Glasfaser-Temperaturmesssystem für Öltransformatoren

Was ist das Glasfaser-Temperaturmesssystem IF-TF?

Die IF-TF-Serie ist ein komplettes Glasfaser-Temperaturmesssystem Entwickelt für die direkte Überwachung von Überhitzungsstellen in den Wicklungen von ölgekühlten Leistungstransformatoren. Das System ersetzt die indirekte Schätzung der Öltemperatur durch eine kontaktbehaftete Echtzeitmessung direkt an der jeweiligen Wicklungsstelle – und liefert so Schutzrelais und Kühlungssteuerungssystemen präzise thermische Daten, auf deren Grundlage sie Maßnahmen ergreifen können.

Jede Komponente ist speziell für den Einsatz in einer Hochspannungsumgebung mit Ölbad ausgelegt: vollständig dielektrische Glasfasersonden mit einer Nennspannung von 100 kV, ölbeständige Sondenkonstruktion, Flansche und Durchführungen aus Edelstahl 316, ausgelegt für 150 kPa, sowie ein Wandmontage-Sendergehäuse aus Edelstahl mit Schutzart IP55. Das System wird als aufeinander abgestimmte Baugruppe geliefert – Sonde, interne Glasfaser, Durchführungselement, Flansch, Verlängerungskabel und Sender –, die entsprechend der Anzahl der Kanäle Ihres Transformators und den Anforderungen an die Glasfaserlänge konfiguriert ist.

Technische Spezifikationen des Systems

Systemkomponenten

IF-TF-Sendeeinheit

Der Sender bildet den Signalverarbeitungskern des Systems. Er erzeugt Anregungslichtimpulse, empfängt Fluoreszenz-Rückmeldesignale von jedem Sondenkanal, berechnet die Temperatur anhand der Fluoreszenzabklingzeit und gibt die Messwerte über RS485/Modbus-RTU sowie analog über 4–20 mA aus. Das LCD-Display auf der Vorderseite zeigt die aktuellen Kanalmesswerte an. Die Relaisausgänge für Lüfterstart, Alarm und Abschaltung sind pro Kanal konfigurierbar. Das Gerät ist in einem dreifach geschützten Gehäuse aus Edelstahl 304 oder 316 mit Schutzart IP55 untergebracht und eignet sich für die Installation im Außenbereich von Umspannwerken direkt am Transformatorgehäuse oder an einem angrenzenden Schaltschrank.

Interne Glasfaser-Messsonde

Die Messsonde wird während der Montage oder einer Generalüberholung direkt in die Transformatorwicklung eingeführt. Die Messspitze enthält ein fluoreszierendes Seltenerdmaterial in einem vollständig metallfreien Gehäuse – von der Spitze bis zum Sender befinden sich an keiner Stelle metallische Leiter. Ausgelegt für 100 kV, ölbeständig, 2,5 mm Durchmesser. Die Messspitze berührt den Wicklungsleiter oder das Isolierpapier an der Stelle, an der die höchste zu erwartende Temperatur auftritt. Bei einem Dreiphasentransformator werden mindestens drei Sonden angebracht – eine pro Phase am oberen Ende der Hochspannungswicklung.

Glasfaser-Durchführung

Der Durchführungsstutzen sorgt für den öldichten Übergang zwischen der internen Sondenfaser und dem externen Verlängerungskabel. Er wird mit einem M14 × 1,0-Außengewinde durch die Wand des Transformatorbehälters geführt und mit einem O-Ring aus Fluorkautschuk abgedichtet, der für einen Öldruck von 150 kPa ausgelegt ist. Der Körper aus Edelstahl 316 widersteht einem langfristigen Eintauchen in Transformatoröl ohne Korrosion. Die Durchführung umfasst den Körper, den O-Ring und M14-Doppelmuttern – bewährtes Montagezubehör für Durchführungen durch die Wand von ölgefüllten Transformatorbehältern.

