Teilentladungsprüfung für Trockentransformatoren: Wichtiger Indikator für die Isolationsqualität

Teilentladungsprüfung (TE-Prüfung) für Trockentransformatoren Teilentladungen (TE) sind ein elektrisches Diagnoseverfahren, das kleine, lokal begrenzte elektrische Entladungen im Inneren oder an der Oberfläche von Isolierungen erkennt. Diese Entladungen überbrücken nicht die gesamte Isolationslücke, sondern führen zu deren allmählicher Zerstörung. Ein TE-Test misst die Stärke (in Pikocoulomb, pC) und den Ort dieser Entladungen. Da sich massive Gießharzisolierungen nicht wie Öl selbst reparieren können, ist die TE-Messung der früheste und zuverlässigste Indikator für die Verschlechterung der Isolierung eines Trockentransformators. Nach dem Lesen dieses Artikels können Sie erklären, warum TE-Messungen wichtig sind, eine einfache TE-Messung anhand einer Schritt-für-Schritt-Anleitung durchführen und die drei häufigsten Fehler bei der Messung erkennen.

Warum Teilentladungen die Isolationsqualität vorhersagen können

Trockentransformatoren wie die SCB-Serie (30–5000 kVA, Isolationsklasse F oder H) verwenden Gießharz als Dielektrikum und zur mechanischen Stabilisierung. Im Gegensatz zu ölgekühlten Transformatoren gibt es keine Flüssigkeit, die lokale Spannungen absorbieren oder verteilen könnte. Jegliche Hohlräume, Delaminationen oder Verunreinigungen im Harz führen zu Bereichen mit geringerer Durchschlagsfestigkeit.

Wenn die angelegte Spannung die Durchschlagfestigkeit der schwachen Stelle – jedoch nicht die der gesamten Isolierung – überschreitet, kommt es zu einer Teilentladung. Jede Entladung erzeugt Wärme und geladene Teilchen an der Hohlraumwand. Über Monate oder Jahre wächst der Hohlraum zu einem baumartigen Kanal heran. Schließlich überbrückt dieser Kanal die Isolierung und verursacht einen Überschlag.

Der entscheidende Punkt: Teilentladungsaktivität tritt lange vor dem Ausfall des Transformators auf.. Ein Gerät kann einen Spannungsfestigkeitstest bestehen und dennoch eine Entladung von 500 pC aufweisen. Daher legen die Normen IEC 60076-11 und EN 50588-1 Grenzwerte für Teilentladungen (TE) bei Trockentransformatoren fest, anstatt sich allein auf Spannungsfestigkeitstests zu verlassen. Für Nennspannungen bis 35 kV (Isolationspegel LI170 AC70/AC5 bei 35 kV, LI125 AC50/AC5 bei 20 kV, LI75 AC35/AC5 bei 10 kV) beträgt der typische Grenzwert 10 pC bei 1,3-facher Nennspannung Bei Gießharz-Einheiten gilt: Ein Messwert oberhalb dieses Grenzwerts bedeutet, dass die Dämmqualität nicht akzeptabel ist, selbst wenn die Einheit “funktioniert”.”

Was die PD-Größe Ihnen sagt

Diese Grenzwerte dienen als diagnostische Richtlinie und ersetzen nicht die Herstellerspezifikation. Prüfen Sie stets die Angaben auf dem Typenschild und der geltenden Norm (IEC 60076-11, EN 50588 oder UL für den jeweiligen Markt).

So führen Sie einen PD-Test durch: Schritt für Schritt

Das folgende Verfahren beschreibt eine Offline-Teilentladungsmessung mit einem herkömmlichen Teilentladungsdetektor und Koppelkondensator. Es setzt voraus, dass der Transformator spannungsfrei, isoliert und geerdet ist. Sie benötigen: einen kalibrierten Teilentladungsdetektor, einen Koppelkondensator mit einer Nennspannung oberhalb der Prüfspannung, einen Kalibrierimpulsgenerator und ein geschirmtes Prüfkabel.

