Wenn Sie in der Energieverteilung arbeiten, wissen Sie, dass Grid Transmission Units (GTUs) die heimlichen Arbeitspferde Ihrer Umspannwerke sind. Sie transportieren Hochspannungsstrom sicher durch Stadtteile, Fabriken und kritische Infrastrukturen – ihre Zuverlässigkeit ist daher nicht verhandelbar. Aus diesem Grund sind deren Tests, insbesondere Teilentladungstests (PD) und AC-Hochleistungstests, ein so entscheidender Schritt in der Qualitätskontrolle. Als Lieferant von Prüfgeräten wird uns am häufigsten die Frage gestellt: „Wie genau ist das GTU PD AC Hipot-Testsystem?“ Die kurze Antwort lautet nicht pauschal, denn die Genauigkeit hängt davon ab, wie das System kalibriert ist, wie es eingesetzt wird und welche Standards es erfüllen soll. Heute erläutere ich, was Genauigkeit für diese Testsysteme wirklich bedeutet, wie sich unsere Ausrüstung schlägt und warum diese Genauigkeit für die Sicherheit Ihres Umspannwerks wichtig ist.
Lassen Sie uns zunächst den Fachjargon durchbrechen: Bei der PD-Prüfung werden winzige, unsichtbare elektrische Entladungen gemessen, die sich innerhalb oder auf der Oberfläche der Isolierung einer GTU bilden. Diese Entladungen sind das Frühwarnzeichen für einen Isolationsfehler, der zu ungeplanten Ausfällen, Geräteschäden oder sogar gefährlichen Lichtbögen führen kann. Beim AC-HiPot-Test wird unterdessen eine Spannung angelegt, die über der Nennbetriebsspannung der GTU liegt, um deren Isolierung einem Stresstest zu unterziehen und zu bestätigen, dass sie den realen Netzbedingungen standhält. Bei der Genauigkeit geht es hier nicht nur darum, eine Zahl richtig zu machen – es geht darum, dieser Zahl vertrauen zu können, um wichtige Entscheidungen zu treffen: Ist diese GTU betriebsbereit oder muss sie repariert oder ersetzt werden?
In unserem Unternehmen haben wir ein Jahrzehnt damit verbracht, GTU-Testsysteme zu verfeinern, und Genauigkeit beginnt bei der Kernhardware. Der von uns entwickelte Hochspannungs-GTU-AC-HiPot-Tester verwendet beispielsweise Präzisionsspannungswandler und Stromsensoren mit einer Genauigkeit der Klasse 0,2 gemäß IEC-Standards. Warten Sie, lassen Sie uns die Klasseneinstufung klarstellen: Ein Sensor der Klasse 0,2 bedeutet, dass sein Messfehler nicht mehr als 0,2 % des Skalenendwerts beträgt. Bei einem 200-kVA- und 500-kV-Wechselstrom-HiPot-System entspricht dies einem Spannungsmessfehler von nur 1 kV über den gesamten Testbereich. Das ist ein großer Unterschied zu billigeren Systemen, die möglicherweise über Sensoren der Klasse 0,5 verfügen, die bei Vollausschlag einen Fehler von bis zu 2,5 kV verursachen würden. Bei Umspannwerken, die mit 345 kV oder höher betrieben werden, kann diese Fehlerquote den Unterschied zwischen dem Bestehen einer GTU mit geringfügigen, reparierbaren Isolationsschäden und dem Übersehen eines Defekts ausmachen, der zu einem katastrophalen Ausfall führt.