Flanschbaugruppe

Der Flanschring ist an die Innenwand des Transformatorbehälters angeschweißt. Die Flanschplatte wird an der Außenseite des Behälters befestigt, klemmt die Durchführungen fest und bietet einen abgedichteten, übersichtlichen Austrittspunkt für mehrere Glasfaserkanäle. Der Standarddurchmesser des Flansches beträgt 305 mm (aus Edelstahl 316) und bietet Platz für 1 bis 16 Durchführungen. Die Abmessungen können projektbezogen angepasst werden. Das Flanschsystem macht provisorische, leckageanfällige Durchführungsmethoden überflüssig und sorgt für einen reproduzierbaren, wartungsfreundlichen Installationsstandard.

Schutzhülle

Die Schutzabdeckung wird über den Flansch an der Außenwand des Behälters montiert und schützt die Durchführungen sowie die externen Glasfaserkabelanschlüsse vor mechanischen Beschädigungen und Witterungseinflüssen. Hergestellt aus Edelstahl 304 mit einer inneren Dichtung, die der Schutzart IP55 entspricht. Die unteren Auslassöffnungen (3 × Ø 28 mm) sind für wasserdichte PG21-Kabelverschraubungen vorgesehen, durch die die externen Glasfaserverlängerungskabel zum Messumformer verlegt werden. Die Gehäusefarbe kann an die Anforderungen zur Standortkennzeichnung angepasst werden.

Externes Glasfaser-Verlängerungskabel

PTFE-ummantelte Quarzfaser-Verlängerungskabel verlaufen von der Schutzhülle zu den ST-Eingangsanschlüssen des Messumformers. Standardlängen von 1 m bis 20 m, Sonderlängen erhältlich. ST-Stecker an beiden Enden. Nennbetriebstemperatur −40 °C bis +260 °C, 100-kV-Isolierung, beständig gegen Transformatoröl, UV-Strahlung und Industriechemikalien. Siehe die Verlängerungskabel für Glasfaser-Temperatursensor Auf der Produktseite finden Sie die vollständigen technischen Daten.

Warum die direkte Temperaturmessung bei Wicklungen wichtig ist

Das obere Ölthermometer eines Transformators zeigt die Öltemperatur an der Tankoberfläche an – nicht die Temperatur im Inneren der Wicklung, wo der thermische Abbau tatsächlich stattfindet. Der Hotspot der Wicklung, der sich typischerweise im oberen Bereich der Hochspannungsspule befindet, liegt unter Normalauslastung regelmäßig 20 °C bis 40 °C über der gemessenen Öltemperatur. Unter Überlastbedingungen vergrößert sich dieser Abstand noch weiter.

Die Temperatur am Heißpunkt bestimmt die Alterungsrate der Isolierung. Jeder Anstieg um 6 °C über die Nenn-Heißpunkttemperatur hinaus verdoppelt gemäß den in der Norm IEC 60076-7 verwendeten thermischen Arrhenius-Alterungsmodellen in etwa die Geschwindigkeit des Isolationsabbaus. Ein Transformator, der über längere Zeiträume mit einer unbekannten Hot-Spot-Überschreitung von 20 °C betrieben wird, verliert Jahre an Lebensdauer, ohne dass dies am Öltemperaturmesser erkennbar ist.

Das IF-TF-System schließt diese Messlücke. Durch die Anbringung der Messsonden direkt an den Hotspots der Wicklungen stützt sich das Schutzsystem auf tatsächliche thermische Daten – was eine präzisere Kühlungssteuerung, genauere Berechnungen der Lebensdauer sowie eine frühzeitigere Erkennung sich anbahnender thermischer Fehler ermöglicht.

Wesentliche Leistungsvorteile

Vollständige EMI-/RFI-Störfestigkeit

Transformatorwicklungen erzeugen während des Betriebs und beim Schalten starke elektromagnetische Felder. Herkömmliche elektronische Temperatursensoren, die in der Nähe der Wicklungsleiter angebracht sind, sind anfällig für induzierte Messfehler, Signalrauschen und eine langfristige Verschlechterung der Bauteile aufgrund elektromagnetischer Belastung. Glasfaser-Temperatursonden, die unempfindlich gegenüber EMI/RFI sind Dieses Problem lässt sich vollständig beseitigen – die Quarzfaser überträgt ausschließlich Licht und ist daher völlig unempfindlich gegenüber Störungen durch elektrische oder magnetische Felder jeglicher Frequenz. Die Messwerte sind stabil und genau, unabhängig von der Belastung des Transformators, Schaltvorgängen oder benachbarten Geräten.

