Hallo zusammen, vielen Dank, dass Sie vorbeigekommen sind, um über eine der häufigsten Fragen zu sprechen, die uns hier im Labor für Trocken-AC-DC-Testtransformatoren gestellt wird: Wie hoch ist die tatsächliche Temperaturanstiegsgrenze für diese Einheiten? Wenn Sie jemals mit Hochspannungsprüfgeräten gearbeitet haben, wissen Sie, dass Temperaturspitzen nicht nur eine kleine Unannehmlichkeit sind; Sie können die Leistung beeinträchtigen, die Lebensdauer der Komponenten verkürzen und später sogar Sicherheitsprobleme verursachen. Als jemand, der diese Transformatoren seit Jahren verkauft und unterstützt, habe ich aus erster Hand gesehen, wie verwirrend diese Grenze für Leute sein kann, die an ölbasierte Alternativen gewöhnt sind. Lassen Sie uns das ohne den ganzen Jargon aufschlüsseln, versprochen.
Lassen Sie uns zunächst klarstellen, was ein Trockenprüftransformator ist, denn das ist hier die Basis. Im Gegensatz zu ölgefüllten Geräten (Sie haben wahrscheinlich Links zu Dingen wie dem Wechselstrom-Gleichstrom-Hochleistungsprüfer für Öltransformatoren gesehen, die sich hervorragend für bestimmte Anwendungen eignen, aber nicht für Trockengeräte geeignet sind) verwenden diese zur Kühlung und Spannungsfestigkeit Luft- oder Feststoffisolierung anstelle von Mineralöl. Das bedeutet, dass ihre Temperaturgrenzen direkt an die Isoliermaterialien gebunden sind, aus denen sie gebaut sind – kein Öl, das als Puffer gegen Hitze dient.
Die meisten Trockentransformatoren für Wechselstrom-Gleichstrom-Prüfungen verwenden eine Isolierung der Klasse F oder H, oder? Moment, kurze Zusammenfassung der Isolationsklassen, denn hier geht es um alles: Klasse A ist altmodisch (Papier, Baumwolle), maximaler Temperaturanstieg 60 °C über Umgebungstemperatur; Klasse F sind synthetische Materialien wie Epoxidharz, Glimmer, maximale Temperaturerhöhung 105 °C; Klasse H ist sogar noch höher – Silikonkautschuk oder fortschrittliches Epoxidharz, maximaler Temperaturanstieg von 125 °C. Die Umgebungstemperatur beträgt übrigens normalerweise die standardmäßigen 40 °C, die wir für die Prüfung elektrischer Geräte verwenden. Wenn Sie also den Anstieg addieren, erhalten Sie die Gesamtbetriebstemperatur. Doch genau hier wird es bei Prüftransformatoren schwierig: Diese Geräte laufen nicht im Dauerzustand wie ein Leistungstransformator. Wir sprechen von kurzen Hochspannungstests – Minuten bis Stunden, nicht rund um die Uhr. Ändert sich dadurch das Limit?
Basierend auf unseren Labortests und Industriestandards (auf die ich später zurückkomme) lautet die Antwort eindeutig: „Ja, aber nicht so sehr, wie Sie vielleicht denken.“ Da Leistungstransformatoren für den Dauereinsatz konzipiert sind, können sie bei kurzen Stößen mit erhöhter Temperatur umgehen. Prüftransformatoren werden jedoch in kurzen Zeitfenstern stark beansprucht, sodass die thermische Isolationsklasse immer noch die sichere Grenze bestimmt. Zum Beispiel ein Trockenprüftransformator der Klasse F: Wenn die Umgebungstemperatur 40 °C beträgt, beträgt die maximale Gesamttemperatur 155 °C, sodass der Anstieg 115 °C nicht überschreiten darf? Warte, nein – warte, nein, ich verwechsele Gesamttemperatur mit Anstieg. Lassen Sie mich das korrigieren: Die Normen IEC 60076-12 (für Trockenleistungstransformatoren) und IEC 60450 (für Prüftransformatoren) legen fest, dass die Messung des Temperaturanstiegs über einen Widerstand (für Wicklungen) oder einen Sensor (für den Kern) erfolgt. Bei der Isolierung der Klasse F beträgt die Temperaturanstiegsgrenze der Wicklung für Prüftransformatoren 80 °C über 40 °C Umgebungstemperatur. Das ergibt eine Gesamttemperatur von 120 °C, was deutlich unter der maximalen Gesamttemperatur der Klasse F von 155 °C liegt – es ist also ein Sicherheitspuffer eingebaut. Klasse H bedeutet einen Anstieg von 105 °C über 40 °C, insgesamt 145 °C, was immer noch unter der maximalen Gesamttemperatur von 180 °C der Klasse H liegt.
