Erweiterte Prüfung von Mittelspannungstransformatoren

Mittelspannung (MV) Leistungstransformatoren sind die stillen Arbeitspferde der Stromverteilungsnetze. Sie arbeiten im 10-kV- bis 35-kV-Bereich und dienen als kritische Verbindungen zwischen Hochspannungsübertragungssystemen und Niederspannungs-Verteilungsnetzen. Obwohl sie für einen jahrzehntelangen Betrieb ausgelegt sind, hängt ihre Zuverlässigkeit von einer proaktiven Überwachung, strengen Tests und einem angemessenen Anlagenmanagement ab.

Routinemäßige Prüfungen sind nicht nur eine gesetzliche Vorschrift, sondern eine Investition in die Kontinuität des Betriebs, die Langlebigkeit der Geräte und die Effizienz des Systems. Ein gründliches Diagnoseprogramm hilft dabei, verborgene Defekte aufzudecken, die Leistung mit Werksdaten zu vergleichen und eine digitale Gesundheitsakte zu erstellen, die eine vorausschauende Wartung unterstützt. Dieser Leitfaden bietet einen Schritt-für-Schritt-Rahmen für Ingenieure und Techniker in Nordamerika, Europa und darüber hinaus und bietet Best Practices für Mittelspannungstransformator Diagnose, Testmethodik und strukturierte Datenerfassung.

1. Schaffung der Grundlagen: MV-Transformator-Testaufbau

Jedes erfolgreiche Diagnoseprogramm beginnt mit einer gründlichen Vorbereitung. Ein falscher Aufbau oder eine unvollständige Planung kann sowohl die Sicherheit als auch die Testgenauigkeit beeinträchtigen.

Wesentliche Transformatorentypen

• Einphasig (10-167 kVA): Häufig in ländlichen Verteilungsnetzen eingesetzt.

• Dreiphasig (50-1000 kVA): Standard in industriellen und städtischen Verteilungssystemen.

Präzisionsprüfgeräte

• Digitales Multi-Meter (DMM): Spannungs-, Durchgangs- und Widerstandsprüfungen.

• Amperemeter mit Klemme: Strommessungen in Echtzeit ohne Unterbrechung des Stromkreises.

• Digitaler Leistungsanalysator: Spannung, Strom, Wirkleistung (kW), Scheinleistung (kVA), Leistungsfaktor und harmonische Verzerrung.

• Isolationswiderstandsprüfer (Megger): In der Regel 2,5 kV oder 5 kV für Prüfungen der Isolationsintegrität.

• Messgerät für den Wicklungswiderstand: Zur Beurteilung des Gleichstromwiderstands der Wicklung.

• Erdungstester: Überprüft die Einhaltung der Erdung und die Sicherheit.

Werkzeuge zur Last- und Wärmemessung

• Variable Widerstandslastbank: Simuliert kontrollierte Lastbedingungen.

• Infrarot-Thermometer / Wärmekamera: Spürt Hotspots in Wicklungen, Durchführungen und Abschlüssen auf.

• Thermoelemente: Ermöglicht eine präzise Überwachung der Wicklungs- und Öltemperaturen.

Schutzausrüstung (PSA)

• Lichtbogentaugliche Kleidung, isolierte Handschuhe, dielektrische Stiefel, Gesichtsschutz und Isoliermatten. Testen Sie immer in Anwesenheit von mindestens zwei qualifizierten Personen.

Mehr erfahren：Transformator-Effizienzstandards und Verlustanalyse: Ein vollständiger Leitfaden (IEC- und DOE-konform)

2. Leerlaufprüfung - Messung der Kernverluste

Die Leerlauftest bewertet die Eisen(kern)verluste aufgrund von Hysterese und Wirbelströmen. Da diese Verluste immer dann konstant sind, wenn der Mittelspannungstransformator unter Spannung steht, können abnormale Werte auf Probleme wie eine Verschlechterung des Blechs oder einen partiellen Kurzschluss der Wicklung hinweisen.

Verfahren

• Die Sekundärwicklungen bleiben offen.

• Die Nennspannung liegt an der HV-Wicklung an.

• Aufzeichnung von Eingangsspannung, Strom und Leistung mit einem digitalen Leistungsanalysator.

Beispiel für ein Datenprotokoll

Transformator-ID	Datum der Prüfung	Nenn-HV (V)	Nenn-NV (V)	Gemessene HV (V)	Stromstärke (A)	Leistung im Leerlauf (W)	Bemerkungen
ET-500kVA-13,8kV	2025/8/21	13,800	480	13,800	0.55	150	Stabiler Messwert, niedriger PF bestätigt Kernmagnetisierung

Analyse:

• Ein plötzlicher Anstieg der Leerlaufverluste im Vergleich zu den werkseitigen Prüfdaten deutet auf eine Verschlechterung des Kerns oder einen Fehler in der Wicklungsisolierung hin.

• Der niedrige Leistungsfaktor bestätigt die Dominanz der Magnetisierung.

3. Lasttest (Kurzschlusstest) - Bewertung von Kupferverlusten und Regulierung

Die Belastungsprobe simuliert reale Bedingungen, um Kupferverluste (I²R) und Spannungsregelung zu messen.

Verfahren

• Schließen Sie die Sekundärseite an eine ohmsche Lastbank an.

• Stufenweise Belastung von 25% → 100% Kapazität.

• Erfassen Sie bei jedem Schritt die Spannung, den Strom und die Eingangs-/Ausgangsleistung.