1. Den Transformator isolieren und erden. Öffnen Sie den vorgelagerten Leistungsschalter, aktivieren Sie die Sperr- und Kennzeichnungsvorrichtung und erden Sie alle Hoch- und Niederspannungsanschlüsse. Prüfen Sie vor dem Berühren jeglicher Verbindungen mit einem Spannungsprüfer, ob Nullspannung anliegt.
2. Externe Kabel abziehen. Trennen Sie die Hoch- und Niederspannungskabel, um Messfehler durch externe Störungen und Kapazitäten zu vermeiden. Notieren Sie sich die Verbindungsgruppe (z. B. Dyn11 oder Yyn0), um sie später korrekt wiederherstellen zu können.
3. Schließen Sie den Koppelkondensator an. Schließen Sie den Koppelkondensator an den zu prüfenden Hochspannungsanschluss an. Verbinden Sie dessen Niederspannungsanschluss mit dem Eingang des Teilentladungsdetektors. Halten Sie das Kabel so kurz wie möglich und verlegen Sie es vom Boden weg.
4. Kalibrieren Sie den Schaltkreis. Injizieren Sie eine bekannte Ladung (z. B. 100 pC) mit dem Kalibrierimpulsgenerator am Hochspannungsanschluss. Justieren Sie den Detektor, bis der Messwert mit dem injizierten Wert übereinstimmt. Notieren Sie den Kalibrierfaktor. Diesen Schritt nicht überspringen. — Eine nicht kalibrierte Messung ist bedeutungslos.
5. Die Spannung schrittweise erhöhen. Erhöhen Sie die Prüfspannung von null auf das 1,3-Fache der Nennspannung mit einer kontrollierbaren Geschwindigkeit (etwa 1 kV pro Sekunde). Halten Sie die Spannung bei jedem dieser Werte eine Minute lang und notieren Sie den Messwert der Teilentladung: 0,5-fach, 0,8-fach, 1,0-fach, 1,3-fach Nennspannung.
6. Die Spannungen für den Beginn und das Erlöschen der Teilentladung werden aufgezeichnet. Beachten Sie die Spannung, bei der Teilentladungen erstmals auftreten (PDIV), und die Spannung, bei der sie wieder verschwinden (PDEV). Ein großer Unterschied zwischen PDIV und PDEV deutet auf einen stabilen Defekt hin.
7. Spannung auf Null reduzieren und entladen. Die Spannung langsam senken und dann den HV-Anschluss über einen Entladewiderstand erden, bevor jegliche Verbindungen getrennt werden.
8. Vergleiche mit dem Grenzwert. Überschreitet der Messwert bei 1,3-facher Nennspannung 10 pC (bei Trockenverdampfern mit Gießharz), erfüllt die Isolierung nicht die Kriterien für Teilentladungen. Protokollieren Sie den Messwert, die Prüfspannung und die Umgebungsbedingungen.

Bei einer 10-kV-SCB-Einheit beträgt die Prüfspannung bei 1,3× 13 kV. Bei einer 35-kV-Einheit beträgt sie 45,5 kV. Überprüfen Sie diese Werte vor Beginn der Prüfung anhand des Isolationspegels auf dem Typenschild (LI75 AC35/AC5, LI125 AC50/AC5 oder LI170 AC70/AC5).

Häufige Fehler und wie man sie behebt

Fehler 1: Testen in einer lauten Umgebung

Symptom: Der Detektor zeigt 50–200 pC auch ohne angelegte Spannung an, oder der Messwert springt willkürlich. Fix: Schalten Sie Schweißgeräte, Leuchtstofflampen und Frequenzumrichter in der Nähe aus. Führen Sie eine Hintergrundrauschprüfung bei Nullspannung durch. Überschreitet das Hintergrundrauschen 5 pC, verlegen Sie die Prüfung in einen abgeschirmten Raum oder verwenden Sie einen Detektor mit Rauschunterdrückung. Subtrahieren Sie niemals Rauschen von einem Messwert – die Korrektur ist nicht linear.

