Isolationsleistungs- und Temperaturanstiegstest eines 1000-kVA-Öltransformators

In der Energieverteilung wird die Zuverlässigkeit eines Transformators durch Tests festgestellt. Bei einem 1000-kVA-Öltransformator bestimmen zwei Eigenschaften die Lebensdauer und Sicherheit der Einheit: die Integrität des Isolationssystems und der Temperaturanstieg unter Nennlast. Beide werden durch Standardtests überprüft, vor allem die in IEC 60076 definierten, und beide müssen sorgfältig überprüft werden, wenn ein Transformator für den Einsatz im Freien oder in der Industrie spezifiziert wird.

Warum Isolierungs- und Temperaturanstiegsprüfungen wichtig sind

Das Isolationssystem eines in Öl getauchten Transformators kombiniert flüssige Isolierung (Transformatoröl) und feste Isolierung (Zellulosepapier und Pressspan). Es muss nicht nur der Dauerbetriebsspannung standhalten, sondern auch transienten Überspannungen durch Blitzschlag und Schaltüberspannungen. Temperaturanstiegstests wiederum beweisen, dass der Transformator seine Nennlast tragen kann, ohne dass sich die Isolierung vorzeitig verschlechtert: Die durch Lastverluste in den Wicklungen und Leerlaufverluste im Kern erzeugte Wärme muss vom Kühlsystem abgeführt werden, damit die Hotspot-Temperatur innerhalb der Grenzen bleibt, die die Papierisolierung schützen.

Das Isolationssystem eines 1000-kVA-Öltransformators

Das Öl erfüllt zwei Aufgaben: Es isoliert die Wicklungen voneinander und vom Tank und transportiert Wärme zur Kühlfläche. Feste Isolierungen (Papier, Pressspan und andere Zelluloseprodukte) sorgen für den mechanischen und dielektrischen Aufbau der Wicklungsisolierung. Zwei Herstellungsdetails sind entscheidend für die Isolationsqualität:

Bei der Hochvakuum-Ölfüllung werden Luft und Feuchtigkeit aus der Isolierung entfernt, bevor das Öl einströmt, wodurch Lufteinschlüsse vermieden werden, die eine Teilentladung auslösen könnten.

Durch die Präzisionswicklung werden Spannung und Lagenabstand der Leiter so gesteuert, dass die Papierisolierung gleichmäßig aufgetragen wird und die Wicklung mechanisch stabil ist.

Hochreines Mineralöl mit hoher dielektrischer Festigkeit bietet eine robuste Barriere gegen elektrische Durchschläge und die Oxidationsstabilität des Öls hält die Isolationsleistung über viele Betriebsjahre hinweg stabil.

Temperaturanstiegsprüfung gemäß IEC 60076

Während des Temperaturanstiegstests wird der Transformator mit seinem Gesamtverlust (Leerlauf-Last plus Lastverlust) belastet, so dass stationäre{{1}Zustandstemperaturen erreicht werden und der obere-Öltemperaturanstieg sowie der durchschnittliche Wicklungstemperaturanstieg gemessen werden. IEC 60076 legt die typischen Grenzwerte fest:

Anstieg der oberen-Öltemperatur: 60 K über Umgebungstemperatur.

Durchschnittlicher Anstieg der Wicklungstemperatur: 65 K über Umgebungstemperatur.

Diese Grenzwerte entsprechen einer Design-Hotspot-Temperatur, die verhindert, dass die Zelluloseisolierung spröde wird, was den Hauptalterungsmechanismus des Isolierungssystems darstellt. Ein Transformator, der während des Tests innerhalb dieser Grenzen bleibt, bietet bei seiner Nennlast die erwartete Lebensdauer. Bei höheren Umgebungstemperaturen muss der zulässige Anstieg entsprechend reduziert bzw. die Kühlfläche vergrößert werden.

Komponenten, die die thermische Leistung steuern

Um den Temperaturanstiegstest zu bestehen, müssen mehrere Teile des Transformators als System ausgelegt sein:

Kühler und Kühlrippen: Ihre Oberfläche wird aus dem Gesamtverlust und der Umgebungstemperatur berechnet und sie sind der primäre Wärmeabfuhrpfad bei der ONAN-Kühlung (Oil Natural, Air Natural).

Transformatorenöl: das Wärme-übertragungsmedium; seine Viskosität und seine thermischen Eigenschaften bestimmen die natürliche Umlaufgeschwindigkeit.

Der Tank: Entwickelt, um den Thermosiphoneffekt zu fördern, bei dem heißes Öl aufsteigt und kühles Öl zurückfließt, um eine kontinuierliche Zirkulation durch die Kühler aufrechtzuerhalten.

