Interpretation der wichtigsten Indikatoren für die Überwachung der lokalen Amplituden von Transformatoren: Abtastrate, Anzahl der Kanäle und Empfindlichkeit

• Abtastrate: Bestimmt, wie hohe Frequenzbereiche des Teilentladungssignals vom System erfasst werden können. Je höher die Abtastrate, desto vollständiger ist die wiederhergestellte Impulswellenform und desto genauer ist die Erkennung der Entladungsart.
• Anzahl der Kanäle: Legt fest, wie viele Sensoren gleichzeitig an das System angeschlossen werden können. Je mehr Kanäle vorhanden sind, desto umfassender sind die abgedeckten Bereiche und Dimensionen; allerdings steigen dadurch auch die Komplexität und die Kosten des Systems.
• Empfindlichkeit/Dynamikbereich: Legt fest, wie schwache Teilentladungssignale das System erkennen kann. Eine hohe Empfindlichkeit ermöglicht es, schwache Entladungen bereits in einem frühen Stadium zu erkennen, kann jedoch auch zu einer höheren Anfälligkeit für Umgebungsrauschen führen.
• Antistörungsfähigkeit: Die Komplexität der elektromagnetischen Umgebung vor Ort wirkt sich unmittelbar auf die Genauigkeit der Teilentladungsüberwachung aus. Hochwertige digitale Filter und Mustererkennungsalgorithmen sind entscheidend für die Senkung der Fehlalarmquote.

1. System der Kernkennzahlen

2. Abtastrate – die Grundlage der Signalintegrität

Die Anstiegsflanke eines Teilentladungsimpulses liegt oft im Nanosekundenbereich; um die vollständige Impulswellenform zu erfassen, ist eine ausreichend hohe Abtastrate erforderlich. Nach den Grundprinzipien der Signalverarbeitung muss die Abtastrate mindestens das Doppelte der höchsten Signalfrequenz betragen, um Frequenzüberlagerungen zu vermeiden. Bei hochfrequenten Teilentladungssignalen erfordert dies eine hohe Abtastleistung des Systems.

Eine hohe Abtastrate bedeutet nicht nur, dass detailliertere Wellenformdaten erfasst werden können, sondern auch, dass das System verschiedene Teilentladungsimpulse zeitlich genauer voneinander trennen kann – was in komplexen Situationen, in denen mehrere Entladungsquellen gleichzeitig auftreten, von entscheidender Bedeutung ist. Die Impulswellenform enthält Informationen, die den Entladungstyp identifizieren; je vollständiger die Wellenform ist, desto zuverlässiger ist die Typenerkennung.

3. Anzahl der Kanäle – ein entscheidender Faktor für die Reichweite

3.1 4-Kanal-Konfiguration

Die 4-Kanal-Konfiguration ist die gängigste und ermöglicht den gleichzeitigen Anschluss von vier Sensoren. Ein typisches Schema sieht wie folgt aus: zwei Ultraschallsensoren (an verschiedenen Stellen des Transformators zur Positionsbestimmung) sowie zwei Hochfrequenz-Stromsensoren (jeweils einer für die Erdungsleitung des Eisenkerns und die Erdungsleitung der Klemmen). Dies deckt die Anforderungen der meisten 110-kV-Haupttransformatoren ab.

3.2 6-Kanal-Konfiguration

Die 6-Kanal-Konfiguration bietet eine höhere Überwachungsdichte. Auf der Grundlage des 4-Kanal-Systems können UHF-Sensoren oder zusätzliche Ultraschallsensoren hinzugefügt werden, um eine präzisere Ortung und eine mehrdimensionale Abdeckung zu erreichen. Diese Lösung eignet sich für große Transformatoren oder Anwendungen, bei denen eine hohe Genauigkeit bei der Ortung von Teilentladungen erforderlich ist.

3.3 Kanalsynchronisation

Die Genauigkeit der synchronen Erfassung zwischen mehreren Kanälen ist ein Parameter, der leicht übersehen wird, aber von entscheidender Bedeutung ist. Wenn zwischen den einzelnen Kanälen Synchronisationsabweichungen im Mikrosekundenbereich bestehen, führt der auf der Ankunftszeitdifferenz basierende Algorithmus zur Lokalisierung von Entladungen zu erheblichen Fehlern. Bei der Auswahl sollte überprüft werden, ob die Erfassungstakte aller Kanäle des Systems synchron sind.

4. Dynamikbereich und Empfindlichkeit

Der Dynamikbereich bestimmt die Verarbeitungsfähigkeit des Systems, wenn sowohl schwache als auch starke Signale gleichzeitig vorhanden sind. Bei der Überwachung partieller Entladungen ist der Bereich der Signalstärken sehr groß – von schwachen Entladungen im frühen Stadium eines Defekts im Bereich von wenigen Pikocoulomb bis hin zu starken Entladungen im fortgeschrittenen Stadium, wobei oft mehrere Größenordnungen dazwischen liegen. Ein großer Dynamikbereich stellt sicher, dass das System keine gleichzeitig vorhandenen schwachen Signale übersieht, weil es durch starke Signale übersteuert wird.

