Transformatorenhersteller Royal SMIT erhöht Prüfgenauigkeit mit dem WT5000TR

Yokogawa Test&Measurement Corporation
Amersfoort, Niederlande – 01. Oktober 2024

Kurzmitteilung

Transformatorenhersteller Royal SMIT erhöht Prüfgenauigkeit mit dem Yokogawa WT5000TR (Transformator-Version) Präzisions-Leistungsanalysator

Transformatoren übernehmen die Umwandlung von Spannungen in Stromverteilungs- und Übertragungsnetzen. So wird zum Beispiel von einer sehr hohen Spannung, welche benötigt wird, um den Strom möglichst verlustarm über weite Entfernungen zu übertragen, zur Mittelspannung für lokale Netze bis hin zur beim Verbraucher ankommenden, üblichen Netzspannung für Haushalte und gewerbliche Nutzer auf 230 V oder 380 V transformiert.

Da Netzbetreiber nur den tatsächlich an den Endverbraucher gelieferten Strom abrechnen können, und gleichzeitig auch aus ökologischer Sicht der Übertragungswirkungsgrad möglichst hoch sein soll, ist es von höchster Priorität für die Betreiber, die Übertragung durch die Stromverteilungs- und Stromübertragungsnetze möglichst verlustfrei zu gestalten. Transformatorenhersteller liefern daher verschiedene Kennzahlen, um über die Effizienz des Transformators Aufschluss zu geben. Zum einen gibt es die Angabe zu den Leerlaufverlusten, welche anfallen, sobald der Transformator am Stromnetz angeschlossen ist, aber keine Last anliegt. Zum anderen gibt es den Kurzschlusstest, bei welchem im Prüffeld betragsmäßig die gleichen Verluste auftreten, wie bei maximaler Last im realen Betrieb. Überschreitet der Transformator diese festgelegten, garantierten Kennzahlen, kann der Hersteller mit empfindlichen Strafen belegt werden.

Die internationalen Normen IEC 60076 und IEEE C57.12.00, welche die Messmethode zur Ermittlung der Verluste in einem Transformator definieren, legen fest, dass in den Testergebnissen alle Messunsicherheiten der Messkette berücksichtigt sein müssen. Die Ergebnisse der Verlustmessung setzen sich aus zwei Komponenten zusammen: 1.) den realen Verlusten, die auf die Kern- und Kupferverluste im Transformator selbst zurückzuführen sind, sowie 2.) die externen Verluste, welche auf die Unsicherheit des Messsystems zurückzuführen sind.

Die Royal SMIT Transformers B.V. liefert große Hochspannungstransformatoren an Energieerzeugungs- und Energieübertragungsunternehmen in der ganzen Welt. Das Unternehmen gehört zur SGB-SMIT-Gruppe und hat seinen Sitz im niederländischen Nijmegen, in welchem es vor mehr als 100 Jahren gegründet wurde.

Neben Phasenschiebertransformatoren und Shunt-Reaktoren ist das Unternehmen für die Entwicklung, die Herstellung, den Vertrieb und die Wartung von Transformatoren mit einer Leistung von etwa 200 MVA bis zu 1.200 MVA in einem Spannungsbereich bis 765 kV verantwortlich. Deren Produkte spielen eine entscheidende Rolle für den zuverlässigen und effizienten Betrieb von Stromnetzen, die Millionen privater und gewerblicher Nutzer versorgen.

Jede Kundenanforderung ist einzigartig, und fast jeder Transformator wird auftragsbezogen entwickelt und gefertigt. Ein wichtiger Teil des Prozesses ist die genaue Messung der Verlustleistung, um sicherzustellen, dass die Produkte den geforderten Spezifikationen entsprechen. Jeder Prüfstand von Royal SMIT ist mit einem dreiphasigen Transformator-Verlustleistungs-Messsystem ausgestattet, das aus Hochspannungs-Referenzkondensatoren, Nullfluss-Stromwandlern und einem dreiphasigen Präzisions-Leistungsanalysator von Yokogawa besteht.

Als Royal SMIT beschloss einen weiteren Prüfstand einzurichten, bestand die Herausforderung darin, ein neues Testsystem zu entwickeln, in welchem die Messunsicherheit der Messkette im Vergleich zu den realen Transformatorverlusten vernachlässigbar klein ist. Um dies zu erreichen, verwendet Royal SMIT unter anderem den WT5000TR Präzisions-Leistungsanalysator, dessen Vorgängermodell sich bereits bei Royal SMIT bewährt hatte.

