Sonel PQM - Leistungsanalysator - Verwendungsbeispiel Nr. 16: Verbrannter Transformator
Eine schlechte Netzqualität kann verschiedene negative Auswirkungen haben. Von relativ leicht, wie z. B. periodisches Flackern des Lichts, bis zu sehr ernst, wie z. B. Schäden an elektrischen Geräten. Es sollte jedoch immer bedacht werden, dass eine schlechte Netzqualität nicht unbedingt der einzige Grund für Probleme ist. Andere Gründe können technische und konstruktive Probleme, Konstruktionsfehler usw. sein.
Beschreibung des erkannten Problems
Im Heizkraftwerk wurde ein 1250-kVA-Blocktransformator beschädigt. Nachdem es durch ein neues ersetzt wurde, wiederholte sich das Ereignis nach einigen Monaten. Der Hersteller des Transformators lehnte einen weiteren Garantieaustausch ab und beschuldigte den Benutzer der schlechten Arbeitsbedingungen des Transformators, die durch zu hohen Pegel der Stromharmonischen verursacht wurden. War dies der eigentliche Grund für den Schaden an den beiden Trafos?
Eingesetzte Messmittel
- Sonel PQM-710 Analysator
- Zangensatz F-3A (In=3000 A)
- Software Sonel Analysis
Der Transformator war von zwei Generatoren G-1 und G-2 gespeist. Um das Problem zu diagnostizieren, wurde eine Durchschnittsmessung alle 10 Sekunden ausgewählt. Unter der Woche wurden folgende Messungen durchgeführt:
- im Generatorkreis G-1 (800 kW) vor dem Generatorleistungsschalter,
- im Generatorkreis G-2 (400 kW) vor dem Generatorleistungsschalter,
- auf den 0,4-kV-Sammelschienen des 15/0,4-kV-Transformators.
- Messungen im Generatorkreis G-1 (800 kW)
Tabelle 1. Wöchentlich gemittelte Messwerte
| Phase | Spannung [V] | Strom [A] | THD U [%] | THD I [%] | K- Faktor |
|---|---|---|---|---|---|
| L1 | 235,0 | 1040 | 1,22 | 3,22 | 1,04 |
| L2 | 234,3 | 995 | 1,14 | 3,03 | 1,03 |
| L3 | 233,8 | 920 | 1,07 | 2,50 | 1,03 |
Abb. 1. Strom- und Spannungswellenformen des G-1-Generators
- Messungen im Generatorkreis G-2 (400 kW)
Tabelle 2. Wöchentlich gemittelte Messwerte
| Phase | Spannung [V] | Strom [A] | THD U [%] | THD I [%] | K- Faktor |
|---|---|---|---|---|---|
| L1 | 236,3 | 618 | 1,70 | 11,3 | 1,11 |
| L2 | 234,2 | 583 | 1,38 | 10,0 | 1,14 |
| L3 | 234,4 | 542 | 1,31 | 8,8 | 1,17 |
Abb. 2. Strom- und Spannungswellenformen des G-2-Generators
VORLÄUFIGE SCHLUSSFOLGERUNGEN:
- Wöchentlich gemittelte Werte des harmonischen Verzerrungsfaktors THD I weisen auf einen höheren Gehalt an Harmonischen im Strom im G-2-Generator (in Höhe von 8,8 ... 11,3 %) hin, aber dies scheint nicht die Ursache des Transformators zu sein Überhitzungsproblem.
- Auffällig ist die unsymmetrische Belastung der Generatoren, insbesondere des G-1-Generators.
- Messungen an einem 1250-kVA-Transformator
Tabelle 3. Betrieb von G-1- und G-2-Generatoren bei 100 % der Nennleistung (wöchentlich gemittelte Messwerte)
| Phase | Spannung [V] | Strom [A] | THD U [%] | THD I [%] | K- Faktor |
|---|---|---|---|---|---|
| L1 | 237,1 | 1625 | 1,04 | 3,22 | 1,02 |
| L2 | 235,4 | 1578 | 1,05 | 3,21 | 1,02 |
| L3 | 236,1 | 1410 | 1,06 | 3,26 | 1,02 |
| N | - | 90 | - | - | - |
Tabelle 4. Betrieb von G-1- und G-2-Generatoren bei 90 % der Nennleistung. Mit Leistungsbegrenzung blieb der Pegel der Nullharmonischen praktisch unverändert, Strom 90 A im Neutralleiter (wöchentlich gemittelte Messwerte)
| Phase | Spannung [V] | Strom [A] | THD U [%] | THD I [%] | K- Faktor |
|---|---|---|---|---|---|
| L1 | 235,8 | 1506 | 1,23 | 5,34 | 1,09 |
| L2 | 235,8 | 1458 | 1,22 | 5,53 | 1,09 |
| L3 | 235,8 | 1315 | 1,24 | 5,84 | 1,10 |
| N | - | 90 | - | - | - |
Abb. 3. Transformatorstrom- und -spannungswellenformen für 100 % Generatorleistung
ABSCHLIESSENDE SCHLUSSFOLGERUNGEN:
- Der Anteil der Nullharmonischen in Höhe von 90 A am Gesamtstrom von 1400…1600 A beträgt etwa 5,5 % und war nicht die Ursache für das Durchbrennen des Transformators.
- Zusätzliche Wärmeverluste durch Harmonische (K-Faktor =1,1 bei 90 % der Nennleistung) hatte bei den vom Hersteller angegebenen Verlusten in Höhe von 12 kW keinen nennenswerten Einfluss.
- Durch die Prüfung mit dem PQM-Analysator konnte der Einfluss von Harmonischen als Fehlerursache ausgeschlossen werden. Daher wurde eine zusätzliche Überprüfung der Installation durchgeführt, z. das Kühlluftzirkulationssystem wurde untersucht. Der Transformatorenhersteller benötigte einen Luftstrom von 6.900 m3/h, tatsächlich lag der Durchschnitt bei 2.100 m3/h. Unmittelbare Ursache für die Schäden an den Transformatoren war eine unzureichende Kühlung durch falsche Belüftung.
- Der obige Fall zeigt, dass eine umfassende Analyse des Problems immer in Betracht gezogen werden sollte, wobei der erste Schritt die Analyse der Netzqualität sein sollte, gefolgt von der Analyse anderer Risikofaktoren.
Autor:
Marcin Szkudniewski
