Eine Teilentladung kündigt sich selten mit einem Knall an. Es beginnt mit einem mikroskopisch kleinen elektrischen Durchschlag innerhalb der Isolierung, einem Funken, der Nanosekunden dauert und sich tausende Male pro Minute wiederholt, wodurch Papier, Harz oder Öl leise karbonisiert wird, bis die Isolierung die Spannung nicht mehr halten kann. Ein Teilentladungstest an einem Transformator ist die praktische Möglichkeit, diesen Prozess frühzeitig zu erkennen, entweder im Werk, bevor das Gerät ausgeliefert wird, oder vor Ort, lange bevor es ausfällt.

In diesem Leitfaden erfahren Sie, was Teilentladung wirklich ist, wie man sie hauptsächlich misst, was Werks- und Vor-Ort-Tests jeweils liefern und wie Sie die Ergebnisse ablesen können, ohne auf eine einzelne Zahl zu überreagieren. Es richtet sich an Ingenieure, Projektmanager und Beschaffungsteams, die einen Transformator abzeichnen und mit den Konsequenzen leben müssen.

Was Teilentladung eigentlich ist

Teilentladung ist ein lokalisierter dielektrischer Durchschlag, der nicht den gesamten Isolationsabstand zwischen zwei Elektroden überbrückt. Das Lehrbuchgehäuse ist ein gasgefüllter Hohlraum, der in Gießharz eingeschlossen ist, oder eine Blase, die in Transformatoröl schwebt. Gas hat eine geringere Dielektrizitätskonstante als der Feststoff oder die Flüssigkeit um es herum, sodass sich das elektrische Feld in diesem kleinen Hohlraum konzentriert. Sobald die lokale Spannung die Durchschlagsstärke des Gases übersteigt, ionisiert es, entlädt sich und erholt sich dann wieder, um sich im nächsten Halbzyklus erneut zu entladen.

Jedes Ereignis überträgt eine sehr kleine Ladungsmenge, die als scheinbare Ladung quantifiziert und in Picocoulomb (pC) ausgedrückt wird. Von außen sieht nichts an der Einheit falsch aus. Genau deshalb ist der Test wichtig: Er erkennt einen Verschlechterungsmechanismus Jahre vor einem Fehlerstrom oder einem Gasalarm.

Wenn Ingenieure über einen Teilentladungstest an der Transformatorisolierung sprechen, stellen sie normalerweise drei verschiedene Fragen. Liegt ein Ausfluss über einem definierten Schwellenwert vor? Bei welcher Spannung beginnt und stoppt es, was wir Beginn und Aussterben nennen? Und woher kommt die Ladung innerhalb der Wicklung, des Kerns oder der Buchse?

Die wichtigsten Methodeen zur Erkennung und Messung von Entladungen

Es gibt kein einzelnes Instrument, das jede Frage beantwortet. Die meisten Testprogramme kombinieren zwei oder mehr Techniken, da bei beiden die Empfindlichkeit gegenüber der Störfestigkeit und der Standortgenauigkeit abgewogen wird.

Werksabnahmetests: Die Basislinie

Bei einem neuen Leistungstransformator handelt es sich bei der Referenzmessung um eine induzierte Spannungsprüfung mit gleichzeitiger Entladungsmessung, die in einem abgeschirmten Feld mit einem kalibrierten Messsystem durchgeführt wird. Die Spannung wird auf ein Vorspannungsniveau erhöht, um die Isolierung zu konditionieren, über einen definierten Zeitraum gehalten und dann auf das Messniveau reduziert, wo die Messwerte erfasst werden. Das genaue Profil und die geltenden Grenzwerte richten sich nach der von Ihrem Projekt vorgegebenen Norm und den technischen Spezifikationen des Käufers.

Als grobe Orientierung: Die in der Branche angegebenen Grenzwerte beginnen üblicherweise bei etwa 100 pC bei der Spannungsklasse 72,5 kV und steigen mit steigender Spannungsklasse auf 200 pC oder mehr an. Ein Grenzwert ist nur zusammen mit der Spannung, bei der er gemessen wird, aussagekräftig. Lesen Sie daher beide Werte immer zusammen ab.

Routineprüfungen versus Typprüfungen

Der Stücktest beweist, dass dieses Gerät keine schädliche Entladung in der angegebenen Höhe aufweist. Typprüfungen wie eine Langzeit-Wechselspannungsprüfung mit Entladungsmessung oder eine Impulsprüfung mit Entladungsaufzeichnung werden einmalig an einem Entwurf durchgeführt, um nachzuweisen, dass das Isolationssystem selbst einwandfrei ist. Zusammen sagen sie Ihnen, ob das Design gut ist und ob der Herstellungsprozess es konsistent liefert.

In der Praxis treten bei Werkstests Gusslücken, trockene Stellen in ölimprägniertem Papier, scharfe Elektrodenkanten und unvollständige Imprägnierung auf. Sie hier zu finden kostet eine Nacharbeit. Sie vor Ort zu finden, kostet einen Stillstand.

