Herausforderungen beim Prüfen von Strom- und Spannungswandlern

Bild 3. Der modellbasierte Ansatz ermöglicht eine automatische Bewertung von Wandlern innerhalb von Sekunden.

Bild 3. Der modellbasierte Ansatz ermöglicht eine automatische Bewertung von Wandlern innerhalb von Sekunden. (Bildquelle: Omicron)

Strom- und Spannungswandler verbinden das Primär- und Sekundärsystem und spielen eine wichtige Rolle im Hinblick auf eine zuverlässige und sichere Energieversorgung. Regelmäßiges Prüfen und Kalibrieren dieser Betriebsmittel garantiert den korrekten Betrieb im Normal- und Fehlerfall für Schutzwandler sowie das exakte Erfassen und Abrechnen der Energie für Messwandler.

Herkömmliche Lösungen erfordern aufwendige Prüfungen vor Ort oder den kompletten Abbau und Transport des Prüflings in ein Prüflabor. Je nach Prüfmethode und erforderlichem Prüfumfang kommen hohe Prüfströme und -spannungen zum Einsatz. Diese können die Arbeitsweise sowie die Sicherheit während der Prüfung stark beeinflussen oder einen Einsatz unmöglich machen – zum Beispiel im Fall von Vor-Ort-Prüfungen von Stromwandlern für transientes Verhalten (Typen TP, TPX, TPY, TPZ).

Um die geltenden Normen zu erfüllen, müssen sämtliche Kerne, Wicklungen und Betriebspunkte geprüft werden. Die Fülle an Wandlertypen und -ausführungen hat einen beträchtlichen Aufwand im Hinblick auf die Prüfvorbereitung und -durchführung zur Folge, zum Beispiel beim Spezifizieren der Betriebsmittel oder beim Umverkabeln. Die Prüfdauer selbst kann ohne weiteres mehrere Stunden in Anspruch nehmen, zum Beispiel wenn verschiedene Messpunkte bei einer Nennfrequenz von 50/60 Hz geprüft werden müssen.

Modellbasiertes Prüfen als Garant für Präzision und Mobilität

Um diesen Herausforderungen möglichst effizient gerecht werden zu können, wurde eine indirekte und modellbasierte Prüfmethode entwickelt. Dabei wird ein Spannungssignal in die Sekundärwicklung eingespeist und das entsprechende Ausgangssignal auf der Primärseite des Wandlers gemessen. Basierend darauf entsteht ein elektrisches Modell, mit dem sich wiederum sämtliche Leistungsmerkmale des Wandlers berechnen lassen.

Dieser modellbasierte Ansatz wurde jeweils in Form eines Prüfsystems sowohl für Strom- als auch für Spannungswandler umgesetzt. Mit beiden Prüflösungen kann innerhalb weniger Minuten eine Vielzahl an Parametern überprüft werden – zum Beispiel Übersetzungsverhältnis, Phasenverschiebung, Übersetzungsfehler, Bürde, Polarität, Erregungskennlinie und transiente Leistungsparameter. Außerdem lassen sich damit die Genauigkeit und Klasse bei unterschiedlichen Bürden- sowie Strom- oder Spannungsbedingungen bestimmen.

Die integrierte Schaltmatrix reduziert zusätzlich den Verkabelungsaufwand: So können mit dem Stromwandlerprüfsystem bis zu sechs Stufen und mit dem Spannungswandlerprüfsystem bis zu fünf Wicklungen sequenziell und ohne Änderung im Prüfaufbau geprüft werden (Bild 3).

Herausforderungen beim Prüfen von Leistungsschaltern

Leistungsschalter schützen die Betriebsmittel in der Schaltanlage vor Zerstörung durch eine zuverlässige Trennung der Stromkreise im Fehlerfall, zum Beispiel während des Normalbetriebs oder im Fall eines Systemfehlers im Stromnetz.

Jede Fehlfunktion eines Leistungsschalters kann zu Ausfällen mit weitreichenden materiellen Verlusten und wirtschaftlichen Folgen führen. Aufgrund ihres Aufbaus kann bei Leistungsschaltern eine große Bandbreite an möglichen mechanischen und elektrischen Fehlern auftreten. Daher müssen zahlreiche Diag­noseprüfungen durchgeführt werden. Bisher waren dafür mehrere Geräte erforderlich – mit entsprechendem Verkabelungs- und Prüfaufwand.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Stromversorgung während der Prüfung. Normalerweise wird hierfür die Anlagenbatterie verwendet. Allerdings kann dies zu Schwankungen in der Prüfspannung und dadurch zu einer reduzierten Verlässlichkeit der Prüfergebnisse führen.

Eine 3-in-1-Lösung statt dreierlei Einzelgeräte

Den entscheidenden Unterschied bringt ein 3-in-1-Prüfsystem, das Mikroohmmeter, Schaltzeitenmessgerät und Spulen- sowie Motorversorgung in einem Gerät vereint. Auch hier können mit nur einem Prüfaufbau zahlreiche Parameter erfasst werden – zum Beispiel Schaltzeiten, statischer und dynamischer Kontaktwiderstand, Bewegungsablauf, Spulen- und Motorstrom. Auch die Prüfung der Unterspannung und Ansprechschwelle ist möglich. Dieser neue Ansatz sowie die modulare Anschlusstechnik vereinfachen das Prüfen von Leistungsschaltern und reduzieren die Prüfzeit auf ein Drittel dessen, was mit herkömmlichen Lösungen eingeplant werden muss.