Bei der Genauigkeit geht es jedoch nicht nur um Spannungssensoren, sondern auch um die Genauigkeit der TE-Messung. Bei Teilentladungstests müssen Signale erfasst werden, die nur Picocoulomb (pC) betragen, und selbst geringfügige elektrische Störungen des Testsystems können die Messwerte verfälschen. Aus diesem Grund haben wir unsere Geräte so konstruiert, dass das Hintergrundrauschen auf weniger als 5 pC reduziert wird, was deutlich unter dem Schwellenwert für die Erkennung einer beginnenden Parkinson-Krankheit liegt. Wenn Ihr System einen Rauschpegel von 20 pC oder mehr aufweist, übersehen Sie möglicherweise kleine TE-Signale, die frühzeitig auf eine Verschlechterung der Isolierung hinweisen. Für die Wartungsteams von Umspannwerken bedeutet das mehr reaktive Reparaturen statt proaktiver Upgrades, die auf lange Sicht weitaus mehr kosten. Wir bieten auch das Ultra-Low Noise PD GTU-Testgerät für Umspannwerke an, das speziell für den Einsatz in stark frequentierten Umspannwerksumgebungen entwickelt wurde, in denen die Hintergrundgeräusche anderer Geräte hoch sein können. Dieses System verwendet fortschrittliche Abschirmungs- und Signalverarbeitungsalgorithmen, um TE-Signale vom Rauschen zu trennen und sicherzustellen, dass Ihre Messungen auch unter den anspruchsvollsten Bedingungen genau sind.
Ein weiterer Schlüsselfaktor für die Genauigkeit ist die Einhaltung internationaler Standards. Ein Testsystem ist nur so gut wie die Standards, nach denen es aufgebaut ist, und das von uns angebotene IEC 60270-konforme PD-GTU-Hochspannungstestsystem ist direkt auf IEC 60270 kalibriert, den globalen Standard für TE-Messungen. IEC 60270 legt strenge Richtlinien fest, wie TE-Tests durchgeführt werden sollten, wie Messungen vorgenommen werden sollten und welche TE-Werte für verschiedene Arten von Geräten als akzeptabel gelten. Viele billigere Testsysteme auf dem Markt behaupten, TE-Tests durchzuführen, sind jedoch nicht nach IEC 60270 kalibriert, was bedeutet, dass ihre Messungen möglicherweise nicht mit Branchen-Benchmarks vergleichbar sind. Wenn Sie beispielsweise eine GTU mit einem nicht konformen System testen und einen PD-Wert von 15 pC erhalten, denken Sie vielleicht, dass dies innerhalb akzeptabler Grenzen liegt, aber ein IEC 60270-konformes System zeigt möglicherweise an, dass derselbe Wert tatsächlich 25 pC beträgt – über dem Schwellenwert für neue Geräte. Diese Diskrepanz kann zu kostspieligen Fehlern bei der Wartungsplanung führen.
Die Kalibrierung ist ein weiterer oft übersehener Teil der Genauigkeit. Selbst die besten Sensoren weichen mit der Zeit ab, wenn sie nicht regelmäßig kalibriert werden, was Ihre Testergebnisse verfälschen kann. Unsere Systeme sind auf eine einfache Kalibrierung ausgelegt und verfügen über integrierte Kalibrierungsschnittstellen, mit denen Sie jährliche Kalibrierungen ohne spezielle Ausrüstung von Drittanbietern durchführen können. Für Kunden, die nicht die Zeit oder die Ressourcen haben, die Kalibrierung selbst durchzuführen, bieten wir auch Vor-Ort-Kalibrierungsunterstützung an. Wenn Sie beispielsweise GTUs in einem entfernten Umspannwerk testen, können Sie unser tragbares Kalibrierungsmodul verwenden, um die Genauigkeit Ihres Systems vor Ort zu überprüfen, anstatt Ihre Geräte in eine Fabrik zurückschicken zu müssen. Das spart Zeit und reduziert Ausfallzeiten für Ihre Testvorgänge, was ein großer Gewinn für Wartungsteams ist, die an engen Zeitplänen arbeiten.
