Prüfung von Transformatoröl: Auswertung der DGA- und BDV-Ergebnisse

Ein Ölprüfbericht enthält zwölf Werte und keine Schlussfolgerung. Feuchtigkeitsgehalt, Säurezahl, Grenzflächenspannung, Durchbruchspannung, sieben gelöste Gase, manchmal Furane. Irgendwo in dieser Tabelle müssen Sie eine Entscheidung treffen: die Einheit annehmen, das Öl aufbereiten oder es ablehnen.

Die meisten Ratgeber zu Prüfung von Transformatoröl Erläutern Sie, was die einzelnen Parameter bedeuten, und belassen Sie es dabei. Dieser Abschnitt orientiert sich an den drei Entscheidungen, zu denen der Bericht Sie tatsächlich zwingt. Ist die Probe überhaupt gültig? Welche Schicht weist einen Fehler auf: das Öl, das Papier oder eine aktive Störung? Und was sollten Sie dagegen unternehmen? Wir behandeln auch den Fall, auf den viele Käufer stoßen, nämlich wenn das vor ihnen stehende Gerät überhaupt kein Öl enthält, das getestet werden könnte.

Was Ihnen die Prüfung von Transformatoröl verraten kann – und was nicht

Ein Ölbericht besteht eigentlich aus drei Berichten, die zusammengeheftet sind. Sie beantworten unterschiedliche Fragen und weisen jeweils andere Mängel auf, und sie als eine einzige Zustandsbewertung zu betrachten, ist der häufigste Interpretationsfehler in diesem Bereich.

Ein Transformator kann sowohl ausgezeichnetes Öl als auch verrottetes Papier aufweisen – oder sauberes Öl und einen aktiven Lichtbogen. Sobald man die Schichten voneinander trennt, sind die meisten verwirrenden Berichte nicht mehr verwirrend: Man sieht eine intakte Schicht und eine defekte Schicht, nicht eine widersprüchliche Gesamtbewertung. All dies gilt für ölgekühlte Anlagen. Wenn Sie also zwischen verschiedenen Bauarten wählen, sind die Auswirkungen auf die Wartung in Trockentransformatoren im Vergleich zu Öltransformatoren.

Schritt Null: Ist die Stichprobe gültig?

Mehr fehlerhafte Wartungsentscheidungen sind auf fehlerhafte Proben zurückzuführen als auf eine fehlerhafte Auswertung. Die DGA verzeiht keine Fehler: Schon wenige Mikroliter Luft in der Spritze verändern die Stickstoff- und Sauerstoffwerte so stark, dass ein tatsächliches Muster verdeckt wird.

• Entnehmen Sie das Wasser über das untere Ablassventil, nicht über den oberen Filteranschluss. Gas und Wasser sammeln sich unten an.
• Spülen Sie zunächst zwei bis drei Liter durch und trinken Sie niemals das erste Spülwasser.
• Verwenden Sie für die DGA eine gasdichte Glasspritze. Flaschen eignen sich nur für die Bestimmung der Durchschlagspannung und des Feuchtigkeitsgehalts und müssen ohne Kopfraum befüllt werden.
• Notieren Sie die Öltemperatur zum Zeitpunkt der Probenahme, da sowohl die Gaslöslichkeit als auch die Wassersättigung davon abhängen.
• Bringen Sie die DGA-Probe innerhalb von etwa vier Tagen ins Labor und entnehmen Sie die Probe niemals unmittelbar nach dem Nachfüllen von Öl oder einer Filtration.

Zwei Anzeichen deuten darauf hin, dass vor dem Eingreifen eine erneute Probenahme erforderlich ist: Ein DGA-Befund, der zeigt, dass der Stickstoff- und Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre deutlich über den Werten liegt, die in einer versiegelten Einheit zu erwarten wären, sowie eine Streuung der Durchbruchspannung von mehr als etwa fünfzehn Prozent zwischen aufeinanderfolgenden Tests am selben Behälter.

