Konzept zur Messung von Quantenverschränkung

Quantenphysiker/innen der ÖAW entwickelten eine neuartige Methode für den Nachweis von hochdimensional verschränkten Quantensystemen. Diese ermöglicht mehr Effizienz, Sicherheit und eine weitaus geringere Fehleranfälligkeit gegenüber bisher gängigen Mess-Methoden, wie die Forscher/innen nun im Fachmagazin „Nature Physics“ berichten.

Die Vision einer vollständig abhörsicheren Übertragung von Information rückt dank der Verschränkung von Quantenteilchen immer mehr in Reichweite. Wird eine...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Stadtklima verbessern, Energiemix optimieren, sauberes Trinkwasser bereitstellen

19.07.2018 | Veranstaltungen

Innovation – the name of the game

18.07.2018 | Veranstaltungen

Wie geht es unserer Ostsee? Ein aktueller Zustandsbericht

17.07.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Neue Anwendungen für Mikrolaser in der Quanten-Nanophotonik

20.07.2018 | Physik Astronomie

Need for speed: Warum Malaria-Parasiten schneller sind als die menschlichen Abwehrzellen

20.07.2018 | Biowissenschaften Chemie

Die Gene sind nicht schuld

20.07.2018 | Medizin Gesundheit

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics