Was ist ein Teilentladungstest im Transformator?

1. Was ist Teilentladung (PD)?

Um den Test zu verstehen, müssen Sie zunächst das erkannte Phänomen verstehen.

Definition: Teilentladung ist eine lokalisierte elektrische Entladung, die die Isolierung zwischen Leitern nur teilweise überbrückt. Es kann in Hohlräumen (Gastaschen) innerhalb einer festen Isolierung, an den Grenzen zwischen verschiedenen Isoliermaterialien oder in Blasen innerhalb einer flüssigen Isolierung (Öl) auftreten.

Das dadurch verursachte Problem: Obwohl jeder einzelne PD ein sehr kleiner Funke ist, erodiert er mit der Zeit die Isolierung. Die Energie dieser Entladungen löst die chemischen Bindungen im Isoliermaterial (Papier, Öl, Harz) auf durch:

Thermische Belastung: Wärme vom Funken.

Chemischer Abbau: Es entstehen Ozon und salpetrige Säuren (in der Luft) oder Wasserstoff und Methan (in Öl).

Physikalische Erosion: Im wahrsten Sinne des Wortes werden winzige Löcher im Material weggebrannt.
Dieser langsame, kumulative Schaden schwächt die Isolierung zunehmend, bis sie der elektrischen Belastung nicht mehr standhält, was zu einem vollständigen Durchschlag (Ausfall) und einem katastrophalen Ausfall des Transformators führt.

2. Warum ist der PD-Test so wichtig?

Frühzeitige Fehlererkennung: Es handelt sich um eine der empfindlichsten Prüfungen, um beginnende (sich entwickelnde) Fehler im Isolationssystem in einem sehr frühen Stadium, oft Jahre vor einem Ausfall, zu erkennen.

Verhindert katastrophale Ausfälle: Durch die frühzeitige Erkennung schwacher Isolierungen können Wartungs- oder Reparaturarbeiten proaktiv geplant werden, wodurch ungeplante Ausfälle, teure Reparaturen und potenzielle Sicherheitsrisiken vermieden werden.

Qualitätssicherung: Es handelt sich um eine obligatorische Routineprüfung für neue Transformatoren, bevor sie das Werk verlassen, um sicherzustellen, dass sie den höchsten Qualitätsstandards entsprechen und frei von schwerwiegenden Herstellungsfehlern sind.

Beurteilt den Zustand während des Betriebs: Bei Transformatoren im Feld ist die regelmäßige TE-Prüfung ein wichtiger Bestandteil eines zustandsbasierten Wartungsprogramms und hilft dabei, die verbleibende Lebensdauer und die Notwendigkeit einer Ölaufbereitung oder -trocknung zu ermitteln.

3. Wie funktioniert ein Teilentladungstest?

Der Test wird durchgeführt, indem an seine Wicklungen eine Spannung angelegt wird, die höher als die normale Betriebsspannung des Transformators, aber niedriger als seine Leistungs--Frequenzfestigkeitsprüfspannung ist. Das Ziel besteht darin, die Isolierung so stark zu belasten, dass vorhandene Defekte behoben werden, ohne dass neue Schäden entstehen.

Das Grundprinzip besteht darin, dass beim Auftreten einer PD fast gleichzeitig drei messbare Phänomene entstehen:

Elektrische Impulse: Im Prüfstromkreis fließt ein sehr schneller, kleiner Stromimpuls (Nanosekunden bis Mikrosekunden).

Elektromagnetische Wellen: Der Impuls sendet elektromagnetische Energie aus, einschließlich Hochfrequenzsignalen (RF).

Akustische Wellen: Der winzige Funke erzeugt ein Ultraschall-„Klicken“ oder eine Schallwelle im Transformatorkessel.

Der Testaufbau umfasst:

Eine Hochspannungsquelle: Zur Stromversorgung des Transformators.

Kopplungskondensator: Bietet einen niederohmigen Pfad für die zu messenden TE-Impulse.

PD-Detektor/Messsystem: Ein hochentwickeltes Instrument, das die Impulse erfasst, filtert und analysiert.

Sensoren: Dies können sein:

Elektrische Sensoren: Zur direkten Messung der Stromimpulse.

Hochfrequenz-Stromwandler (HFCT): Werden um den Erdungsanschluss geklemmt, um die HF-Signale aufzunehmen.

Ultra-Hochfrequenzsensoren (UHF): Antennen, die innerhalb des Transformators (durch Ölventile) oder extern platziert werden, um elektromagnetische Wellen im GHz-Bereich zu erkennen. Dies ist sehr beliebt, da es immun gegen externes elektrisches Rauschen ist.

Akustische Emissionssensoren (AE): Mikrofone, die an der Außenseite des Transformatorkessels angebracht sind, um auf die Ultraschalltöne des PD zu „lauschen“. Dies eignet sich hervorragend zum Auffinden der PD-Quelle.

4. Wichtige Messungen und Interpretation

Der PD-Detektor erkennt nicht nur das Vorhandensein einer Entladung; es quantifiziert es mit mehreren Schlüsselparametern:

Scheinbare Ladung (q): Die wichtigste Größe. Sie wird in PicoCoulomb (pC) ausgedrückt. Da die tatsächliche Entladung innerhalb der Isolierung erfolgt und nicht direkt gemessen werden kann, ist die „scheinbare Ladung“ ein kalibriertes Maß für die Ladung, die bei sofortiger Einspeisung zwischen den Transformatoranschlüssen die gleiche Wirkung wie die interne TE hätte. Niedrigere Werte sind besser.

PD-Einsatzspannung (PDIV): Die Spannung, bei der PDs zum ersten Mal auftreten, wenn die Prüfspannung erhöht wird.

PD-Auslöschspannung (PDEV): Die Spannung, bei der PDs aufhören, wenn die Prüfspannung gesenkt wird.

Interpretation: Ingenieure achten nicht nur auf das Vorhandensein von PD; Sie analysieren das Muster, die Größe (in pC) und die Phasenbeziehung der Impulse. Verschiedene Arten von Defekten (Lunker, Oberflächenentladungen, schwebende Komponenten) erzeugen einzigartige „Fingerabdrücke“ auf der Spannungswellenform.

Standards und akzeptable Grenzen

Internationale Standards (wie IEC 60270) definieren die Testverfahren und akzeptablen TE-Werte. Für einen neuen Transformator besteht das typische Akzeptanzkriterium darin, dass der TE-Wert unter einer bestimmten Prüfspannung **** nicht überschreiten sollte.

100 pC bis 500 pC

, wobei 100 pC ein üblicher und sehr strenger Grenzwert für Hochspannungsgeräte ist. Bei in Betrieb befindlichen Transformatoren können höhere Werte mit einem Überwachungs- und Interventionsplan toleriert werden.