Fehler 2: Kalibrierung übersprungen

Symptom: Die Messwerte erscheinen plausibel, sind aber weder zwischen verschiedenen Tests noch zwischen verschiedenen Transformatoren vergleichbar. Fix: Vor jeder Messung muss eine bekannte Ladung zugeführt werden. Eine Neukalibrierung ist erforderlich, wenn die Kabellänge oder der Koppelkondensator geändert wird. Ein Messwert ohne dokumentierten Kalibrierungsfaktor ist wertlos.

Fehler 3: Testen nur bei Nennspannung

Symptom: Ein Gerät besteht den Test bei 1,0-facher Nennspannung, fällt aber innerhalb eines Jahres im Betrieb aus. Fix: Prüfen Sie mit der 1,3-fachen Nennspannung gemäß Norm. Defekte, die bei Nennspannung inaktiv sind, treten häufig bei höherer Belastung auf. Dokumentieren Sie den gesamten Spannungsverlauf, nicht nur einen einzelnen Messpunkt.

Fehler 4: Ignorieren des Oberflächenabflusses

Symptom: Hoher PD-Wert, der nach der Reinigung der Buchsen und Klemmenblöcke verschwindet. Fix: Reinigen Sie alle äußeren Isolierflächen mit Isopropylalkohol und führen Sie den Test erneut durch. Oberflächenentladungen sind ein Wartungsproblem und kein interner Defekt; unbehandelt können sie jedoch die internen Messwerte verfälschen.

Häufig gestellte Fragen für Anfänger

Was ist ein normaler Teilentladungswert für einen Trockentransformator?

Für neue Trockentransformatoren in Gießharzbauweise mit einer Nennspannung bis zu 35 kV beträgt die zulässige Grenze 10 pC bei 1,3-facher Nennspannung. Messwerte unter 10 pC deuten auf eine gute Schalldämmung hin. Werte darüber erfordern weitere Untersuchungen.

Wie oft sollte ich PD-Tests durchführen?

Führen Sie bei der Inbetriebnahme eine Teilentladungsprüfung durch, anschließend je nach Last und Umgebung alle 1–3 Jahre. Steigt ein Messwert zwischen den Prüfungen um mehr als 50% an, verkürzen Sie das Prüfintervall auf alle 6 Monate und ermitteln Sie die Ursache.

Kann ich eine Teilentladungsprüfung durchführen, während der Transformator unter Spannung steht?

Die Online-Teilentladungsprüfung ist mit fest installierten Sensoren möglich, erfordert jedoch andere Geräte und eine andere Auswertung. Die oben beschriebene Schritt-für-Schritt-Anleitung ist eine Offline-Prüfung. Für die Online-Überwachung wenden Sie sich bitte an einen qualifizierten Fachmann.

Bedeutet ein hoher PD-Wert immer, dass der Transformator ausgetauscht werden muss?

Nein. Oberflächenverunreinigungen, lose Verbindungen und Feuchtigkeit können die Teilentladungsmesswerte erhöhen und sind behebbar. Nur innere Defekte im Gießharz – bestätigt durch die Lokalisierung der Entladungsquelle – erfordern einen Austausch. Reinigen, testen und lokalisieren Sie die Quelle immer, bevor Sie eine Entscheidung treffen.

Welche Normen regeln die Teilentladungsprüfung von Trockentransformatoren?

Die wichtigsten Referenzen sind IEC 60076-11 (Trockentransformatoren), EN 50588-1 (Mittelspannungstransformatoren) und die UL-Anforderungen für den jeweiligen Markt. Diese definieren die Prüfspannung, die Abnahmegrenze und das Messverfahren.

Weiterführende Informationen zu dielektrischen Prüfmethoden finden Sie in der IEEE Normenkatalog und der IEC Webshop.