Die dielektrische Festigkeit ablesen, ohne überzureagieren

Die Durchschlagspannung wird zwischen zwei Elektroden mit festem Abstand gemessen, wobei die Spannung so lange erhöht wird, bis das Öl versagt – in der Regel sechsmal –, und der Mittelwert angegeben wird. Zwei Faktoren entscheiden darüber, ob dieser Wert aussagekräftig ist: die Geometrie der Elektroden und der Abstand zwischen ihnen sowie die verwendete Norm.

Ein D877-Ergebnis und ein D1816-Ergebnis bei 1 mm sind nicht vergleichbar, und der D877-Wert liegt bei demselben Öl in der Regel um 10 bis 20 kV höher. Wenn zwei Labore zu unterschiedlichen Ergebnissen kommen, überprüfen Sie zunächst die Spalte „Methode“, bevor Sie das Öl überprüfen.

Auch die Durchschlagfestigkeit ist ein nachlaufender und unspezifischer Indikator. Sie bestätigt zwar, dass das Öl verunreinigt wurde, gibt jedoch keinen Aufschluss darüber, wodurch genau. Aus diesem Grund sollte die Durchschlagspannung allein niemals Anlass für einen Ölwechsel sein.

DGA-Auswertung: Welches Gas weist auf welche Störung hin?

Die Analyse gelöster Gase funktioniert, weil bei jeder Verwerfungstemperatur ein charakteristisches Molekül entsteht. Das Muster – und nicht die einzelnen Werte – liefert den diagnostischen Hinweis.

Die absoluten Werte sind der am wenigsten aussagekräftige Teil des Berichts. Zwei Faktoren sind für die Diagnose entscheidend: das Gasprofil, das Aufschluss über die Art des Defekts gibt, und die Gasbildungsrate, die Aufschluss darüber gibt, ob der Defekt stabil ist oder sich weiterentwickelt. Eine Anlage, bei der der Ethylenwert doppelt so hoch ist wie normal, der Wert aber seit drei Jahren konstant bleibt, unterscheidet sich erheblich von einer Anlage, bei der sich der Wert innerhalb von sechs Monaten verdoppelt hat. Eine einzelne DGA-Messung ohne Basiswert ist nahezu nutzlos.

Verhältnisverfahren wie das Drei-Verhältnis-Schema nach IEC 60599 und das Duval-Dreieck verdichten das Muster zu einer Fehlerzone. Sie sind nützliche Hilfsmittel, gehen jedoch von einem einzigen dominanten Fehler aus. Gleichzeitige Fehler und nichtmineralische Flüssigkeiten wie Ester oder Silikon fallen außerhalb ihres Gültigkeitsbereichs.

Acetylen verdient eine eigene Regel. Jedes C₂H₂ „Über der Nachweisgrenze“ bedeutet eine Temperatur, die kein intakter Transformator erreicht; warten Sie daher nicht auf einen Trend. Die einzige berechtigte Ausnahme bildet eine Anlage, bei der Tank und Laststufenschalter das gleiche Öl nutzen, da in diesem Fall Lichtbogenbildung am Laststufenschalter die Hauptprobe verunreinigt.

Den Bericht aus verschiedenen Blickwinkeln betrachten: Vier Kombinationen, die das Urteil verändern

Erst wenn man die einzelnen Ebenen zusammen betrachtet, wird der Bericht zu einer Entscheidung. Diese vier Kombinationen decken den Großteil dessen ab, was Sie tatsächlich sehen werden.

Die Regel, die hinter dieser Tabelle steht, ist einfach: Das Öl sollte nur dann behandelt werden, wenn es das Problem ist. In den beiden untersten Zeilen erfüllt das Öl seine Aufgabe, wird jedoch durch etwas anderes beeinträchtigt; daher führt eine Filterung oder ein Austausch zwar zur Wiederherstellung der Werte, lässt die Ursache jedoch bestehen. Wenn das Muster auf Wasser hindeutet, wird die Vorgehensweise zur Lokalisierung und Unterbindung des Eindringwegs in Was tun bei Leckage am Transformator?.

