In der globalen Stromnetzinfrastruktur ist der stabile Betrieb von Transformatoren grundlegend für die elektrische Sicherheit. Der Temperaturanstiegstest dient als zentrale Bewertungsmethode, die die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Transformatorisolationssystems direkt beeinflusst. Dieser Artikel beschreibt die Testprinzipien, wichtige Durchführungspunkte und wie der Test Aufschluss über die Isolationsleistung gibt.

 

 

Inhalt

 

1. Grundprinzipien und Zweck des Temperaturanstiegstests

Thermische Zersetzung von Dämmstoffen Hohe Temperaturen sind eine der Hauptursachen für Transformatorenausfälle. Sie beschleunigen die chemische Zersetzung von Isoliermaterialien (wie Isolieröl und Zellulose-Feststoffisolierung in Öl-Papier-Verbundsystemen), was zu einem starken Abfall ihrer elektrischen und mechanischen Festigkeit und letztendlich zu Isolationsversagen oder sogar katastrophalen Ausfällen führt.

Der Temperaturanstiegstest Simuliert den Transformatorbetrieb unter Nennlast oder spezifizierten Überlastbedingungen und misst den Temperaturanstieg an kritischen Punkten beim Erreichen eines stabilen thermischen Zustands. Hauptziel ist die Überprüfung von:

● Ob die gemessenen Temperaturanstiege den Konstruktionsvorgaben und den internationalen Normen entsprechen:

Sicherstellen, dass die Temperatur des heißesten inneren Bereichs während des Langzeitbetriebs die zulässige Temperaturgrenze der verwendeten Isoliermaterialklasse nicht überschreitet.

● Die Effektivität des Kühlsystems:

Überprüfung, ob die Konstruktion und Leistung von Kühlvorrichtungen (wie Radiatoren, Lüftern, Ölpumpen) die Anforderungen an die Wärmeabfuhr erfüllen.

● Erkennung von Strukturdefekten: 

Dabei werden ungewöhnliche lokale Überhitzungsstellen sichtbar, die oft auf potenzielle Probleme mit der Isolierung hinweisen, wie z. B. Verformungen der Wicklung, schlechte Kontakte, übermäßige Streuverluste oder verstopfte Kühlkanäle.

 

2. Wichtigste Schritte und Messmethoden für den Temperaturanstiegstest

Die Tests werden typischerweise in Produktionsanlagen oder unabhängigen Laboren durchgeführt, wobei die in internationalen Normen festgelegten Verfahren und Umgebungsbedingungen (z. B. Stabilität bei Umgebungstemperatur) strikt eingehalten werden. IEC 60076-2 / IEEE C57.12.90 / ANSI C57.12.90.

● Aufzeichnung des Ausgangszustands: 

Messen und protokollieren Sie die Temperaturen aller Testpunkte.(Wicklungen, oberes Öl, unteres Öl, Kern, Strukturteile usw.) und die Umgebungstemperatur vor Beginn des Tests.

● Lastanwendung und Temperaturüberwachung:
Anwenden einer Verlustleistung entsprechend dem Nennstrom oder der angegebenen Last (hauptsächlich Wicklung I²Kupferverlust und Kernverlust) unter Verwendung der Kurzschlussmethode (häufiger) oder Lastmethode (direktMethode).
● Die Temperaturänderungen an allen wichtigen Punkten müssen kontinuierlich überwacht und aufgezeichnet werden. Die Messmethoden sind dabei von entscheidender Bedeutung:
-Wicklungswiderstandsmethode (genaueste Methode): 

Berechnen Sie den durchschnittlichen Temperaturanstieg durch Messung des Gleichstromwiderstands der Wicklungen im kalten (vor dem Test) und warmen Zustand (unmittelbar nach dem Abschalten) unter Verwendung des linearen Zusammenhangs zwischen Widerstand und Temperatur. Formel:
∆θ_w = (R_h - R_c) / R_c * (T + k)

Kennzahlen:
∆θ_w = Temperaturanstieg der Wicklung (°C oder °F)
R_h = Wicklungswiderstand im heißen Zustand, gemessen unmittelbar nach der Abschaltung (Ω)
R_c = Wicklungswiderstand im kalten Zustand beim Teststart (Ω)
T = Konstante (234.5 für Kupfer, 225 für Aluminium, Einheit °C; entsprechend auf °F umrechnen)
k = Temperatur des Kühlmediums am Testende (°C oder °F)

-Messung der Öltemperatur an der Oberseite: 

Verwenden Sie Sensoren, die in das obere Öl eingetaucht sind (z. B. Pt100-Platinwiderstände).

-Temperaturabschätzung für Hotspots

Eine direkte Messung ist äußerst schwierig; Normen (z. B. IEC 60076-7) schätzen sie, indem sie einen berechneten "Hotspot-zur Öloberfläche"-Gradienten auf Basis des Laststroms und der Auslegungsparameter zur Öloberfläche addieren.

-Infrarot-Thermografie (Hilfsgerät):

 Wird verwendet, um externe Bauteile wie Tanks, Kühler und Buchsen zu scannen und so lokale Überhitzungsanomalien zu identifizieren.