Die integrierte Stromversorgung garantiert außerdem einen sicheren und unabhängigen Betrieb sowie zuverlässige und reproduzierbare Prüfergebnisse. Die Möglichkeit, Leistungsschalter beidseitig geerdet prüfen zu können, erhöht zusätzlich die Sicherheit für alle Beteiligten vor Ort.

Herausforderungen beim Verwalten von Prüf- und Betriebsmitteldaten

Wie bereits erwähnt, erfordert ein umfassendes Management der Anlagenbetriebsmittel auch einen sorgfältigen Umgang mit den zu verwaltenden Daten. Gerade das Zusammenführen der Vielzahl an Daten und die weitere Analyse und Auswertung ist eine sehr aufwendige und manuelle Aufgabe, was die Fehleranfälligkeit erhöht. Das gilt auch für das abschließende Zusammenfassen der Ergebnisse und das Erstellen von Prüfprotokollen.

Der Einsatz verschiedener Prüflösungen unterschiedlicher Hersteller birgt weitere Herausforderungen bezüglich des Datenaustauschs und der Datenintegration. Oft sehen sich Anwender mit einer Inkompatibilität der Dateiformate oder Schnittstellenproblematik mit eigenen ERP-Systemen oder Systemen zur Wartungsplanung und Betriebsmittelverwaltung konfrontiert.

Gemeinsame Software für Diagnoseprüfung, Zustandsbewertung und Datenverwaltung

Eine umfassende Softwarelösung kann viele dieser Herausforderungen meistern. So müssen sich Anwender mit nur einer Prüfsoftware vertraut machen, mit der mehrere Prüfsysteme bedient und Diagnoseprüfungen an unterschiedlichen Betriebsmitteln durchgeführt werden können. Dabei wird nicht nur der Einarbeitungs- und Schulungsaufwand deutlich verringert, sondern auch der Wartungsaufwand in Form regelmäßiger Softwareupdates – auch dies ist ein Schritt hin zur mehr Effizienz.

Zusätzlich lässt sich durch den Einsatz einer einheitlichen Software die Kompatibilität der erhobenen Daten sicherstellen. Integrierte Importfunktionen ermöglichen zudem die Übernahme von Messdaten, die mit Geräten anderer Hersteller aufgenommen oder beispielsweise durch Öllaboratorien wie im Fall einer Gas-in-Öl-Analyse bereitgestellt wurden.

Somit lassen sich sämtliche Betriebsmittel- und Messdaten an einem zentralen Ort beziehungsweise in einer gemeinsamen Datenbank sammeln und verwalten. Die Daten können darüber hinaus über den gesamten Lebenszyklus eines Betriebsmittels erfasst werden, was Trendaussagen über dessen Zustand ermöglicht. All dies hat Auswirkungen auf die Prüfprotokollierung, da die gewünschten Informationen aus der Fülle an Daten zielgerichtet ausgewählt und umfassend zusammengestellt werden können. Durch flexible Import- und Export-Schnittstellen wird ein einfacher Datenaustausch mit anderen Softwaresystemen oder die Integration in eine größere Softwarelösung gewährleistet.

Softwareunterstütztes Prüfen hat noch weitere Vorteile: Ein sinnvoller Mix aus Automatisierung und Benutzerführung kann ein hohes Maß an Unterstützung, Sicherheit und Zeitersparnis bieten. Automatismen können aufwendige Schritte wie das Spezifizieren von Betriebsmitteln beschleunigen oder die Durchführung von Prüfungen möglichst effizient gestalten. Die Gültigkeit der erhaltenen Prüfergebnisse kann direkt vor Ort überprüft oder die Ergebnisse nach geltenden Normen automatisch bewertet werden. Umgekehrt sichert eine zielgerichtete Benutzerführung die Qualität und Verlässlichkeit der Prüfungsdurchführung und diejenige der erhobenen Daten.

Zusammenfassung

Die Herausforderungen beim Prüfen von Anlagenbetriebsmitteln steigen. Dabei sind Prüflösungen erforderlich, die zum einen den aktuellen Stand der Technik erfüllen, zum anderen aber auch ein möglichst effizientes Prüfen ermöglichen. Unterstützt wird dies durch passende Softwaresysteme, die nicht nur  bei der reinen Durchführung von Prüfungen am Betriebsmittel zum Einsatz kommen, sondern den gesamten Prüfprozess einschließlich Vor- und Nachbereitung möglichst effizient gestalten.

Den entscheidenden Mehrwert erzielen Betreiber allerdings erst durch die intelligente Nutzung und Kombination dieser neuen Möglichkeiten. So lässt sich zum Beispiel die Ausschaltzeit der Betriebsmittel minimieren, wenn mehrere Prüfteams mit optimierten Prüflösungen parallel an einem Betriebsmittel eingesetzt werden können.


Erfahren Sie mehr über Mess- und Prüftechnik:

netzpraxisEuroHeat&Power

Christian Enk (Christian.Enk@omicronenergy.com) und Martin Pfanner (Martin.Pfanner@omicronenergy.com)
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