Furane: Der Teil des Berichts, den Käufer überspringen

Furfuraldehyd, üblicherweise als 2-FAL bezeichnet, ist ein Abbauprodukt von Zellulose. Es kommt im Öl nur deshalb vor, weil sich Papier zersetzt, was es zu einer Art „Kilometerzähler“ für die feste Isolierung macht. Dies ist von Bedeutung, da Öl wiederaufbereitet werden kann, Papier hingegen nicht.

Furanwerte werden in Bereichen und nicht anhand eines einzelnen Grenzwerts abgelesen, und diese Bereiche verschieben sich je nach Transformatorklasse und Papiersorte. Verwenden Sie daher die von Ihrem Labor angegebene Norm und nicht einen Wert aus einem Blog. Entscheidend für den Betrieb ist die Tendenz. Ein stabiler niedriger Wert bei einem zwanzig Jahre alten Gerät ist beruhigend; ein Wert, der sich über zwei jährliche Probenahmen verdoppelt hat, ist selbst innerhalb des Bereichs ein Signal für die Außerbetriebnahme.

Steigende Furanwerte bei gleichzeitig steigenden CO- und CO-Werten₂ bedeutet in der Regel, dass das Papier gekocht und nicht chemisch gealtert wird, was wiederum auf die Beschickung und die Kühlung hindeutet. Die Anzeichen, auf die man vor Ort achten sollte, sind Warnzeichen für eine Überhitzung des Transformators.

Annehmen, bearbeiten oder ablehnen: Die Entscheidung des Käufers

Für ein Beschaffungs- oder Ingenieurteam ist ein Ölbericht zu drei unterschiedlichen Zeitpunkten von Bedeutung, wobei sich die Vergleichsgrundlage bei jedem dieser Zeitpunkte unterscheidet.

Drei Klauseln sollten unbedingt in den Auftrag aufgenommen werden, da sie einen Streitfall in ein festgelegtes Verfahren verwandeln. Geben Sie die Prüfverfahren und die Normfassung an, nicht nur die Grenzwerte. Verlangen Sie, dass der Probenahmepunkt und die Öltemperatur auf dem Zertifikat angegeben werden. Und verlangen Sie die Akkreditierungsnummer des Labors, damit ein Ergebnis im Rahmen der Gewährleistung geltend gemacht werden kann.

Der Bericht muss zudem im Zusammenhang mit der Nennleistung betrachtet werden, die er angeblich erfüllt. Ein Durchbruchspannungswert sagt ohne die zugehörige Spannungsklasse und die Angaben auf dem Typenschild nichts aus, weshalb die Reihenfolge beim Lesen lautet: zuerst das Typenschild, dann der Ölbericht. Diese Felder werden in So lesen Sie das Typenschild eines Transformators.

Fälle, in denen keine Ölprüfung erforderlich ist: 100 VA bis 10 kVA

Ein großer Teil der Niederspannungstransformatoren, die für Industrie- und Exportprojekte verkauft werden, wird nie einer Ölprüfung unterzogen, da sie kein Öl enthalten. Dabei handelt es sich um versiegelte, luftgekühlte Auf- und Abwärtstransformatoren im Leistungsbereich von 100 VA bis 10 kVA, wie beispielsweise der ST-3000VA 110-V-auf-220-V-Wandler, verfügen über kein Ablassventil, keinen Konservator und keinen Gasraum, aus dem Proben entnommen werden können.

Sie werden zwar weiterhin validiert, jedoch mit einem anderen Testdatensatz:

• Isolationswiderstand und Polarisationsindex bei einer festgelegten Prüfspannung.
• Übersetzungsverhältnis an jeder Schaltstufe im Vergleich zum auf dem Typenschild angegebenen Übersetzungsverhältnis.
• Gleichstromwiderstand an jeder Wicklung, auf Symmetrie geprüft.
• Leerlaufverlust und Leerlaufstrom, die Probleme im Kern und zwischen den Lamellen aufdecken.
• Temperaturanstieg bei Nennlast, anschließend thermische Überprüfung unter realer Last vor Ort.

