Phasenverschiebungsmessungen für Transformatoren

Phasenverschiebungsmessung zur Verifizierung der Schaltgruppe eines Transformators

Ein Drehstromtransformator besteht aus drei Primär- und drei Sekundärwicklungen. Jede Wicklung entspricht einer Phase des Drehstromsystems. Wird eine dreiphasige Spannung angelegt, erzeugen die Primärwicklungen ein Magnetfeld, das in den Sekundärwicklungen eine Spannung induziert. Der konkrete Phasenwinkel ergibt sich aus der Wicklungskonfiguration und der relativen räumlichen Anordnung der Wicklungen im Kern. Je nach Anlage kann jede Anordnung spezifische Vor- und Nachteile mit sich bringen. Die resultierende Schaltgruppe eines Transformators wird durch Phasenverschiebungsmessungen ermittelt.

Für die Schaltgruppenprüfung wird eine dreiphasige Spannung an die Primärwicklung angelegt. Spannung und Phasenverschiebung werden dann an der Sekundärwicklung gemessen. Die gemessene Phasenverschiebung bestätigt zusammen mit der Wicklungsschaltung die Richtigkeit der spezifizierten Schaltgruppe.

Ablesen der Schaltgruppen-Prüfergebnisse

Die Schaltgruppenbezeichnung eines Transformators besteht aus:

• Einem Großbuchstaben für die Schaltung der Oberspannungswicklung
• Einem Kleinbuchstaben für die Schaltung der Unterspannungswicklung
• Einem kleinen n, das einen herausgeführten Sternpunkt auf der Unterspannungsseite angibt
• Einer Kennzahl für den Phasenverschiebungswinkel zwischen Ober- und Unterspannungsseite, angegeben in Stundenzählung, wobei jede Stunde nach 12 einem Nacheilen um 30 Grad entspricht

Als Beispiel die Schaltgruppenbezeichnung „Dyn11“ im Detail:

• „D“ für Dreieckschaltung auf der Oberspannungsseite
• „y“ für Sternschaltung auf der Unterspannungsseite
• „n“ für einen herausgeführten Sternpunkt
• „11“ für eine Phasenverschiebung von 330° (oder −30°) (1 Stunde vor 12 auf dem Zifferblatt)

Dyn11 ist der gängigste Typ von Drehstromtransformatoren und in Energienetzen weit verbreitet. Nach Messung der Phasenverschiebung und Verifizierung der Schaltgruppe kann ein Transformator sicher parallel zu Transformatoren gleicher Schaltgruppe betrieben werden. Beispielsweise kann ein Dyn11-Transformator parallel zu anderen Dyn11-zertifizierten Transformatoren betrieben werden, sofern auch die übrigen Voraussetzungen für den Parallelbetrieb erfüllt sind.

Risiken nicht übereinstimmender Transformatoren

Die Phasenwinkeldifferenz zwischen Transformatoren mit unterschiedlichen Schaltgruppen lässt sich nicht kompensieren. Werden sie parallel betrieben, verursachen die Unterschiede in der Phasenverschiebung Ausgleichsströme zwischen den Transformatoren. Diese Ströme können erhebliche Werte annehmen und zu übermäßiger Erwärmung, erhöhten Verlusten, dem Ansprechen der Schutzeinrichtungen und Geräteschäden führen.

Ihre Herausforderungen bei der Schaltgruppenprüfung von Transformatoren

In Stromnetzen und in der Industrie werden routinemäßig mehrere Drehstromtransformatoren parallel betrieben. Diese übliche Vorgehensweise ist kosteneffizient und ermöglicht es, Kapazitäten flexibel zu erweitern, zu reduzieren oder anzupassen. Eine genaue Phasenverschiebungsmessung und Schaltgruppenverifizierung sind unerlässlich, um sicherzustellen, dass die Transformatoren phasengleich arbeiten.

Zur Schaltgruppenverifizierung wird eine Spannung an die Primärwicklung des Transformators angelegt. Dann werden Spannung sowie Phasenverschiebung an der Sekundärwicklung mit einem Phasenwinkelmesser, Voltmeter oder Oszilloskop gemessen. Für das Uhrzeigerschema oder Zeigerdiagramm ist nun eine manuelle Analyse notwendig, um Wicklungskonfiguration und Phasenwinkel zu bestimmen und so die Schaltgruppe zu bestätigen.

Herkömmliche Leistungsanalysatoren können diese Phasenverschiebung nicht direkt bestimmen. Das liegt daran, dass sie die primär- und sekundärseitigen Kanäle unabhängig voneinander synchronisieren, jeweils auf nur ein Spannungs- oder Stromsignal aus dem zugehörigen Drehstromsystem. Ohne eine gemeinsame Zeitreferenz zwischen beiden Seiten kann der Analysator deren Phasenwinkel nicht direkt vergleichen.

Unsere Lösung für die Schaltgruppenprüfung von Transformatoren

Ein leistungsfähiger Präzisions-Leistungsanalysator wie der LMG671 misst die Phasenverschiebung zwischen Primär- und Sekundärwicklung und zeigt gleichzeitig die Schaltgruppe des Transformators an. Mit Hilfe der hochauflösenden Oberschwingungsanalyse werden die gemessenen Strom-, Spannungs- und Leistungsoberschwingungen angezeigt (Effektivwert und Phasenwinkel). Zur Prüfung von Signalqualität und Phasensymmetrie stellt das Gerät die Spannungen und Ströme in einem Zeigerdiagramm für die jeweilige Oberschwingungsordnung grafisch dar. Für die Verifizierung der Schaltgruppe ist die Grundfrequenz am wichtigsten.

Der Analysator zeigt die Phasenverschiebung auch bei direkten, umfassenden Wirkungsgradmessungen an. Dafür nutzt er sechs Leistungsmesskanäle, sodass eine Umverkabelung entfällt. Der LMG671 verfügt über ein eigenes Skript, das die Phasenverschiebung direkt aus den Phasenwinkeln der Grundschwingung berechnet, die die aliasingfreie Oberschwingungsanalyse liefert.

Die Verifizierung der Schaltgruppe mit einer einzigen Phasenverschiebungsmessung macht manuelle Berechnungen anhand separater Messungen überflüssig. Die Mehrkanalprüfung ermöglicht anspruchsvolle und zeiteffiziente Messungen und liefert zuverlässige Daten. Mit diesem umfassenden Messaufbau lassen sich Phasenqualität und Phasenbeziehungen unmittelbar in Echtzeit verifizieren.

Unsere Testlösung für Leistungstransformatoren ist anpassbar, zuverlässig sowie anwendungs- und anwenderorientiert. Hersteller und Prüflabore vertrauen auf die präzise und umfassende Messung und Analyse der Leerlaufverluste.