Antworten auf Ihre Fragen zur Analyse gelöster Gase in Transformatoren und zu Methoden zur Fehleridentifizierung
Täglich werde ich nach der Bedeutung der Analyse gelöster Gase in Transformatoren (DGA) und deren Anwendung für die Überwachung , Sicherheit und Instandhaltung von Transformatoren gefragt. Daher hielt ich es für sinnvoll, Antworten direkt von der Quelle zu erhalten: dem Leitfaden C57.104 zur Interpretation von Gasen, die in mineralölgekühlten Transformatoren entstehen¹. Dieser Leitfaden bietet Transformatorenverantwortlichen detaillierte Verfahren zur Interpretation der Ergebnisse der Analyse gelöster Gase. Darüber hinaus stellt er Anwendern folgende Informationen zur Verfügung:
- Ein Überblick über die Gaserzeugung in Transformatoren und DGA-Prozessen.
- Zweck und Anwendung der DGA.
- DGA-Qualitätsüberprüfung und -Einschränkungen.
- DGA-Interpretation und Normen.
- Fehlertypdefinitionen und Identifizierung.
- Fallstudien und Interpretationsbeispiele.
Was also ist eine gelöste Gasanalyse?
Bei der Analyse gelöster Gase handelt es sich einfach um die Identifizierung, Messung und Interpretation der Gase, die in der Isolierflüssigkeit eines Transformators gelöst sind. Wenn die Isoliersysteme altern oder wenn der Transformator einen Defekt aufweist, entstehen Gase.
Die Erkennung von gelöstem Gas ist für die Überwachung und Beurteilung des Zustands von Transformatoren von entscheidender Bedeutung. Durch DGA können verschiedene anormale Vorkommnisse im Primärtank wie Teilentladungen, Lichtbögen oder übermäßige thermische Bedingungen erkannt werden. Daher erweist sich DGA als wirksames Werkzeug für eine umfassende Analyse.
Zu den zahlreichen Gasarten, die entstehen, gehören Wasserstoff (H2), Methan (CH4), Ethan (C2H6), Ethylen (C2H4), Acetylen (C2H2), Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO2). Diese Gase werden als „Fehlernebenprodukte“ bezeichnet. Andere Gase wie Sauerstoff (O2) und Stickstoff (N2) kommen ebenfalls in Isolierflüssigkeiten vor, gelten aber nicht als „Fehlernebenprodukte“, da sie durch Lecks oder den Einsatz eines Stickstoffkonservierungssystems in die Isolieröle gelangen können. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass diese Gase dennoch eine wichtige Rolle bei der DGA-Analyse und -Interpretation von Transformatoren spielen.
Warum ist die Analyse gelöster Gase wichtig?
DGA kann uns helfen, den Zustand des Transformators zu verstehen und im Gegenzug Frühwarnungen zu geben, ungeplante Ausfallzeiten sowie Betriebs- und Wartungskosten zu reduzieren und die Sicherheit für das Gesamtsystem, die Gemeinschaft und die Mitarbeiter zu erhöhen. Es kann uns helfen, aktive und inaktive Fehlerzustände zu identifizieren. Bei der Bewertung der Konzentration von gelöstem Gas in Flüssigkeit wird sie in Mikroliter pro Liter (μL/L) ausgedrückt; am häufigsten wird sie jedoch als Teile pro Million nach Volumen (ppm v/v) oder einfach nur ppm bezeichnet oder angegeben.
Die jeweilige Gaskombination bzw. das Gasprofil variiert je nach „Art des Verwerfungsprozesses und hängt mit dem Energieniveau und der Temperatur an der Verwerfungsstelle zusammen.“ Die neue Abbildung 1 auf Seite 18 des Leitfadens bietet eine klare visuelle Darstellung des „relativen Prozentsatzes der Konzentration gelöster Gase in Mineralöl als Funktion von Temperatur und Verwerfungstyp.“ Man kann beobachten, dass Wasserstoff in jedem bekannten Verwerfungstyp vorhanden ist.
Der Anteil des im Öl gelösten Wasserstoffs kann bei Fehlern mit niedrigeren Temperaturen höher sein als bei anderen Fehlergasen mit niedriger Temperatur wie Methan (CH4) und Ethan (C2H6). Darüber hinaus werden Sie bei Fehlern mit hohen Temperaturen beobachten, dass die relativen Gaskonzentrationen von Wasserstoff (H2) zunehmen und tendenziell mit denen von Acetylen (C2H2) Schritt halten.