● Erreichen von thermischer Stabilität: 

Die aufgebrachte Last ist so lange aufrechtzuerhalten, bis die Temperaturänderungen an allen Messpunkten über mehrere aufeinanderfolgende Stunden (typischerweise 3-4 Stunden) einen festgelegten Wert (z. B. 1-2 °C/Stunde) nicht überschreiten.

● Abschließende Messungen und Berechnungen:
— Endgültige stabilisierte Temperaturen bei der Messung aufzeichnen  Punkte und endgültige Umgebungstemperatur.
— Temperaturanstieg berechnen:
∆θ=θ_final -θ_ambient_final

Kennzahlen:

•∆θ = Gemessener Temperaturanstieg am Messpunkt (°C oder °F)

•θ_final = Endgültige, stabilisierte Temperatur des Messpunktes (°C oder °F)

•θ_ambient_final = Endgültige Umgebungstemperatur (°C oder °F)

•Bei Wicklungen wird der mittlere Temperaturanstieg üblicherweise über die Widerstandsmethode berechnet.

 

3. Datenanalyse und Beurteilung der Isolationsleistung

Das Hauptkriterium für die Beurteilung der Dämmleistung ist, ob die gemessenen Temperaturerhöhungen (insbesondere die durchschnittliche Wicklungserwärmung und die geschätzte Temperaturerhöhung an Hotspots) unter den für die Wärmeklasse des Dämmstoffs festgelegten maximal zulässigen Grenzwerten liegen. Normen wieIEC 60076-2 klare Regelungen bereitstellen.

Wärmeklasse des Dämmsystems	Maximal zulässige Hot-Spot-Temperatur (°C)	Typischer durchschnittlicher Wicklungsanstieg (Widerstandsmethode, °C)	Grenzwert für den Temperaturanstieg des oberen Ölbereichs (°C)	Beispielmaterialien
A (105)	105 (120 Kurzzeit)	60 (ONAN) / 65 (OFAF)	55 (ONAN) / 60 (OFAF)	Imprägniertes Papier, Baumwollgarn
E (120)	120	75	65	mit Kunstharz imprägnierte Materialien
B (130)	130 (140 Kurzzeit)	80 (ONAN) / 85 (OFAF)	65 (ONAN) / 70 (OFAF)	Glimmer, Glasfaser, Harz
F (155)	155 (175 Kurzzeit)	100 (ONAN) / 115 (OFAF)	70 (ONAN) / 80 (OFAF)	Hochleistungsharze, Glimmer, Glasfaser
H (180)	180 (220 Kurzzeit)	125 (ONAN) / 140 (OFAF)	Keine Angabe	Silikon, organische Materialien, Glimmer

Tabelle 1: Gängige Wärmeklassen von Isoliersystemen und ihre Temperaturgrenzen (Basierend auf der Zusammenfassung IEC 60076-2/IEEE C57.12.00)

Qualifikationslogik:

● Kompatibilität der Isolationsklassen:

 Der gemessene Temperaturanstieg muss unterhalb des Grenzwerts der angegebenen Isolationsklasse des Transformators liegen. Beispielsweise darf bei einem Transformator der Klasse „F“ der mittlere Wicklungstemperaturanstieg (Widerstandsmethode, ONAN-Kühlung) 100 °C nicht überschreiten, wobei die geschätzte Hotspot-Temperatur 155 °C nicht überschreiten darf.
● Keine lokale Überhitzung: 

Die Temperaturerhöhungen aller Komponenten (Kern, Strukturteile, Tankoberfläche) sollten in einem angemessenen Bereich liegen, ohne dass es zu signifikanten lokalen Überhitzungen kommt, die deutlich höher sind als bei vergleichbaren Teilen. Eine anormale lokale Erwärmung ist oft ein Frühwarnzeichen für ein drohendes Versagen der Isolierung und führt zu einer beschleunigten lokalen thermischen Schädigung.
● Einhaltung spezifischer Standards: 

Die Ergebnisse müssen in ihrer Gesamtheit alle relevanten Klauseln zur Temperaturerhöhung in den vertraglich vereinbarten internationalen/nationalen Normen (IEC, IEEE, ANSI usw.) erfüllen.

 

Warum werden Temperaturanstiegsgrenzen zur Beurteilung der Dämmleistung herangezogen?

•Materiallebensdauermodell (Arrhenius-Gleichung):

Die Alterungsrate von Dämmstoffen folgt annähernd dem Arrhenius-Gesetz – sie verdoppelt sich etwa bei jedem Temperaturanstieg von 6–10 °C (materialabhängig) und halbiert entsprechend die Lebensdauer. Der Test überprüft, ob die Temperatur des heißesten Punktes im Inneren im sicheren Bereich bleibt, um einen langfristigen Betrieb unter Volllast zu gewährleisten und vorzeitigen Ausfall durch beschleunigte Alterung aufgrund thermischer Belastung zu verhindern.