Ein Hinweis für Käufer: Wenn ein Anbieter einen Ölprüfbericht für ein versiegeltes Trockengerät dieser Klasse vorlegt, sollten Sie dies eher als Dokumentationsproblem denn als Qualitätsvorteil betrachten. Entweder entspricht das Gerät nicht den Angaben im Datenblatt, oder der Bericht bezieht sich auf ein anderes Produkt. Wenn ölgefüllte Geräte vorgeschrieben sind, legt die auf dem Typenschild angegebene Impedanz den Fehlerpegel fest, den der Schutz ausschalten muss, wie in prozentuale Impedanz des Transformators.

Die Kurzfassung

Lesen Sie den Bericht in einer festgelegten Reihenfolge. Vergewissern Sie sich, dass die Probe gültig ist, bevor Sie auch nur eine einzige Zahl ablesen. Trennen Sie die drei Schichten voneinander, damit Sie wissen, ob es sich um das Öl, das Papier oder einen Fehler handelt. Vergleichen Sie anschließend die Durchbruchspannung mit dem Feuchtigkeits- und Gasmuster, um die Ursache statt nur das Symptom zu ermitteln. Trendwerte sind aussagekräftiger als Schwellenwerte, und die Gasbildungsrate ist stets aussagekräftiger als der absolute Gasgehalt.

Wenn Sie Niederspannungstransformatoren spezifizieren und wissen möchten, welche Prüfdaten dem Gerät beiliegen sollten oder ob für Ihre Konstruktion überhaupt ein Ölprogramm gilt, senden Sie uns bitte die Angaben auf dem Typenschild zu. Unser Ingenieurteam teilt Ihnen dann mit, was der Abnahmetestumfang enthalten sollte. Beginnen Sie mit dem Transformator-Baureihe.

FAQ

Wie oft sollte Transformatoröl geprüft werden?

Die jährliche DGA-Prüfung sowie die Messung des Feuchtigkeitsgehalts und der Durchschlagspannung bilden die normale Grundlinie für in Betrieb befindliche ölgekühlte Anlagen. Sobald ein Fehler angezeigt wird, sollte auf halbjährliche Probenahmen umgestellt werden; außerdem sind unmittelbar nach jeder Auslösung einer Schutzvorrichtung oder nach jeder Reparatur Proben zu entnehmen.

Welche Durchschlagfestigkeit ist für Transformatoröl zulässig?

Bei Anlagen bis etwa 72,5 kV wird das Betriebsöl gemäß IEC 60156 üblicherweise auf mindestens 30 kV gehalten, während neues Öl deutlich über diesem Wert liegt. Höhere Spannungsklassen weisen höhere Grenzwerte auf. Vergleiche nur mit derselben Methode.

Was bedeutet Acetylen im Transformatoröl?

Acetylen deutet auf Lichtbogenbildung bei Temperaturen über etwa 1000 °C hin. Jeder Messwert oberhalb der Nachweisgrenze erfordert eine sofortige Untersuchung und darf nicht nur im Zeitverlauf beobachtet werden, es sei denn, die Probe stammt aus einem gemeinsam genutzten Stufenschalterfach.

Müssen kleine Niederspannungstransformatoren einer Ölprüfung unterzogen werden?

Nur wenn sie ölgefüllt sind. Die meisten gekapselten Geräte mit einer Leistung zwischen 100 VA und 10 kVA sind trocken und verfügen über keinen Messpunkt. Überprüfen Sie diese stattdessen anhand des Isolationswiderstands, des Übersetzungsverhältnisses, des Gleichstromwiderstands und des Temperaturanstiegs.