100-kV-elektrische Isolierung

Die vollständig dielektrische Glasfaserkonstruktion sorgt für eine vollständige galvanische Trennung zwischen der Hochspannungswicklung und dem auf Erdpotential liegenden Sender. Es gibt keinen leitenden Pfad durch das Messsystem. Dies ist der wesentliche Grund, warum die faseroptische Messtechnik die einzige Technologie ist, die für die direkte Kontaktmessung an Wicklungen in Hochspannungstransformatoren geeignet ist – und warum sie sich als Standardverfahren für Überwachung von Hotspots an Transformatoren in modernen Stromnetzen.

Echtzeit-Online-Überwachung

Das System liefert kontinuierlich und in Echtzeit Temperaturdaten auf allen Kanälen gleichzeitig. Es gibt keine Abfrageverzögerung, kein Mittelungsintervall und keine „Sample-and-Hold“-Einschränkung. Für Online-Transformatorüberwachungssysteme In Verbindung mit SCADA-Systemen oder Schutzrelais ermöglicht die Modbus-RTU-Registerzuordnung den sofortigen Zugriff auf alle Kanalmesswerte, den Alarmstatus und die Zustände der Relaisausgänge. Die Option für einen analogen 4–20-mA-Ausgang ermöglicht den direkten Anschluss an analoge Eingänge älterer DCS-Systeme oder Schutzrelais ohne Modbus-Schnittstelle.

Geschlossene, wartungsfreundliche Installationsarchitektur

Die Baugruppe aus Durchführungsflansch und Schutzabdeckung bietet einen standardisierten, wiederholbaren und auf Dichtheit geprüften Einbaustandard, der ohne Öffnen des Transformators überprüft und gewartet werden kann. Externe Glasfaserkabel und Senderanschlüsse sind von außerhalb des Tanks zugänglich. Sollte ein Verlängerungskabel beschädigt sein, kann es ohne Abschaltung des Transformators ausgetauscht werden. Die Flanschplatte nimmt bis zu 16 Durchführungen in einer einzigen Baugruppe auf, wodurch die Modifikation der Tankwand auf eine einzige abgedichtete Stelle beschränkt bleibt.

Integration der Zustandsüberwachung von Transformatoren

Die Temperatur am Wicklungs-Hotspot ist der wichtigste thermische Parameter in einer umfassenden Zustandsüberwachung von Transformatoren Programm. Der Modbus-RTU-Ausgang des IF-TF-Systems lässt sich direkt in Transformatorüberwachungsplattformen, Automatisierungssysteme für Umspannwerke und die SCADA-Infrastruktur von Energieversorgern integrieren.

Die zeitliche Auswertung der Wicklungstemperaturdaten liefert Frühwarnzeichen für sich anbahnende Probleme. Ein Temperaturanstieg bei konstanter Last deutet auf eine Verschlechterung des Kühlsystems hin. Eine zunehmende Temperaturasymmetrie zwischen den Phasen kann auf eine unausgewogene Belastung oder die Entstehung eines internen Fehlers hindeuten. In Kombination mit Daten zur Öltemperatur, zum Laststrom und zur Umgebungstemperatur unterstützen die Messwerte der Wicklungs-Hotspots umfassende thermische Modellberechnungen zur dynamischen Leistungsbewertung und zur Einschätzung der Lebensdauer – die Grundlage für eine System zur Zustandsüberwachung von Transformatoren wodurch die Instandhaltung von festen Zeitplänen auf zustandsabhängige Entscheidungen umgestellt wird.

Für Energieversorger und Industriebetreiber, die große Transformatorenflotten verwalten, bedeutet der standardisierte Modbus-Ausgang, dass die IF-TF-Daten direkt in bestehende Transformatorüberwachung Infrastruktur ohne individuelle Integrationsarbeiten.

