Der Laststufenschalter (engl. on-load tap-changer, OLTC) stellt eine entscheidende Komponente von Leistungstransformatoren dar und dient maßgeblich der Spannungshaltung im elektrischen Netz. Durch die Umschaltung der Stufenschalterposition kann das Übersetzungsverhältnis des Transformators an die jeweilige Netzsituation angepasst werden. Während dieses Umschaltprozesses werden die Komponenten des Stufenschalters, beispielweise die Schaltkontakte, sowohl elektrisch, thermisch als auch mechanisch belastet und können über die Lebensdauer des Schalters Verschleißerscheinungen aufweisen.

Für die zuverlässige Beurteilung des OLTC-Zustands wurden und werden immer modernere Diagnoseinstrumente entwickelt. Konventionelle elektrische Diagnoseverfahren konzentrieren sich dabei auf statische und dynamische Widerstandsmessungen und Schaltzeitanalysen. Auf diese Weise kann die Stromänderung während des Schaltvorgangs ermittelt werden, die Aufschluss über das OLTC-Timing und mögliche Stromunterbrechungen gibt.

Neue vibroakustische Messung (VAM)

Ergänzend zu diesen etablierten Verfahren wird die vibro-akustische Diagnostik (engl. vibro-acoustic measurement, VAM) für Stufenschalter eingesetzt. Dabei werden mittels piezo-elektrischer Sensoren die Vibrationen während des Schaltvorgangs aufgezeichnet. Während des Umschaltvorgangs erzeugt der Stufenschalter eine Reihe charakteristischer Vibrationsmuster. Da diese Muster abhängig von Typ und Bauart sind, dienen sie als Fingerabdruck für jeden einzelnen Stufenschalter. Verschlechterungen der mechanischen Integrität oder entstehende Fehler im OLTC können zu einer Veränderung dieser Kurven führen, wodurch Rückschlüsse auf den Zustand ermöglicht werden.

Bei der VAM Methodik handelt es sich entsprechend um ein vergleichendes Verfahren, bei dem Messergebnisse mit zuvor aufgenommenen Referenzdaten verglichen werden. Die Referenzdaten können bereits im Werk bzw. während der Inbetriebnahme aufgezeichnet werden oder von einer, idealerweise baugleichen, Schwestereinheit stammen. Zur Aufzeichnung der Daten kommen piezo-elektrische Sensoren zum Einsatz, die mittels einer Magnethalterung am Stufenschalterdeckel oder an der Transformatorkesselwand befestigt werden.

Die Messung kann dabei sowohl während einer Wartung als auch im Netzbetrieb durchgeführt werden. Letzteres ermöglicht die frühzeitige Erkennung von mechanischen Veränderungen im Stufenschalter und eine Anpassung der Wartungsstrategie für die betroffene Einheit.

Weniger blinde Flecken bei der Diagnose

Wenn der Transformator für eine Wartung abgeschaltet wurde, können die vibro-akustische Messung und eine dynamische Widerstandsmessung simultan durchgeführt werden. Durch die Kombination der DRM und der VAM Datensätze können etwaige diagnostische Schwachstellen der jeweiligen Methode kompensiert werden. Die elektrischen DRM und die mechanischen VAM Daten bilden somit einen komplementären Datensatz und erlauben in Kombination eine detaillierte Bewertung des Stufenschalterzustands.

(Dauer: 16:12)
In dieser Folge von „Energy Talks“ erfahren Sie von den VAM-Experten Dr. Karsten Viereck von der Maschinenfabrik Reinhausen und Christoph Engelen mehr über die vibroakustische Messung (VAM). 

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