Warum ist das nun für jemanden auf dem Markt wichtig? Wenn Sie einen Trockenprüftransformator kaufen und bei der Isolationsklasse sparen, um Geld zu sparen, führt dies zu einer Überhitzung während der Prüfungen. Ich hatte vor ein paar Jahren einen Kunden, der für seine 100-kV-Wechselstrom-Hochspannungsprüfungen eine Isolierung der Klasse B niedrigerer Güte (d. h. 80 °C Gesamtanstieg, nicht 80 °C über der Umgebungstemperatur) für ein Testgerät verwendete. Nach 15 Minuten Dauertest erreichte die Wicklung 170 °C – weit mehr als die Temperatur der Klasse F, ganz zu schweigen von der billigen Klasse B. Die Isolierung riss, der gesamte Transformator musste ausgetauscht werden und die Projektfrist wurde verpasst. Wir möchten Ihnen helfen, diese Art von Kopfschmerzen zu vermeiden.
Ein weiterer Punkt: Trockentransformatoren verfügen nicht über die natürliche Kühlung durch die Konvektion des Öls, daher verlassen wir uns auf Zwangsluft oder sogar natürliche Konvektion. Wenn sich Ihr Testaufbau in einem kleinen, geschlossenen Raum ohne Luftzirkulation befindet, liegt der Temperaturanstieg über dem Nenngrenzwert. Wir empfehlen unseren Kunden immer, ihre Testumgebung zu überprüfen – Belüftung ist der Schlüssel. Vergleichen Sie das mit Ölgeräten, bei denen sogar ein leicht stickiger Raum in Ordnung sein könnte, da Öl die Wärme besser ableitet, wie zum Beispiel die AC-Prüftransformatoren mit ölgetauchtem Isolierzylinder, mit denen wir arbeiten. Da der Trockentyp jedoch unterschiedlich ist, spielt die Umgebung hier eine größere Rolle.
Warten Sie, lassen Sie uns über die Testdauer sprechen, denn diese gilt speziell für AC-DC-Testtransformatoren und nicht für normale Leistungstransformatoren. Wenn Sie einen Hochspannungstest durchführen, dauert er normalerweise 1 Minute für Niederspannungsgeräte, 5 Minuten für Hochspannungsgeräte und möglicherweise länger für Dinge wie zu prüfende Kabel oder Transformatoren. Unsere Trockengeräte sind dafür ausgelegt – während dieses kurzen Tests ist der Temperaturanstieg also vorübergehend und nicht stationär. Lässt uns das die Grenze überschreiten? Branchenverbände wie das IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) sagen, dass Sie bei vorübergehenden Überlastungen (was Testläufe sind) den Nennanstieg für kurze Zeit überschreiten können, aber nur, wenn dadurch die Gesamttemperatur nicht über den Höchstwert der Isolierung steigt. Zum Beispiel ein Gerät der Klasse F mit einem Nennanstieg von 80 °C: Wenn während eines 10-minütigen Tests der Anstieg 90 °C erreicht, sind das insgesamt 130 °C – immer noch unter 155 °C, also absolut sicher. Aber wenn die Gesamttemperatur 110 °C erreicht, ist das ein Warnsignal, selbst wenn der Test nur 10 Minuten dauerte.