Musterdatenprotokoll

Last (%)	V_sec (V)	I_sec (A)	Eingangsleistung (kW)	Ausgangsleistung (kW)	Wirkungsgrad (%)	Spannungsregelung (%)
25%	479	240	126	125	99.2	-
50%	477	480	252	250	99.2	-
75%	475	720	378	375	99.2	-
100%	473	960	504	500	99.2	1.46

Analyse:

• Hohe Regelungswerte = zu hohe Impedanz.

• Niedriger Wirkungsgrad = mögliche Kurzschlüsse, lose Verbindungen oder schlechte Konstruktion.

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4. Prüfung von Isolationswiderstand (IR) und Polarisationsindex (PI)

Isolationsverschlechterung ist die Hauptursache für den Ausfall von Mittelspannungstransformatoren. IR- und PI-Prüfungen messen den Isolationswiderstand und die Fähigkeit zur Polarisierung im Laufe der Zeit.

Verfahren

• Alle Wicklungen spannungsfrei schalten und erden.

• Legen Sie mit einem Megger eine Prüfgleichspannung von 2,5-5 kV an.

• Den Widerstand bei 1 Minute und 10 Minuten aufzeichnen.

• Berechnen Sie PI = R10min / R1min.

Auslegung:

• PI > 2,0: Ausgezeichneter Zustand.

• PI 1.0-2.0: Mögliche Verunreinigung durch Feuchtigkeit.

• PI < 1,0: Schwere Isolationsschwäche.

5. Prüfung des Transformator-Windungsverhältnisses (TTR)

Bestätigt, dass das Windungsverhältnis mit den Angaben auf dem Typenschild übereinstimmt und dass keine kurzgeschlossenen oder offenen Windungen vorhanden sind.

Formel:

Abweichung >0,5% vom Typenschild = Wicklungsdefekt oder falscher Anschluss.

6. Prüfung des Wicklungswiderstands

Die DC-Widerstandsprüfung erkennt gebrochene Litzen, lose Verbindungen oder lokale Erwärmungsprobleme.

Verfahren

• Verwenden Sie ein niederohmiges Ohmmeter.

• Messen Sie jede Phase.

• Vergleichen Sie mit Werksbenchmarks.

Warnung: Erhebliche Abweichung = beschädigter Leiter oder schlechte Lötung.

Mehr bekommen：Grundlegende Transformatorenkennwerte erklärt kVA, Spannung, Frequenz und Impedanz für Käufer und Ingenieure

7. Test des Temperaturanstiegs - langfristige thermische Gesundheit

Mittelspannungstransformatoren fallen vorzeitig aus, wenn die Kühlsysteme nicht ausreichend funktionieren. Diese Prüfung bestätigt die Einhaltung von ANSI/IEEE C57.12 und IEC 60076 Normen.

Verfahren

• Betreiben Sie den Mittelspannungstransformator ≥6 Stunden lang unter Volllast.

• Überwachung der Oberöl- und Wicklungstemperaturen mit Thermoelementen und IR-Bildgebung.

• Stellen Sie sicher, dass der Anstieg über die Umgebungsluft die Standardgrenzwerte nicht überschreitet.

8. Analyse gelöster Gase (DGA) - Erweiterte Zustandsüberwachung

DGA gehört zwar nicht immer zu den Routineprüfungen, ist aber für Mittelspannungstransformatoren in kritischen Anwendungen unerlässlich. Sie spürt Gase auf, die durch Ölzersetzung aufgrund von Lichtbogenbildung, Überhitzung oder Isolationsdurchbruch entstehen.

Die wichtigsten überwachten Gase:

• Wasserstoff (H₂): Teilentladungen.

• Methan (CH₄), Ethan (C₂H₆), Ethylen (C₂H₄): Überhitzung.

• Acetylen (C₂H₂): Starke Lichtbogenbildung.

Die Trendanalyse liefert Frühwarnungen, bevor es zu einem katastrophalen Ausfall kommt.

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9. Datenerfassung und digitale Bestandsverwaltung

Modernes Testen ist ohne strukturierte Datenaufzeichnung unvollständig. Prüfergebnisse sollten in Asset-Management-Software digitalisiert oder in Google Sheets / Excel für die Trendanalyse.

Vorteile der Datenaufzeichnung:

• Erzeugt eine digitaler Fingerabdruck eines jeden Transformators.

• Ermöglicht trendorientierte Diagnostik anstelle von isolierten Bewertungen.

• Unterstützt Strategien zur vorausschauenden Instandhaltung.

Schlussfolgerung - Von der Diagnostik zum proaktiven Asset Management

Mittelspannungstransformatoren sind hochwertige Anlagen, die eine proaktive Pflege erfordern. Durch die Kombination von Routineprüfungen, fortschrittlicher Diagnose und strukturierter Datenerfassung können Unternehmen:

• Verhindern Sie Ausfälle: Fangen Sie Fehler ab, bevor sie auftreten.

• Optimieren Sie die Effizienz: Behalten Sie einen hohen Wirkungsgrad bei, um Verluste zu reduzieren.

• Verlängern Sie die Nutzungsdauer: Erhalten Sie die Gesundheit von Mittelspannungstransformatoren durch vorausschauende Wartung.

• Sicherstellung der Einhaltung: Entspricht den ANSI/IEEE-, IEC- und örtlichen Sicherheitsvorschriften.

Unsere Energietransformatorprodukte werden unter Berücksichtigung dieser Diagnoseprinzipien entwickelt und strengen Werksabnahmeprüfungen (FAT) sowie einer routinemäßigen Zustandsüberwachung unterzogen, um eine zuverlässige Leistung in verschiedenen Netzumgebungen in Nordamerika, Europa und darüber hinaus zu gewährleisten.