Übersicht über die Installation

Einbau eines neuen Transformators (werkseitig montiert)

Die bevorzugte Installationsmethode ist der werkseitige Einbau während der Transformatorfertigung. Die Sonden werden an festgelegten Positionen in den Wicklungen platziert, die Glasfasern werden durch den Tank verlegt und während der Tankmontage an Durchführungen in der Flanschbaugruppe angeschlossen. Die komplette externe Baugruppe – Flansch, Schutzabdeckung, Verlängerungskabel, Messumformer – wird installiert und in Betrieb genommen, bevor der Transformator das Werk verlässt. Die werkseitige Installation gewährleistet eine optimale Platzierung der Sonden und schließt das Risiko einer Verschiebung der Sonden während der Ölbefüllung und der Inbetriebnahme aus.

Nachrüstung (Betriebsunterbrechung erforderlich)

Die Nachrüstung erfolgt während einer geplanten Transformatorabschaltung, wenn das Gerät spannungsfrei geschaltet und der Ölstand so weit abgesenkt ist, dass die Wicklungsoberseiten freiliegen. Für die Flanschbaugruppe werden Durchführungen in die Tankwand angebracht, Sonden werden an den Wicklungspositionen eingesetzt und befestigt, und das externe System wird vor dem Wiederbefüllen mit Öl installiert und getestet. Der Umfang und die Durchführbarkeit der Nachrüstung hängen von der Bauart des Transformators, dem Zugang zum Tank und der verfügbaren Ausfallzeit ab. Wenden Sie sich mit den Transformatorzeichnungen an unser Ingenieurteam, um eine Bewertung der Nachrüstung zu erhalten.

Anwendungsbeispiele

Regionaler Übertragungsnetzbetreiber – 220-kV-Autotransformator-Flotte

Ein regionaler Übertragungsnetzbetreiber hat im Rahmen einer flottenweiten Maßnahme IF-TF-Systeme an zwölf 220-kV-Autotransformatoren in sechs Umspannwerken installiert Zustandsüberwachung von Transformatoren Modernisierung. Jede Einheit wurde mit einer 6-Kanal-Konfiguration ausgestattet, die die Hoch- und Niederspannungswicklungen aller drei Phasen abdeckt. Die Modbus-RTU-Daten wurden in das bestehende Schaltanlagen-Automatisierungssystem des Betreibers integriert. Bereits in der ersten Betriebssaison zeigten zwei Einheiten unter hoher Last eine Asymmetrie der Wicklungstemperaturen, die allein anhand der Öltemperatur nicht erkennbar gewesen wäre. Bei der Überprüfung des Kühlsystems wurden teilweise verstopfte Kühlerkreisläufe an beiden Einheiten festgestellt, die im Rahmen der planmäßigen Wartung gereinigt wurden, bevor es zu einer Beschädigung der Isolierung kam.

Industrielle Kraft-Wärme-Kopplungsanlage – 110-kV-GSU-Transformator

Eine Kraft-Wärme-Kopplungsanlage mit einem 110-kV-Generator-Aufwärtstransformator benötigte eine Überwachung der Wicklungstemperatur, um eine dynamische Belastung über der Nennleistung während Spitzenlastzeiten zu ermöglichen. Ein 3-Kanal-IF-TF-System wurde werkseitig an der Hochspannungswicklung installiert. Die Echtzeit-Hotspot-Daten ermöglichten es dem Betreiber in Verbindung mit dem Lastmanagementsystem der Anlage, die Spitzenleistung um 8% zu steigern und dabei die Hotspot-Temperatur innerhalb der thermischen Grenzwerte gemäß IEC 60076-7 zu halten – eine Leistungssteigerung, die ohne direkte Einblicke in die Wicklungstemperatur nicht möglich gewesen wäre.

Modernisierung städtischer Umspannwerke – 35-kV-Verteilungstransformatoren

Ein städtischer Verteilungsnetzbetreiber rüstete acht 35-kV-Verteilungstransformatoren in einem kritischen städtischen Umspannwerk, in dem ein Transformatorausfall Auswirkungen auf ein dicht besiedeltes Gewerbegebiet hätte, mit IF-TF-3-Kanal-Systemen nach. Die Installation erfolgte während eines geplanten 48-stündigen Abschaltfensters. Der Modbus-Ausgang wurde an das vorhandene Schutzrelais des Umspannwerks angeschlossen, wodurch die berechneten Schätzwerte für die Hot-Spot-Temperatur durch direkte Messungen ersetzt wurden. Die Überwachung nach der Installation ergab, dass zwei Transformatoren näher an ihren thermischen Grenzwerten betrieben wurden, als die berechneten Schätzwerte vermuten ließen – was eine Lastumverteilung noch vor der sommerlichen Spitzenlastperiode ermöglichte.