Dichtungen und Dichtungen: Hoch-temperaturbeständige-Materialien verhindern Lecks während der Expansions- und Kontraktionszyklen im Außeneinsatz.

Typische technische Spezifikationen

Technischer Parameter	Spezifikationswert
Nennkapazität	1000 kVA
Typ	Dreiphasig, ölgetaucht, abwärts
Hochspannung (HV)	6 kV, 10 kV, 11 kV, 22 kV, 33 kV
Niederspannung (LV)	0,4 kV, 0,415 kV, 0,48 kV
Isolationsniveau	LI 75 / AC 28 (Standard 10 kV-Klasse)
Anstieg der oberen-Öltemperatur	Kleiner oder gleich 60 K
Anstieg der Wicklungstemperatur	Kleiner oder gleich 65 K
Kühlmethode	ONAN
Ölgewicht	Ungefähr. 550–650 kg
Gesamtgewicht	Ca. . 2450 kg

Erweiterte Isolierungsoptionen

Materialfortschritte ermöglichen es, das Isolationssystem weiter voranzutreiben, ohne die Sicherheit zu beeinträchtigen. Thermisch verbessertes Papier kann bei gleicher Alterungsrate bei etwas höheren Temperaturen betrieben werden, was die Überlastfähigkeit des Geräts erhöht. Für Anlagen mit hohen Brandschutz- oder Umweltanforderungen sind Esterflüssigkeiten (einschließlich natürlicher und synthetischer Ester) eine Alternative zu Mineralöl: Sie haben einen deutlich höheren Flammpunkt und sind biologisch abbaubar, wodurch sie für umweltsensible Standorte geeignet sind und gleichzeitig die Isolationslebensdauer des Transformators verlängern.

FAQ

Was ist die Temperaturanstiegsgrenze für einen 1000-kVA-Öltransformator?

Gemäß IEC 60076 liegen die typischen Grenzwerte bei 60 K für den Anstieg der Oberöltemperatur und bei 65 K für den durchschnittlichen Anstieg der Wicklungstemperatur über die Referenzumgebungstemperatur. Die Transformatorkonstruktion muss die gemessenen Anstiege bei Nennlast innerhalb dieser Werte halten.

Warum ist der Temperaturanstiegstest wichtig?

Der Test bestätigt, dass das Kühlsystem die durch die Gesamtverluste bei Nennlast erzeugte Wärme abführen kann. Bei zu hohem Temperaturanstieg altert die Papierisolierung schnell und die Lebensdauer des Transformators verkürzt sich.

Wie hoch ist der Isolationsgrad LI 75 / AC 28?

Dies ist der Standardisolationsgrad für einen Transformator der 10-kV-Klasse: LI 75 bedeutet, dass die Wicklung einer Spitzenblitzstoßspannung von 75 kV standhält, und AC 28 bedeutet, dass sie einer Netzfrequenzprüfspannung von 28 kV standhält. Der Pegel ist in IEC 60076-3 definiert.

Wie funktioniert die ONAN-Kühlmethode?

ONAN steht für Oil Natural, Air Natural: Das Öl zirkuliert auf natürliche Weise durch Konvektion (Thermosiphon) durch den Tank und die Heizkörper, wo die Wärme durch den natürlichen Luftstrom abgeführt wird. Da keine Pumpen oder Lüfter zum Einsatz kommen, erfolgt die Kühlung einfach und zuverlässig.

Kann Esterflüssigkeit Mineralöl in einem 1000-kVA-Transformator ersetzen?

Ja. Esterflüssigkeiten werden als Alternative zu Mineralöl dort eingesetzt, wo Brandschutz oder Umweltschutz von entscheidender Bedeutung sind. Sie haben einen höheren Flammpunkt und sind biologisch abbaubar, bei der Transformatorkonstruktion müssen jedoch ihre unterschiedlichen Kühl- und dielektrischen Eigenschaften berücksichtigt werden.

Welche Routineprüfungen werden an einem 1000-kVA-Öltransformator durchgeführt?

Zu den Routinetests gemäß IEC 60076 gehören Wicklungswiderstandsmessungen, Überprüfung des Windungsverhältnisses und der Vektorgruppe, Leerlaufverlust und Leerlaufstrom, Lastverlust und Impedanzspannung, Prüfungen der Spannungsfestigkeit an getrennten Quellen und induziertem Wechselstrom sowie Prüfungen der Öldielektrischen Eigenschaften. Typprüfungen umfassen zusätzlich Temperaturanstieg und Blitzstoß.