•Zersetzung von Isolieröl:

Zu hohe Öltemperaturen beschleunigen die Oxidation und führen zur Bildung von Säuren und Schlamm. Säuren korrodieren feste Isolierungen und Metalle und mindern so die Leistung; Schlamm verstopft Kühlkanäle, verstärkt den Temperaturanstieg und senkt die Durchschlagspannung.

 

4. Mögliche Isolierungsprobleme, die sich durch einen ungewöhnlichen Temperaturanstieg äußern

Nichtkonforme oder anormale Ergebnisse deuten stark auf zugrundeliegende Isolierungsprobleme hin:

Abnormales Phänomen	Mögliche Ursachen	Auswirkungen auf die Dämmleistung
Der Gesamttemperaturanstieg überschreitet den Grenzwert	Konstruktionsmängel (zu hohe Verluste, unzureichende Kühlfläche); Ausfall des Kühlsystems (Lüfter-/Pumpenstillstand, Verstopfung); Überlastung	Beschleunigt die thermische Alterung, verkürzt die Lebensdauer und erhöht das Risiko eines plötzlichen Ausfalls.
Hoher/lokaler Temperaturanstieg an der Wicklung	Windungsschlüsse; Schlechter Leiterkontakt; Übermäßige Wirbelströme durch Streufluss; Verstopfte Kühlkanäle	Lokale Überhitzung führt zur Verkohlung der Papierisolierung, zu Rissen im Öl, drastischer Reduzierung der Durchschlagsfestigkeit und erhöht die Kurzschlussanfälligkeit.
Hoher Anstieg der Öltemperatur	Eingeschränkter Ölfluss (Pumpenfehler, Rohrverstopfung); Geringe Kühlerleistung (Verschmutzung, Lüfterfehler); Niedriger Ölstand	Beschleunigt die Öloxidation, erhöht den Säuregehalt, verschlechtert die Isoliereigenschaften und die Kühlleistung des Öls und korrodiert feste Isolierungen.
Hoher/lokalisierter Temperaturanstieg im Kern/Strukturbauteil	Erdschlüsse im Erdschlusskern; Übermäßige Wirbelströme in Klemmen/Schrauben; Starker Streufluss	Entzündungsgefahr von Isolierung/Öl; Gase aus Überhitzung können die Interpretation der DGA-Analyse beeinträchtigen.
Lokale Überhitzung der Tankoberfläche	Interne Bereiche mit hohen Wirbelstromverlusten; Probleme mit der externen magnetischen Abschirmung	Kann auf Mängel in der internen Isolierungskonstruktion/Herstellung hinweisen, die erhebliche langfristige Risiken bergen.

Tabelle 2: Phänomene mit anormalem Temperaturanstieg im Vergleich zu potenziellen Isolationsfehlern

 

Fazit

Der Temperaturanstiegstest ist weit mehr als eine Routineprüfung; er dient als entscheidendes „Thermometer“ zur Diagnose der langfristigen Betriebssicherheit des Isolationssystems eines Transformators. Durch die präzise Messung und wissenschaftliche Analyse, ob Temperaturverteilung und -anstieg unter simulierten Volllastbedingungen internationalen Normen und Auslegungsisolationsklassen entsprechen, lässt sich der Isolationszustand zuverlässig vorhersagen.

Ein erfolgreicher Test belegt, dass das Isolationssystem des Transformators auch unter hoher Dauerlast innerhalb sicherer Temperaturgrenzen arbeitet und somit Schäden durch thermische Zersetzung vermieden werden. Dies gewährleistet jahrzehntelangen zuverlässigen Betrieb und bildet eine solide Grundlage für Netzstabilität, weniger Stromausfälle und geringere Wartungskosten.

Für Stromverbraucher, Netzbetreiber und Hersteller gleichermaßen ist die rigorose Durchführung standardisierter Temperaturanstiegstests unerlässlich für die Auswahl, Akzeptanz und Sicherstellung einer hohen Qualität der Transformatorisolierung – eine weltweit anerkannte Best Practice.

 

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LuShan, Europäische Sommerzeit.1975, ist ein chinesischer professioneller Hersteller, spezialisiert auf Leistungstransformatoren und Reaktoren für50 Jahre. Führende Produkte sind Einphasentransformator, Dreiphasentransformator Isolierung Transformatoren, elektrischer Transformator, Verteiltransformator, Abwärts- und Aufwärtstransformator, Niederspannungstransformator, Hochspannungstransformator, Steuertransformator, Ringkerntransformator, R-Kern-Transformator;Gleichstrominduktoren, Wechselstromreaktoren, Filterreaktoren, Netz- und Lastreaktoren, Drosseln, Filterreaktoren und Zwischen- und Hochfrequenzprodukte.

 

Unsere Kraft Transformatoren und Reaktoren werden in zehn Anwendungsbereichen häufig eingesetzt: Schnellverkehr, Baumaschinen, erneuerbare Energien, intelligente Fertigung, medizinische Geräte, Explosionsschutz in Kohlebergwerken, Erregersysteme, Vakuumsintern (Öfen), zentrale Klimaanlagen.

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