Um dies zu belegen, haben wir in unserem eigenen Shop zahlreiche Tests durchgeführt. Letztes Jahr hatten wir einen Kunden, der einen 150-kV-DC-Prüftransformator für seine Umspannwerksausrüstung benötigte. Sie machten sich Sorgen wegen der Hitze, weil sie große Durchführungen testeten, die einen hohen Strom zogen. Wir empfehlen unser standardmäßiges Trockengerät der Klasse H mit einer Temperaturanstiegsgrenze von 105 °C. Wir führten jeweils 20 Minuten lang mehrere Tests bei 150 kV Gleichstrom durch und überwachten die Wicklungstemperatur mit Widerstandssensoren – der Spitzenanstieg betrug 98 °C, die Gesamttemperatur 138 °C, was deutlich innerhalb der maximalen Temperatur der Isolierung lag. Keine Probleme, sie haben es seitdem jeden Monat verwendet.
Was ist nun mit anderen Arten von Hochspannungsprüftransformatoren, nur um den Kontext zu verdeutlichen? Sie haben wahrscheinlich schon den von uns angebotenen Link zu 150-kV-Hochspannungs-Testtransformatoren mit PD-freiem SF6 gesehen – diese verwenden Schwefelhexafluoridgas zur Isolierung, daher sind auch ihre Temperaturgrenzen unterschiedlich, da die Gaskühlung gleichmäßiger ist als die Luftkühlung. Für Anwendungen, bei denen Öl oder Gas eine Gefahr darstellen könnten, ist der Trockentyp jedoch immer noch die erste Wahl – beispielsweise in Testlaboren in Innenräumen, in denen Lecks ein Problem darstellen könnten, oder in Bereichen mit strengen Umweltvorschriften für die Ölentsorgung.
Eine weitere häufig gestellte Frage: Können Sie einen benutzerdefinierten Grenzwert für den Temperaturanstieg erhalten? Wenn Sie beispielsweise ein Gerät für sehr kurze Tests (30 Sekunden) benötigen, können wir den Anstieg erhöhen? Technisch gesehen ja, aber wir müssen sicherstellen, dass die Lebensdauer der Isolierung dadurch nicht beeinträchtigt wird. Selbst wenn der Test nur 30 Sekunden dauert, beschleunigt jede Überhitzung der Isolierung deren Alterung. Die Lebensdauer der Isolierung steht im umgekehrten Verhältnis zur Temperatur – alle 10 °C über der Nennsumme halbiert sich die Lebensdauer. Selbst ein kurzer Übertemperaturtest bei 20 °C würde die Lebensdauer der Isolierung mit der Zeit um 50 % verkürzen. Deshalb halten wir uns an die Standardgrenzwerte, es sei denn, es handelt sich um einen echten Notfall, und selbst dann raten wir davon ab.
Lassen Sie uns auch erwähnen, warum für einige Benutzer der Trockentyp besser ist als der Öltyp, was mit der Diskussion über Temperaturgrenzen zusammenhängt. Öltransformatoren (wie der AC-DC-HiPot-Spannungsprüfer für Öltransformatoren) haben normalerweise einen geringeren maximalen Temperaturanstieg – etwa 55 °C über der Umgebungstemperatur bei Ölisolierung der Klasse A. Sie erfordern jedoch eine regelmäßige Ölprüfung und Wartung und können undicht werden. Der Trockentyp benötigt kein Öl und ist daher wartungsarm, sicherer im Innenbereich und einfacher zu bewegen. Der Nachteil besteht darin, dass ihre Temperaturanstiegsgrenze etwas höher ist, aber moderne Isolationstechnologie (Klasse H, fortschrittliches Epoxidharz) hat diese Lücke weitgehend geschlossen.