Lassen Sie uns über ein häufiges Szenario sprechen, um dies ins rechte Licht zu rücken. Angenommen, Sie sind Wartungsleiter in einem städtischen Umspannwerk und müssen nach einem Jahr intensiver Nutzung 10 GTUs testen. Ein System ist ein einfacher AC-Hochleistungsprüfer ohne PD-Fähigkeit, ein anderes ist ein nicht konformes PD-Hochleistungsgerät mit Sensoren der Klasse 0,5 und 20 pC Rauschen und das dritte ist unser IEC 60270-konformes System mit Sensoren der Klasse 0,2 und 4 pC Rauschen. Folgendes kann passieren: Mit dem Basissystem erhalten Sie nur ein Pass/Fail-Ergebnis für die Hipot-Spannung, sodass Sie ein kleines PD-Signal in einer GTU übersehen, das gerade anfängt, sich zu verschlechtern. Ein Jahr später fällt diese GTU aus, was zu einem 12-stündigen Ausfall führt und schätzungsweise 50.000 US-Dollar an Umsatzeinbußen und Reparaturen kostet. Mit dem nicht konformen System erkennen Sie möglicherweise ein PD-Signal, aber der Messwert weicht um 10 pC ab, sodass Sie sich entscheiden, die GTU wieder in Betrieb zu nehmen, anstatt sie auszutauschen. Auch hier fällt es innerhalb von sechs Monaten aus, was zu demselben kostspieligen Ausfall führt. Mit unserem System erkennen Sie den genauen PD-Wert von 18 pC, der innerhalb des akzeptablen Grenzwerts für in Betrieb befindliche GTUs gemäß IEC 60270 liegt, sodass Sie ihn weiterhin überwachen und die Verschlechterung erkennen können, bevor er ausfällt. Dieser proaktive Ansatz spart Ihnen Geld und sorgt für die Zuverlässigkeit Ihres Netzes.
Wir bieten auch kombinierte Testlösungen an, die die Genauigkeit noch weiter steigern. Das kombinierte Hochspannungs-GTU-Testsystem mit UHF-PD-Sensor integriert die UHF-PD-Erkennung, die empfindlicher auf Oberflächenentladungen reagiert als herkömmliche elektrische TE-Messungen. UHF-Sensoren erfassen elektromagnetische Signale, die von PD abgegeben werden, was sie ideal für die Erkennung von Entladungen an der Außenseite der GTU-Isolierung macht, wo elektrische Sensoren sie möglicherweise übersehen. Durch die Kombination der elektrischen TE-Messung mit der UHF-Erkennung liefert Ihnen unser kombiniertes System ein umfassenderes Bild des Zustands Ihrer GTU und verbessert so die Genauigkeit Ihrer Beurteilungen. Das ist besonders nützlich für ältere GTUs, bei denen eine Oberflächenverschlechterung häufig vorkommt und zu Überschlägen führen kann.
Ein weiterer Punkt: Bei der Genauigkeit geht es nicht nur um die Ausrüstung selbst, sondern auch darum, wie Sie sie verwenden. Selbst das genaueste System liefert schlechte Ergebnisse, wenn Sie die richtigen Testverfahren nicht befolgen. Aus diesem Grund bieten wir allen unseren Kunden praktische Schulungen an, die alles abdecken, von der Vorbereitung einer GTU für Tests bis hin zur Interpretation von PD- und Hipot-Ergebnissen. Wir verfügen außerdem über eine Bibliothek mit Ressourcen, einschließlich Testprotokollen, die an IEC-Standards ausgerichtet sind, damit Sie jederzeit die genauesten Messwerte erhalten. Wenn Sie beispielsweise einen Hochspannungstest durchführen, müssen Sie die Spannung langsam erhöhen, sie für die erforderliche Zeit halten und während des Tests auf Teilentladung prüfen. Wenn Sie den Spannungsanstieg beschleunigen, kann es zu einer Belastung der Isolierung kommen, die nicht den realen Betriebsbedingungen entspricht, was zu ungenauen Ergebnissen führt. Unsere Schulung stellt sicher, dass Ihr Team weiß, wie es die richtigen Schritte ausführt, damit Ihre Testgenauigkeit konstant bleibt.