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Vor-Ort-Tests nach der Installation

Sobald ein Transformator installiert ist, ändert sich die Situation. Es gibt keinen abgeschirmten Prüfstand, der Hintergrundgeräuschpegel ist unvorhersehbar und das Gerät ist oft mit einem Live-Netzwerk verbunden. Entladungstests vor Ort werden normalerweise aus einem von vier Gründen durchgeführt: Inbetriebnahme nach Transport und Wiederzusammenbau, Überprüfung nach einer Reparatur oder Ölaufbereitung, eine regelmäßige Zustandsüberprüfung und kontinuierliche Online-Überwachung kritischer Anlagen.

Eine sinnvolle Vorgehensweise vor Ort sieht so aus:

1. Zeichnen Sie vor dem Einschalten von Energie einen Grundpegel der Hintergrundgeräusche auf, damit Sie wissen, was die Umgebung dazu beiträgt.
2. Kalibrieren Sie den Messkreis mit einem Impulsgenerator, injizieren Sie eine bekannte Ladung an die Anschlüsse und notieren Sie den Skalierungsfaktor.
3. Stellen Sie die Stromversorgung mit einer unabhängigen Quelle auf den vereinbarten Spannungspegel ein oder messen Sie bei einer Online-Einrichtung unter normaler Betriebsspannung.
4. Zeichnen Sie die Einschalt- und Ausschaltspannungen getrennt auf, indem Sie die Spannung schrittweise erhöhen und dann absenken.
5. Erfassen Sie phasenaufgelöste Daten lange genug, um wiederholte Entladungen von zufälligen Störungen zu unterscheiden.
6. Überprüfen Sie die Kalibrierung nach dem Test erneut und dokumentieren Sie Umgebungsbedingungen, Luftfeuchtigkeit und Temperatur.

Wiederholbarkeit ist hier wichtiger als absolute Genauigkeit. Zwei mit demselben Aufbau durchgeführte und miteinander verglichene Umfragen sind weitaus aussagekräftiger als eine isoliert interpretierte Umfrage.

Wo die Entladung beginnt: Ölbad- oder Trockengeräte

Öltransformatoren

In ölgefüllten Einheiten entsteht die Entladung typischerweise durch Gasblasen, freie Feuchtigkeit, Metallpartikel, scharfe Kanten an Elektroden oder Leitungen und gealterte Papierisolierung an stark beanspruchten Stellen. Da das Öl zirkuliert, breiten sich die Nebenprodukte aus: Wasserstoff, Methan und schließlich Acetylen scheinen im Öl gelöst zu sein, weshalb die Analyse gelöster Gase und die Messung elektrischer Entladungen so oft nebeneinander durchgeführt werden. Ein Gerät kann heute einen Entladungstest bestehen und später trotzdem ein Problem entwickeln, wenn während des Betriebs Feuchtigkeit oder Partikel eindringen.

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Trocken- und Gießharztransformatoren

Bei Gussharzeinheiten sind die häufigsten Übeltäter die beim Gießen entstehenden Hohlräume, die Delaminierung zwischen dem Harz und dem Leiter sowie Oberflächenverunreinigungen, die zu Kriechspuren auf der Wicklungsoberfläche führen. Da kein Öl zum Abtransport von Nebenprodukten vorhanden ist, muss die Entladung elektrisch oder akustisch aufgefangen werden. Das Verhalten von Gießharzen in diesem Bereich ist ein eigenständiges Thema, dessen praktische Seite wir in behandelt haben Unser Hinweis zur Entlade-, Geräusch- und Isolationsklasse bei Gießharztransformatoren .

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Die Ergebnisse lesen, ohne überzureagieren

Eine einzelne scheinbare Ladungszahl sagt für sich genommen sehr wenig aus. Was Informationen trägt, ist die Kombination von Parametern:

• Größe. Eine höhere Ladung bedeutet im Allgemeinen einen größeren oder energetischeren Defekt, aber Sensortyp und Kalibrierung dominieren die Zahl.
• Anfangs- und Auslöschungsspannung. Wenn die Entladung deutlich unterhalb der Betriebsspannung beginnt, ist der Defekt im Betrieb aktiv. Wenn die Extinktion viel geringer ist als die Inception, ist der Hohlraum groß.
• Phasenlage. Eine in einem Teil des Wechselstromzyklus konzentrierte Entladung weist auf einen bestimmten Defekttyp hin, beispielsweise einen Hohlraum oder eine Oberflächenspur.
• Musterstabilität. Ein stabiles, wiederholbares Muster ist ein echter Mangel. Ein Muster, das sich mit dem Wetter ändert, ist normalerweise eine Störung.
• Trend. Drei Umfragen über zwei Jahre, die einen steigenden Trend zeigen, sind selbst bei niedrigen absoluten Werten eine echte Warnung.

Für Akzeptanzentscheidungen nutzen Sie die Grenzwerte im Standard und in der Spezifikation. Nutzen Sie für Wartungsentscheidungen den Trend.