Methoden zur Fehleridentifizierung
Am interessantesten finde ich Anhang D des Handbuchs, der alle Methoden zur Fehleridentifizierung (Schlüsselgasmethode, Doernenburg-Verhältnis und Rogers-Verhältnis, Duval-Dreiecke 1-4-5 und Fünfecke 2-5) demonstriert. Die Schlüsselgas-, Doernenburg- und Rogers-Verhältnisse sind in Tabelle 1 zusammengefasst.
Ein wichtiger Punkt ist, dass man mit der Key Gas-Methode immer eine Diagnose erhält; die Anzahl der falschen Fehleridentifikationen kann jedoch zwischen 30 % und 50 % liegen, was zu einer Fehldiagnose führen kann.
Mit den Verhältnismethoden können Sie manchmal keine Diagnose stellen, weil die Verhältnisse nicht übereinstimmen.
Apropos Verhältnisse: Es gibt noch weitere nützliche Gasverhältnisse zur Fehlererkennung. Das Verhältnis von O2/N2 hilft dabei, festzustellen, ob es sich bei dem Transformator um einen frei atmenden (offenen) Transformator oder eine versiegelte Einheit mit Stickstoffüberzug handelt. Die C2H2/H2-Verhältniswerte >3 können dabei helfen, festzustellen, ob ein Leck oder eine Verunreinigung vom Stufenschalterfach zum Haupttank vorliegt.
Wenn es um Duvals Dreieck geht, erhalten Sie immer eine Antwort. Es ist jedoch wichtig, sicherzustellen, dass eines der drei Gase über dem Nenn- oder Normalwert für dieses Gas im Transformator liegt. Nachfolgend finden Sie ein Beispiel für die Duval-Dreieck-1-Methode.
Duvals Pentagone sind zusätzliche Fehleridentifizierungsmethoden, die zur Untermauerung einer Diagnose beitragen.
Zusätzlich zu den herkömmlichen bzw. bekannteren Methoden zur Gasinterpretation finden Sie in Anhang F – Bewertung der Fehlerschwere – Alternative Methode – eine relativ neue Methode.
Obwohl es viele verschiedene Methoden gibt, die Analyse gelöster Gase in flüssiger Isolierung auszuwerten, sind Sie mit der Messung von Wasserstoff immer auf der sicheren Seite. Es ist ein Schlüsselgas und eine frühzeitige Erkennung kann dazu beitragen, potenzielle katastrophale Ausfälle zu vermeiden. Wasserstoff ist eines der ersten Gase, das bei Ölzersetzung entsteht, und kann als Wachhund oder Rauchmelder für eine potenzielle Gefahr dienen. Auch wenn bei Auslösung eines Alarms alles normal erscheinen mag, ist das Transformatorüberwachungsgerät so konzipiert, dass es Sie bei Erkennung eines anormalen Zustands im Transformator warnen kann, dass sich Ihre Situation von normal zu anormal entwickelt hat und weitere Untersuchungen erforderlich sind.
Wasserstofferkennungssysteme können eine erste Verteidigungslinie darstellen und Ihnen dabei helfen, Ihr Transformatorüberwachungsprogramm zu verbessern. Zudem können sie Ihr Überwachungsprogramm problemlos von einem zeitbasierten auf ein zustandsbasiertes Programm umstellen.
Haben Sie weitere Fragen zur Transformator-Lösungsgasanalyse für Ihren Transformatorpark?
Kontaktieren Sie uns, um direkt mit einem der Anwendungsingenieure von H2scan zu sprechen, und besuchen Sie unsere Seite für die Transformatorenindustrie, um mehr über die Lösungen von H2scan für die Transformatorenüberwachung zu erfahren.
Traci Hopkins ist Vertriebsmanagerin für Lateinamerika bei der H2scan Corporation, einem führenden Anbieter von Wasserstoffsensorlösungen. Hopkins ist Autorin zahlreicher Artikel für verschiedene Publikationen der Versorgungsindustrie und hielt auf zahlreichen nationalen Ingenieurkonferenzen Vorträge zum Thema Transformatorzuverlässigkeit. Sie hat mit Wartungs- und Zuverlässigkeitsexperten auf sechs Kontinenten zusammengearbeitet. Derzeit konzentriert sie sich darauf, spezialisiertes Know-how im Bereich Wasserstoffüberwachung in die lateinamerikanischen Versorgungsmärkte zu bringen.
Über die Autorin: Traci Hopkins
