Was verursacht die Überhitzung von Öltransformatoren-? Diagnose und Prävention

Warum die Temperaturkontrolle in Öl-transformatoren wichtig ist

Ein in Öl getauchter Transformator ist sowohl für die Spannungsfestigkeit als auch für die Wärmeübertragung auf Isolieröl angewiesen. Die Wicklungsisolierung, normalerweise Zellulosepapier, altert entsprechend der Hot-Spot-Temperatur: Gemäß der weit verbreiteten Alterungsregel halbiert jeder Anstieg um 6 {4}}8 Grad über die vorgesehene Hot-Spot-Temperatur ungefähr die Lebensdauer der Isolierung. Das bedeutet, dass Überhitzung nicht nur ein Effizienzproblem darstellt, sondern auch eine direkte Bedrohung für die Lebensdauer des Transformators darstellt, der normalerweise auf 20 bis 30 Betriebsjahre ausgelegt ist. Durch das Verständnis der Ursachen von Überhitzung können Betreiber Probleme frühzeitig erkennen, beheben und kostspielige Ausfälle vermeiden.

Hauptursachen für Überhitzung

1. Überlastbetrieb

Der Betrieb des Transformators über seiner Nennkapazität erhöht den Wicklungsstrom, wodurch die Kupferverluste mit dem Quadrat des Stroms ansteigen. Eine Überlastung von 20 % erhöht den Lastverlust um etwa 44 %, und der daraus resultierende Temperaturanstieg an heißen Stellen kann die Isolationsleistung überschreiten. Kurzfristige Überlastungen sind durch Normen wie IEC 60076-7 zulässig, erfordern jedoch eine sorgfältige Überwachung der Öltemperatur und der Hot-Spot-Temperatur.

2. Ausfall des Kühlsystems

Bei ONAN-Designs (Oil Natural, Air Natural) hängt die Kühlung von freier Konvektion und Strahlung vom Tank und den Kühlerlamellen ab. Verstopfte Kühlerlamellen, angesammelter Staub, beschädigte Kühlventilatoren in ONAF-Ausführung (Oil Natural, Air Forced) oder ein niedriger Ölstand verringern die Wärmeabgabe und führen dazu, dass die Öltemperatur selbst bei normaler Last ansteigt.

3. Verschlechterung der Ölqualität

Transformatoröl altert: Feuchtigkeit, Sauerstoff und Oxidationsnebenprodukte verringern sowohl seine Durchschlagsfestigkeit als auch seine Wärmeübertragungsfähigkeit. Schlammablagerungen auf den Wicklungen und dem Kern wirken als Wärmedecke und erhöhen die Temperatur weiter. Bei der Ölprüfung werden Durchschlagsfestigkeit, Feuchtigkeitsgehalt, Säuregehalt und gelöste Gase gemessen, um diesen Zustand aufzudecken.

4. Beschädigung der Aderisolation zwischen den Lamellen

Der Kern besteht aus dünnen Siliziumstahllamellen, die mit einer Isolierschicht überzogen sind. Wenn diese Beschichtung beschädigt ist oder die Lamellen kurzgeschlossen-werden, fließen zirkulierende Wirbelströme durch den Kern und erzeugen ungewöhnliche Hitze. Ein typisches Symptom ist der häufige Betrieb des Gasrelais und ein höherer Leerlaufverlust, erkennbar durch Messung des Leerlaufstroms und durch Ölanalyse.

5. Lose oder korrodierte Verbindungen

Schlechter Kontakt am Stufenschalter, lose Anschlussverbindungen oder korrodierte Innen- und Außenverkabelung erhöhen den Kontaktwiderstand. Unter Last erzeugen diese heißen Stellen eine lokale Erwärmung, die die Anschlüsse verfärben und in schweren Fällen Lichtbögen verursachen kann. Die DC-Widerstandsmessung der Wicklungen und Stufenpositionen ist die Standarderkennungsmethode.

6. Hohe Umgebungstemperatur und schlechte Belüftung

Ein Transformator, der in einem engen Raum mit unzureichender Belüftung installiert ist oder in einem heißen Klima betrieben wird, beginnt mit einer höheren Umgebungstemperatur. Die in IEC 60076-2 definierten Temperaturanstiegsgrenzen beziehen sich auf eine maximale Umgebungstemperatur von 40 Grad; darüber hinaus muss die zulässige Belastung reduziert werden.

Typische Symptome und wie man sie erkennt

Symptom	Wahrscheinliche Ursache	Erkennungsmethode
Bei Nennlast steigt die Öltemperatur über den Normalwert	Kühlblockierung, niedriger Ölstand, Überlastung	Öltemperaturanzeige, Lastaufzeichnung, Kühlerinspektion
Das Gasrelais funktioniert häufig	Aderisolationsschaden, Teilentladung, interner Fehler	Analyse gelöster Gase (DGA), kein-Belastungstest
Drei-Gleichstromwiderstand der Phasenwicklung unsymmetrisch	Wackelkontakt, Problem mit dem Kontakt des Stufenschalters	DC-Widerstandsprüfung pro Phase und Stufenstellung
Die Spannungsfestigkeit des Öls nimmt ab	Feuchtigkeitseintritt, Ölalterung	Ölprobenentnahme und Labortests
Lokale Verfärbung der Anschlüsse	Schlechter Kontakt, Korrosion	Sichtprüfung, Thermografie
Anormale Spannung oder Strom in einer Phase	Windungsfehler, Wicklungsisolationsausfall	Verhältnistest, Isolationswiderstandstest, DGA

Präventions- und Wartungsmaßnahmen

Halten Sie die Belastung innerhalb der Nennkapazität oder befolgen Sie die in IEC 60076-7 angegebenen Überlastgrenzen und -dauer und überwachen Sie die Öltemperatur während der Überlast kontinuierlich.