Kundenspezifische Anpassungen und OEM

Das IF-TF-System ist in vollständig kundenspezifischen Konfigurationen erhältlich. Zu den bei der Bestellung einstellbaren Parametern gehören die Kanalanzahl (1–18), die Länge der Glasfasersonde (0–20 m), der Sondendurchmesser, der Temperaturbereich, die Flanschabmessungen und die Anzahl der Durchführungen, das Material und die Farbe des Sendergehäuses sowie die Konfiguration des Kommunikationsausgangs. Für Kunden, die Geräte mit eigenem Markenzeichen oder anwendungsspezifische Anpassungen benötigen, sind OEM- und ODM-Lieferungen möglich.

Bei Projekten, für die über die Standardzertifizierungen CE, RoHS und ISO 9001 hinausgehende spezifische Zertifizierungen erforderlich sind – darunter UL, IECEx, ATEX, CSA oder TÜV –, geben Sie dies bitte bereits bei Ihrer Anfrage an, da die Vorlaufzeiten und Dokumentationsanforderungen je nach Zertifizierungsstelle variieren.

Häufig gestellte Fragen

Inwiefern unterscheidet sich das IF-TF-System von einem herkömmlichen Wicklungstemperaturanzeiger (WTI)?

Ein herkömmlicher Wicklungstemperaturindikator schätzt die Temperatur an der heißesten Stelle, indem er ein aus dem Laststrom abgeleitetes, berechnetes Wärmebild zur gemessenen Öltemperatur an der Oberseite hinzurechnet. Er misst die Wicklungstemperatur nicht direkt. Das IF-TF-System bringt Glasfasersonden in direkten Kontakt mit der Wicklung und misst die tatsächliche Temperatur an dieser Stelle. Es gibt keine Schätzungen, keine Annahmen hinsichtlich thermischer Modelle und keine Kalibrierungsabweichungen. Unter dynamischen Belastungsbedingungen kann die berechnete WTI-Schätzung erheblich von der tatsächlichen Wicklungstemperatur abweichen. Durch die direkte Messung wird diese Unsicherheit beseitigt.

Lässt sich das System in unsere bestehende SCADA-Plattform integrieren?

Ja. Der RS485-/Modbus-RTU-Ausgang verwendet eine Standard-Registerzuordnung, die mit allen gängigen SCADA-Plattformen, Schaltanlagen-Automatisierungssystemen und Schutzrelais mit Modbus-Client-Fähigkeit kompatibel ist. Eine Modbus-Registerzuordnung und ein Integrationsleitfaden werden mit jedem System mitgeliefert. Bei älteren Systemen, die ausschließlich analoge Eingänge erfordern, lässt sich der 4–20-mA-Ausgang ohne zusätzliche Protokollanpassungen direkt an vorhandene Analog-Eingangskarten anschließen.

Was passiert, wenn eine Sonde ausfällt?

Ein Sondenfehler (offene Glasfaser, Steckerverlust oder Beschädigung der Sonde) wird vom Sender erkannt und als Kanalfehler über das Modbus-Statusregister sowie eine Anzeige auf dem Bedienfeld gemeldet. Die übrigen Kanäle arbeiten normal weiter. Der Austausch der Sonde erfordert eine Abschaltung des Transformators, um Zugang zur internen Wicklung zu erhalten. Externe Komponenten – Verlängerungskabel, Steckverbinder, Messumformer – können ohne Abschaltung des Transformators ausgetauscht werden. Wir empfehlen, pro Anlage eine Ersatzsondenbaugruppe bereitzuhalten, um eine schnelle Wiederherstellung zu gewährleisten.

Wie viele Messfühler werden für einen Dreiphasentransformator benötigt?