Nun möchte ich Ihnen nicht zu viele Standards vorwerfen, aber wenn Sie selbst recherchieren, sind die wichtigsten: IEC 60076-12 (Trockentransformatoren), IEC 60450 (Messung des Temperaturanstiegs in Transformatoren), IEEE C57.12.90 (Testcode für Trockentransformatoren). Diese Normen beschreiben genau, wie der Temperaturanstieg zu messen ist (Widerstandsmethode für Wicklungen, Thermoelemente für Kerne und Wicklungen) und die Grenzwerte basierend auf der Isolationsklasse.
Warten Sie, lassen Sie uns einen Moment in die Praxis umsetzen. Wenn Sie von uns einen Trockenprüftransformator erhalten, wird im Datenblatt der Nenntemperaturanstieg für seine Isolationsklasse aufgeführt. Beispielsweise haben unsere Geräte der Klasse F einen Temperaturanstieg von 80 °C, Klasse H dagegen 105 °C. Um zu überprüfen, ob Sie innerhalb der Grenzwerte liegen, messen Sie einfach die Umgebungstemperatur an dem Ort, an dem Sie testen, addieren Sie den Anstieg und stellen Sie sicher, dass sie unter der maximalen Gesamttemperatur der Isolierung liegt. Wenn Sie es für AC-DC-Hochleistungstests verwenden, können Sie mit einem Multimeter den Wicklungswiderstand vor und nach dem Test messen – der Temperaturanstieg wird aus der Widerstandsänderung berechnet (da der Widerstand mit der Temperatur zunimmt). Das ist eine einfache und unkomplizierte Möglichkeit zur Überprüfung.
Häufige Fehler, die Menschen machen: 1) Die Umgebungstemperatur zur falschen Zeit verwenden – zum Beispiel morgens vor dem Test messen, aber tagsüber heizt sich das Labor auf, sodass Sie sie während des Testlaufs messen müssen. 2) Zwangsluft ignorieren: Wenn Ihr Transformator über einen Lüfter zur Kühlung verfügt, stellen Sie ausnahmslos sicher, dass dieser während des Tests läuft. 3) Verwendung einer Isolationsklasse, die niedriger ist als die, die Ihr Test erfordert. Wir hatten Kunden, die versuchten, 10 % bei einem Transformator zu sparen, indem sie auf Klasse B umstiegen, nur um beim ersten Hochspannungstest durchzufallen. Das ist keine Ersparnis – es ist ein kostspieliger Fehler.
Lassen Sie uns über ein aktuelles Beispiel sprechen, das zeigt, warum dies wichtig ist. Letzten Monat wandte sich ein Kunde aus der Fertigung an uns und benötigte einen Trockentransformator zum Testen seiner neuen Netzkabel. Sie hatten ein knappes Budget und schauten sich online ein No-Name-Gerät mit Werbung für „niedrige Temperaturanstiege“ an. Als sie ihren ersten 5-minütigen Wechselstrom-Hochspannungstest durchführten, stieg die Wicklungstemperatur auf 160 °C – weit über den maximalen Wert von 155 °C der Klasse F. Die Isolierung begann ein wenig zu schmelzen und als sie am nächsten Tag überprüften, war eine kleine Entladungsspur an der Wicklung zu erkennen. Am Ende kauften sie unser Trockengerät der Mittelklasse der Klasse F mit einer Nenntemperaturerhöhung von 80 °C. Unsere Tests ergaben, dass der Temperaturanstieg bei der Testspannung von 50 kV 72 °C betrug, insgesamt 112 °C – keine Probleme, und es läuft seit einem Monat reibungslos.