Was die Empfindlichkeit betrifft, so weisen Hochfrequenz-Stromsensoren in der Regel die höchste Empfindlichkeit auf und können selbst schwache Impulsströme auf Erdungsleitungen erfassen; die Empfindlichkeit von Ultraschallsensoren wird stark von der Einbaulage und dem Ausbreitungsweg beeinflusst; sie reagieren empfindlich auf Entladungen in unmittelbarer Nähe, während Signale aus größerer Entfernung deutlich abgeschwächt werden.

5. häufig gestellte Fragen

5.1 Frage: Ist eine höhere Abtastrate immer besser? Gibt es eine Obergrenze?

Antwort: Aus technischer Sicht gilt: Je höher die Abtastrate, desto besser. In der Praxis müssen jedoch die Datenverarbeitungskapazität und die Speicherkapazität berücksichtigt werden. Eine zu hohe Abtastrate führt zu einer enormen Datenmenge und stellt höhere Anforderungen an die Kommunikationsbandbreite und den Speicherplatz. Solange die Erfassung der Teilentladungsimpulswellenformen gewährleistet ist, reicht eine angemessene Abtastrate aus; es ist nicht notwendig, die absoluten Grenzwerte anzustreben.

5.2 Frage: Gibt es in der Praxis einen großen Unterschied zwischen 4-Kanal- und 6-Kanal-Systemen?

Antwort: Bei 110-kV-Transformatoren in Standardgröße reichen in der Regel 4 Kanäle aus. Bei großen Transformatoren mit 220 kV und mehr bieten 6 Kanäle eine umfassendere Überwachung und eine genauere Lokalisierung von Entladungen. Im Zweifelsfall empfiehlt es sich, den Lieferanten zu konsultieren, um den Kanalbedarf anhand des konkreten Transformatormodells und der Abmessungen zu ermitteln.

5.3 Frage: Führt eine höhere Empfindlichkeit zu mehr Fehlalarmen?

Antwort: Das ist möglich. Eine zu hohe Empfindlichkeit verstärkt Umgebungsgeräusche und externe Störungen. Die Lösung besteht darin, eine Kreuzüberprüfung durch mehrere Sensoren zu nutzen – ein Alarm wird erst ausgelöst, wenn zwei oder mehr Sensoren gleichzeitig ein Signal erkennen, wodurch Fehlalarme aufgrund einer zu hohen Empfindlichkeit einzelner Sensoren deutlich reduziert werden. Ein gutes System findet ein Gleichgewicht zwischen Empfindlichkeit und Störfestigkeit.

5.4 Frage: Warum ist der Dynamikbereich wichtig?

Antwort: Im Inneren eines Transformators können gleichzeitig verschiedene Arten von Entladungen auftreten – sowohl schwache interne Entladungen als auch starke Schwebungsentladungen. Reicht der Dynamikbereich nicht aus, können starke Signale den Detektor übersteuern und die gleichzeitig vorhandenen schwachen Signale überdecken, was zu Fehlentscheidungen führt. Ein großer Dynamikbereich gewährleistet, dass sowohl starke als auch schwache Signale präzise erfasst werden.

5.5 Frage: Warum weichen die Werte in der Parametertabelle von der tatsächlichen Leistung vor Ort ab?

Antwort: Die in der Technischen Datenliste angegebenen Werte werden in der Regel unter idealen Laborbedingungen ermittelt. Faktoren wie elektromagnetische Störungen, Temperaturschwankungen und Einschränkungen hinsichtlich des Aufstellungsortes können die tatsächliche Leistung in der Praxis in unterschiedlichem Maße beeinflussen. Bei der Beurteilung der Systemleistung sollten daher nicht nur die technischen Daten berücksichtigt werden, sondern vor allem auch konkrete Anwendungsbeispiele unter den jeweiligen Einsatzbedingungen.

6) Zusammenfassung der parametrischen Bewertung

6.1 Die Abtastrate gewährleistet die Erfassung der vollständigen Wellenform; bei Hochfrequenzentladungen sollten Systeme mit hoher Abtastrate bevorzugt werden.

6.2 Die Anzahl der Kanäle entspricht der Anzahl der Sensoren und dem Überwachungsbereich; 4 Kanäle decken die gängigen Anforderungen ab.

6.3 Der Dynamikbereich und die Empfindlichkeit bestimmen gemeinsam die Fähigkeit zur Erkennung schwacher Signale, wobei ein großer Dynamikbereich wertvoller ist als eine rein hohe Empfindlichkeit.

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