Praktische Tipps für saubere Daten in lauten Umgebungen

1. Testen Sie nachts oder während eines Anlagenstillstands, ob der Standort dies zulässt, und vergleichen Sie den Geräuschpegel, bevor Sie sich verpflichten.
2. Verwenden Sie eine ordnungsgemäß abgeschirmte Messimpedanz und eine Einzelpunkt-Erdungsreferenz. Mehrere Erdungspfade erzeugen Schleifen, die wie eine Entladung aussehen.
3. Halten Sie den Kalibrierimpulsgenerator in der Nähe des Einspritzpunkts und wiederholen Sie die Kalibrierung nach der Messung.
4. Filtern Sie nach Frequenzband und nicht nur nach Amplitude. Das meiste Standortrauschen liegt in einem anderen Band als das Defektsignal.
5. Verwenden Sie für die Signalübertragung über große Entfernungen Glasfaserverbindungen, um Schaltstörungen zu vermeiden.
6. Protokollieren Sie alles: Spannung, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Zapfstellung und angeschlossene Geräte. Ohne Kontext können die Daten später nicht verglichen werden.
7. Gehen Sie bei kritischen Anlagen von regelmäßigen Erhebungen zu einer kontinuierlichen Überwachung über, damit der Trend automatisch aufgezeichnet wird.

Wie wir Entladungstests an unseren Transformatoren unterstützen

Wir sind Jiangsu Dingxin Electric Co., Ltd., ein Transformatorenhersteller mit Sitz in der Haian Development Zone in Jiangsu, China. Unsere Produktpalette umfasst Öl- und Trockentransformatoren, Einheiten aus amorphen Legierungen, plattenmontierte und vorgefertigte Umspannwerke, Phasenschieber-Gleichrichtertransformatoren und Schaltanlagen mit Leistungstransformatorlinien bis 110 kV und 220 kV und einer angegebenen jährlichen Produktionskapazität von 50.000 MVA. Wir arbeiten nach den Managementsystemen ISO 9001, ISO 14001, ISO 45001 und ISO 19011, und Kunden sind herzlich eingeladen, die Werke zu besichtigen und die Testvereinbarungen zu überprüfen, bevor sie eine Bestellung aufgeben.

Wenn Ihre Spezifikation einen Entladungsgrenzwert enthält, teilen Sie uns den Standard, die Spannung, bei der gemessen wird, und den Grenzwert selbst mit. Wir bestätigen die Testanordnung, nehmen die Messwerte in den Routinetestbericht auf und erklären alles, was vor dem Versand und nicht erst danach ungewöhnlich erscheint.

Sie erreichen unser Engineering-Team über die Kontaktseite mit Ihrer Spannungsklasse, Nennleistung und Prüfanforderungen.

Häufig gestellte Fragen

Was ist eine typische Entladegrenze für einen Leistungstransformator?

Dies hängt von der Spannungsklasse und der geltenden Norm ab. Die Grenzwerte reichen üblicherweise von etwa 100 pC bei 72,5 kV bis zu 200 pC oder 300 pC bei höheren Klassen und werden immer zusammen mit der Messspannung angegeben. Ihre Projektspezifikation ist das letzte Wort.

Können Entladetests durchgeführt werden, während der Transformator in Betrieb bleibt?

Ja. Online-Methoden, die auf UHF-Sensoren oder akustischer Erkennung basieren, können kontinuierlich und ohne Ausfall laufen, liefern jedoch Vergleichs- und Trendergebnisse anstelle eines kalibrierten pC-Werts. Offline-Messungen bleiben die Referenzmethode.

Werden Trockentransformatoren auf die gleiche Weise geprüft?

Das Prinzip ist identisch, die wahrscheinlichen Fehlerquellen unterscheiden sich jedoch. Gussharzeinheiten sind anfälliger für Gussfehler und Oberflächenspuren, und häufig wird eine akustische Erkennung hinzugefügt, da diese Defekte gut mit dem Körperschall gekoppelt sind.

Wie oft sollte der Test wiederholt werden?

Für eine neue Einheit, bei Inbetriebnahme. Danach hängt das Intervall von der Kritikalität, dem Alter und der Vorgeschichte ab. Ein vernünftiges Muster für wichtige Vermögenswerte ist eine Erstbefragung, dann eine Wiederholung nach einem Jahr, um einen Trend zu ermitteln, und dann periodische Befragungen oder eine kontinuierliche Überwachung.

Teilentladungstests sind kein magischer Erfolgs- oder Nichtbestehensstempel. Es handelt sich um eine Messung eines Abbauprozesses, und wie jede Messung verdient sie nur dann ihren Unterhalt, wenn der Aufbau kalibriert, die Bedingungen aufgezeichnet und die Ergebnisse über die Zeit verglichen werden. Wenn Sie diese drei Dinge richtig machen, wissen Sie mehr über die Isolierung Ihres Transformators, als Ihnen ein einzelner Testbericht sagen kann.