Die herausragende Genauigkeit der WT5000TR Transformator-Version von nur ±0,008 % bei einem Leistungsfaktor von 1 reduziert die Messunsicherheit auf einen vernachlässigbaren Bruchteil der gesamten, gemessenen Verluste. Der WT5000TR bietet die weltweit höchste Genauigkeit selbst bei sehr kleinen Leistungsfaktoren von 0,001.

Zu der hohen Genauigkeit und Langzeitstabilität der WT5000TR Transformator-Version trägt unter anderem ein künstliches Alterungsverfahren der Leistungsmessmodule bei. Außerdem wird die Genauigkeit mehrstufig durch eine Kalibrierung bei 53 Hz mit Leistungsfaktoren von 1, 0,5, 0,05, 0,01 und 0,001 verifiziert. Eine zusätzliche Kalibrierung bei Frequenzen bis 100 kHz gewährleistet die erforderliche Messgenauigkeit darüber hinaus auch bei verzerrten Kurvenformen, welche bei Strommessungen zur Bestimmung der Leerlaufverluste auftreten können.

Zudem bietet der WT5000TR eine intuitive Bedienoberfläche, sowie die Möglichkeit benutzerdefinierte Ereignistrigger und mathematische Berechnungen zu verwenden. Messergebnisse lassen sich numerisch sowie in Kurvenform-, Balken-, Vektor- oder Trenddarstellung anzeigen und über verschiedene Kommunikationsschnittstellen, bspw. über GPIB, USB und Ethernet übertragen. Dank der Abwärtskompatibilität bzw. der Unterstützung der Kommunikationsprotokolle von Vorgängermodellen lässt sich der WT5000TR sehr einfach auch in ältere Prüfsysteme und die bestehende Software implementieren.

Die Transformatorversion WT5000TR hat Royal SMIT dabei geholfen, Messfehler erheblich zu reduzieren, wobei die Genauigkeit über 12 Monate von ±0,01 % auf ±0,008 % verbessert wurde. Hervorragend ist auch die Linearität der WT5000TR Transformator-Version.

Die Effektivwert-Messbereiche decken Messwerte von 10 % zu 110 % ab und bieten darüber hinaus eine 50 mal höhere Samplingfrequenz und eine viermal höhere Auflösung als der Vorgänger WT3000.

Kalibrierzertifikate des ISO 17025 akkreditierten Kalibrierlabors von Yokogawa bestätigen die hohe Messgenauigkeit auch bei sehr kleinen Leistungsfaktoren. Deshalb können die Ingenieure von Royal SMIT sicher sein, dass mit der WT5000TR Transformator-Version konsequent rückführbare sowie normenkonforme Messungen (IEC 60076-8 und IEEE C57.12.00) an Transformatoren hochgenau durchgeführt werden. Steven Lauf, Senior Test-Ingenieur bei Royal SMIT berichtet: „Der WT5000TR arbeitet dabei zuverlässig, und die drei Messkanäle, die im Testsystem betrieben werden, müssen nur unwesentlich justiert werden, auch wenn das Messgerät tagelang in Betrieb ist.“

"Durch den Einsatz der WT5000TR Transformator-Version in unserem Testsystem, können wir die Eigenschaften eines jeden kundenspezifischen Transformators genauer als je zuvor charakterisieren“ ergänzte Lauf. "Somit können wir unserem Kunden garantiert und belastbar belegen, dass die Verluste unserer Transformatoren kleiner sind, als es Mitbewerber anbieten könnten. Und das mit der Gewissheit, dass wir auch liefern, was wir versprechen.“

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Seit 100 Jahren entwickelt Yokogawa Messlösungen und findet kontinuierlich neue Wege, um Forschungs- und Entwicklungsteams die Werkzeuge zur Verfügung zu stellen, die sie benötigen, um die besten Erkenntnisse aus ihren Messstrategien zu gewinnen. Das Unternehmen hat in seiner Geschichte die genaue Leistungsmessung vorangetrieben und ist Marktführer bei digitalen Leistungsmessgeräten und optischen Spektrumanalysatoren.

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Gegründet in Tokio im Jahr 1915, arbeitet Yokogawa mit über 17.000 Mitarbeitern in einem globalen Netzwerk von 129 Unternehmen in 60 Ländern daran, eine nachhaltige Gesellschaft zu schaffen.

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