Die empfohlene Mindestkonfiguration für einen dreiphasigen Öltransformator umfasst drei Sonden – eine pro Phase im oberen Bereich der Hochspannungswicklung. Bei einer 6-Kanal-Konfiguration kommt eine zweite Sonde pro Phase an der Niederspannungswicklung hinzu, wodurch beide Wicklungssätze vollständig abgedeckt werden. Bei großen Leistungstransformatoren oder Geräten mit bekannter thermischer Asymmetrie ermöglichen zusätzliche Sonden in verschiedenen Höhen pro Wicklungssäule eine detailliertere thermische Kartierung. Unser Ingenieurteam empfiehlt Ihnen eine Kanal-Konfiguration auf der Grundlage der MVA-Nennleistung, der Spannungsklasse und der Kühlart Ihres Transformators.

Ist die Installation des Penetrators dauerhaft?

Die Durchführungs- und Flanschbaugruppe stellt eine dauerhafte Veränderung an der Wand des Transformatorbehälters dar. Einzelne Durchführungen können jedoch während einer Wartungsabschaltung von außerhalb des Behälters entfernt und ausgetauscht werden, ohne die Sonde im Inneren zu beeinträchtigen. Das M14 × 1,0-Gewinde und die O-Ring-Dichtung aus Fluorkautschuk bilden eine austauschbare mechanische Schnittstelle. Die Flanschplatte selbst bleibt, sobald sie an ihrer Position verschweißt ist, als festes Bauteil bestehen, das während der gesamten Lebensdauer des Transformators als Halterung für Ersatzdurchführungen und Sonden dienen kann.

Wie lauten die Systemgarantie und die Lieferzeit?

Die Standardgarantie beträgt 12 Monate ab dem Datum des Frachtbriefs. Die Lieferzeit für Standardkonfigurationen beträgt 15–20 Werktage ab Auftragsbestätigung. Bei kundenspezifischen Konfigurationen – nicht standardmäßige Faserlängen, spezielle Zertifizierungen, OEM-Branding – kann je nach Umfang eine längere Lieferzeit erforderlich sein. Bitte kontaktieren Sie uns mit Ihren Konfigurationsanforderungen, um eine konkrete Lieferzeit und ein Angebot zu erhalten.

Unterstützt das System die dynamische Transformatorleistung (DTR)?

Ja. Die direkte Messung der Temperatur an den Hotspots ist die wichtigste Eingangsgröße für die thermische Echtzeitmodellierung gemäß IEC 60076-7, auf der die Berechnung der dynamischen Nennleistung von Transformatoren basiert. Durch die Einspeisung von IF-TF-Daten in ein DTR-System können Betreiber die Belastung sicher über die Nennleistung hinaus erhöhen, sofern die tatsächlichen thermischen Bedingungen dies zulassen – und so Kapazitätsreserven zurückgewinnen, ohne die Lebensdauer der Isolierung zu beeinträchtigen. Mehrere Energieversorger haben IF-TF-Systeme speziell zur Umsetzung von DTR-Programmen an Übertragungstransformatoren eingesetzt.

Liefern Sie das komplette System oder nur einzelne Komponenten?

Wir liefern das komplett montierte System – Messumformer, Sonden, Durchführungen, Flanschbaugruppe, Schutzabdeckung und Verlängerungskabel –, das vor dem Versand als aufeinander abgestimmtes Set konfiguriert und getestet wurde. Einzelkomponenten sind ebenfalls erhältlich, sei es zum Austausch oder zur Integration in bestehende Anlagen. Eine vollständige Installationsdokumentation, Schaltpläne und Modbus-Registerübersichten sind im Lieferumfang jedes Systems enthalten.

Konfigurationsempfehlung und Angebot anfordern

Jede Transformatorinstallation weist unterschiedliche Anforderungen hinsichtlich der Kanäle, Glasfaserlängen, Flanschzugangsbeschränkungen und Integrationsanforderungen auf. Senden Sie uns die Daten vom Typenschild Ihres Transformators, das Einliniendiagramm sowie Ihre Überwachungsanforderungen zu, und unser Ingenieurteam wird Ihnen innerhalb eines Werktags eine konkrete Empfehlung für die Systemkonfiguration samt Preisangabe unterbreiten.

Direktlieferung ab Werk. Eigene Forschung, Entwicklung und Fertigung. CE-, RoHS- und ISO 9001-zertifiziert. OEM/ODM möglich. Weltweiter Versand.