Lassen Sie uns nun einen weit verbreiteten Mythos ansprechen: „Höhere Spannung bedeutet mehr Genauigkeit.“ Das stimmt nicht unbedingt. Ein 500-kV-System hat keine bessere Genauigkeit als ein 200-kV-System, nur weil es eine höhere Spannung hat – die Genauigkeit hängt von den Sensoren, der Kalibrierung und der Rauschunterdrückung ab. Beispielsweise ist unser Netzfrequenz-Wechselstrom-Spannungsprüfsystem in Bereichen von 5 kV bis 500 kV erhältlich, alle mit der gleichen Sensorgenauigkeit der Klasse 0,2 und niedrigen Rauschpegeln. Egal, ob Sie eine GTU für die Niederspannungsverteilung oder eine GTU für die Hochspannungsübertragung testen, Sie erhalten die gleiche zuverlässige Genauigkeit. Diese Konsistenz ist für Flotten, die mehrere Gerätetypen testen, von entscheidender Bedeutung, da Sie Ihre Standards nicht basierend auf dem von Ihnen verwendeten System anpassen müssen.
Wie sieht es mit der Langzeitgenauigkeit aus? Mit der Zeit kann sich die Ausrüstung abnutzen, aber unsere Systeme bestehen aus langlebigen Komponenten, die ihre Genauigkeit über 10 Jahre lang beibehalten, selbst bei täglichem Einsatz in rauen Umgebungen. Wir verwenden korrosionsbeständige Gehäuse, temperaturstabilisierte Sensoren und versiegelte Elektronik, sodass Sie nicht häufig Teile austauschen müssen, um Ihre Messungen genau zu halten. Viele unserer Kunden verwenden unsere GTU-Testsysteme seit 15 Jahren und ihre Kalibrierungsergebnisse liegen immer noch innerhalb der Spezifikation der Klasse 0,2, was ein Beweis für die Qualität unseres Designs ist.
Wenn Sie sich immer noch fragen, wie Sie ein System auswählen können, das Ihren Genauigkeitsanforderungen entspricht, finden Sie hier eine kurze Checkliste: Suchen Sie nach Systemen mit Spannungssensoren der Klasse 0,2 oder besser, Rauschpegeln unter 10 pC für TE-Tests, Konformität mit IEC 60270 und integrierten Kalibrierungstools. Vermeiden Sie Systeme, die mit „niedrigen Kosten“ werben, aber ihre Sensorklasse oder ihren Geräuschpegel nicht erwähnen – das sind diejenigen, die Ihnen unzuverlässige Ergebnisse liefern. In unserem Unternehmen machen wir keine Abstriche bei der Genauigkeit, denn wir wissen, dass die Zuverlässigkeit Ihres Umspannwerks davon abhängt.
Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, wie unsere GTU PD AC Hipot-Testsysteme Ihre Testgenauigkeit verbessern können, oder wenn Sie spezielle Fragen zur Kalibrierung oder Konformität haben, würden wir uns gerne mit Ihnen unterhalten. Ganz gleich, ob Sie eine einzelne GTU testen oder ein flottenweites Testprogramm aufbauen, wir können Ihnen dabei helfen, das richtige System für Ihre Anforderungen zu finden. Kontaktieren Sie uns noch heute, um eine Demo zu vereinbaren oder Ihre Anforderungen zu besprechen.
Referenzen
IEC 60270:2000, Hochspannungsprüftechniken – Teilentladungsmessungen. Internationale Elektrotechnische Kommission, Genf, 2000.
IEEE Std 400.2-2018, IEEE-Leitfaden für Teilentladungstests von Leistungstransformatoren, Reaktoren und Nebenschlussreaktoren. Institut für Elektro- und Elektronikingenieure, New York, 2018.
„Genauigkeit der Teilentladungsmessung: Best Practices für die Wartung von Umspannwerken.“ Internationaler Rat für große elektrische Systeme (CIGRE), 2021.