Wenn Sie nun auf der Suche nach einem trockenen AC-DC-Prüftransformator sind, sollten Sie hinsichtlich der Temperaturgrenzen auf Folgendes achten: Bestätigen Sie zunächst die Isolationsklasse (F oder H ist jetzt Standard, vermeiden Sie niedrigere). Überprüfen Sie zweitens den Nenntemperaturanstieg des Herstellers – stellen Sie sicher, dass dieser den Industriestandards entspricht. Drittens fragen Sie nach dem Kühldesign (Umluft oder natürlich) und ob sie über Temperaturüberwachungsfunktionen verfügen (z. B. eingebaute Sensoren, die sich abschalten, wenn die Temperatur zu hoch wird). Aus Sicherheitsgründen sind alle unsere Geräte mit Thermosensoren ausgestattet – sie lösen einen Alarm aus, wenn der Anstieg 90 % des Grenzwerts überschreitet, und schalten sich bei 105 % ab, sodass Sie sich keine Sorgen über Überhitzung machen müssen, selbst wenn etwas schief geht.
Warten Sie, sollten wir uns mit alten und neuen Technologien auseinandersetzen? Vor einem Jahrzehnt war Klasse F die Spitzenklasse für Trockenprüftransformatoren, aber Klasse H ist heute häufiger anzutreffen, weil sie langlebiger ist, höheren Temperaturen standhält und nicht viel mehr kostet. Die Temperaturanstiegsgrenze für Klasse H liegt bei 105 °C, was Ihnen mehr Spielraum bei Langzeit- oder Hochstromtests bietet. Wenn Sie also regelmäßig Tests über eine Stunde durchführen, lohnt sich die zusätzliche Investition in den Temperaturpuffer der Klasse H.
Ein weiterer Punkt: Verschiedene Testtypen beeinflussen den Temperaturanstieg. Gleichstrom-Hochleistungstests verbrauchen normalerweise einen geringeren Strom als Wechselstrom, daher ist der Temperaturanstieg geringer. Resonanztests (mit Systemen wie dem AC-Isolierzylinder-Resonanztestsystem) haben möglicherweise einen höheren Strom, sodass der Temperaturanstieg höher sein kann. Wenn Sie Ihren Transformator mit einem Resonanzsystem verwenden, benötigen Sie ein Gerät der Klasse H, das diese zusätzliche Wärme verarbeiten kann.
Ich weiß, das war viel, aber die wichtigste Erkenntnis ist: Der Temperaturanstiegsgrenzwert für einen trockenen AC-DC-Prüftransformator ist keine Zufallszahl – er hängt direkt von seiner Isolationsklasse ab, folgt strengen Industriestandards und hängt von Ihrer Testumgebung und Ihrem Testaufbau ab. Es gibt keine allgemeingültige Lösung, aber wenn Sie sich an die Isolierung der Klasse F oder H halten, den Nennanstieg einhalten und für eine ausreichende Belüftung sorgen, bleibt Ihr Transformator jahrelang sicher in Betrieb.
Wenn Sie sich immer noch nicht sicher sind, welches Gerät für Ihre Anforderungen das Richtige ist, oder weitere Informationen zu Temperaturtests wünschen, können Sie sich gerne an uns wenden. Wir haben Hunderten von Kunden dabei geholfen, den richtigen Transformator für ihren Testaufbau auszuwählen, und wir können Sie durch alles führen, von der Isolationsklasse über die Kühlung bis hin zu Temperaturanstiegsgrenzen. Lassen Sie nicht zu, dass eine schlechte Wahl zu einer kostspieligen Panne führt – lassen Sie uns chatten und die perfekte Lösung für Sie finden.
Referenzen:
- IEC 60076-12: Leistungstransformatoren – Teil 12: Trocken-Leistungstransformatoren
- IEC 60450: Messung des Temperaturanstiegs in Transformatoren
- IEEE C57.12.90: Standardtestcode für Trockenverteilungs- und Leistungstransformatoren
- NEMA SG-4: Richtlinien für die Anwendung von Trockentransformatoren in gewerblichen und industriellen Anlagen