Reinigen Sie die Kühlerlamellen und überprüfen Sie die Kühlgebläse regelmäßig; Beschränken Sie niemals den Luftstrom um den Tank herum.

Halten Sie den korrekten Ölstand aufrecht und ersetzen oder regenerieren Sie das Öl, wenn Tests eine verminderte Durchschlagsfestigkeit oder einen hohen Säuregehalt ergeben.

Führen Sie regelmäßig Leerlauf- und Lastverlustmessungen durch, um eine Verschlechterung der Kernisolierung und Änderungen des Wicklungswiderstands zu erkennen.

Überprüfen Sie alle Schraubverbindungen und ziehen Sie sie erneut an. Überprüfen Sie den Kontaktzustand des Stufenschalters mit einem DC-Widerstandstest.

Sorgen Sie für eine ausreichende Belüftung des Transformatorraums und beachten Sie die zulässigen Umgebungstemperaturgrenzen.

Was tun, wenn eine Überhitzung festgestellt wird?

Wenn eine Überhitzung festgestellt wird, verringern Sie nach Möglichkeit die Last und prüfen Sie zunächst die Öltemperaturanzeige und den Lüfterbetrieb. Bleibt die Temperatur weiterhin hoch, entnehmen Sie eine Ölprobe zur Prüfung des gelösten Gases und der Dielektrizität, messen Sie den Gleichstromwiderstand der drei-Phasenwicklungen an jeder Anzapfungsposition und führen Sie einen Isolationswiderstandstest durch. Bei Verdacht auf eine Beschädigung der Kernisolierung muss der Kern angehoben und untersucht werden; Reparaturen wie die erneute Isolierung beschädigter Lamellen oder der Austausch des Kerns sollten nur von qualifiziertem Personal durchgeführt werden, wenn der Transformator stromlos und ordnungsgemäß geerdet ist.

FAQ

Was ist die normale Öltemperatur für einen in Öl-transformierten Transformator?

Bei einem nach IEC 60076 ausgelegten Transformator beträgt die obere Öltemperatur bei Nennlast typischerweise etwa 85–95 Grad bei einer Umgebungstemperatur von 40 Grad. Als praktische Regel gilt: Eine Oberöltemperatur über 95–100 Grad bei Nennlast weist auf ein Problem hin, das untersucht werden sollte.

Kann ein Transformator über seiner Nennleistung betrieben werden?

Ja, aber nur innerhalb definierter Überlastgrenzen und mit kontinuierlicher Temperaturüberwachung. IEC 60076-7 bietet Belastungsleitfäden für verschiedene Isolationssysteme und Umgebungsbedingungen; Die zulässige Überlastzeit verringert sich schnell, wenn die Vorlast und die Umgebungstemperatur steigen.

Warum funktioniert das Gasrelais, wenn die Aderisolierung beschädigt ist?

Schäden an der Kernisolierung erzeugen zirkulierende Wirbelströme, die den Kern lokal erhitzen und das umgebende Öl zersetzen, wodurch Gase wie Wasserstoff und Kohlenwasserstoffe entstehen. Diese Gase sammeln sich im Gasrelais und lösen einen Alarm oder eine Auslösung aus.

Wie oft sollte Transformatorenöl getestet werden?

Bei Verteiltransformatoren ist eine jährliche Ölprobe auf Spannungsfestigkeit und Feuchtigkeit üblich; Die Analyse gelöster Gase wird alle 1–3 Jahre oder nach jedem vermuteten Fehler, einer Überlastung oder einem Relaisbetrieb empfohlen. Die Frequenz hängt von der Spannungsklasse und der Kritikalität des Geräts ab.

Verkürzt eine hohe Umgebungstemperatur wirklich die Lebensdauer des Transformators?

Ja. Die Alterung der Isolierung verläuft exponentiell mit der Temperatur. Der Betrieb bei einer Hotspot-Temperatur von 10 Grad über dem Auslegungswert kann die Lebensdauer der Isolierung halbieren. Aus diesem Grund werden bei Installationen über 1.000 m Höhe und in heißen Klimazonen Reduzierungsfaktoren angewendet.

Was ist in der Praxis die häufigste Ursache für Überhitzung?

Bei Verteiltransformatoren sind die häufigsten Ursachen anhaltende Überlastung, blockierte Kühlflächen und Ölverschlechterung. Lockere Verbindungen und Schäden an der Aderisolation kommen seltener vor, sind jedoch schwerwiegender, wenn sie auftreten. Daher sollten sie immer dann überprüft werden, wenn eine Überhitzung mit dem Betrieb des Gasrelais oder unausgeglichenen Widerstandswerten einhergeht.