Teilentladungen in ölgekühlten Transformatoren: Art und häufige Ursachen überhöhter Teilentladungspegel

01 Einleitung

Teilentladungen (TE) in ölgetauchten Leistungstransformatoren Teilentladungen stellen nach wie vor eine weltweit anerkannte Herausforderung in der Transformatorenindustrie dar. Zahlreiche Hersteller haben aufgrund von Ausfällen im Zusammenhang mit Teilentladungen erhebliche Verluste erlitten.

Teilentladungsüberschreitungen können bei Werksprüfungen, Inspektionen durch Dritte oder beim Kunden auftreten. Die Suche nach den Ursachen solcher Überschreitungen gleicht oft der Suche nach der Nadel im Heuhaufen und führt zu Nacharbeiten, die Tage oder sogar Monate dauern und erhebliche Qualitätseinbußen für Hersteller oder Endverbraucher verursachen.

Daher ist es von entscheidender Bedeutung, die Ursachen von übermäßigem Parkinson wissenschaftlich zu diagnostizieren und schnell zu identifizieren.

02 Definition und Natur

Obwohl es keine offizielle Definition gibt, definiert der Autor PD wie folgt:
[Entladungen an lokalisierten Stellen innerhalb eines Transformators, die noch keinen sofortigen Isolationsdurchschlag oder Überschlag verursacht haben.]

PD-Szenarien sind sehr unterschiedlich, haben aber einen gemeinsamen Kern:
[Strukturelle, Material- oder Herstellungsfehler im Isolationssystem verursachen eine lokale elektrische Feldverzerrung, die die Durchschlagsfestigkeit an dieser Stelle überschreitet, was zu wiederholten, mikrostrukturellen, nicht durchdringenden Ionisationsdurchschlägen führt.]

Kurz gesagt, das Wesen der Teilentladung besteht in einer lokalen Konzentration eines elektrischen Feldes, die die Feldstärke bei der Entstehung der Teilentladung übersteigt.

03 Hauptursachen

Auf der Grundlage der PD-Mechanismen kann jeder Faktor, der zu übermäßigen lokalen elektrischen Feldern führt, eine Überschreitung der Teilentladungsspannung auslösen.

3.1 PD-Standorte
PD kann folgende Ursachen haben:

Buchsen

 

OLTC/DETC-Stufenschalter

 

Leads

 

Wicklungen

 

Erdungskomponenten

 

Dämmoberflächen/interne Mängel

 

Transformatorenöl

Am stärksten gefährdeten Standorte:Lufteinschlüsse in festen Dämmstoffen oder Gasblasen in Öl.
Grund:Unter Spannungsbelastung ist die elektrische Feldstärke umgekehrt proportional zur Dielektrizitätskonstante (ε).

Papierisolierung ε ≈ 4,4

 

Luftporen ε ≈ 2,0
→ In den Luftporen ist die Feldstärke etwa 2,2-mal höher.
Mit geringer Durchschlagsfestigkeit (Wechselstrom ≈2 kV/mmHohlräume/Blasen werden zu Schwachstellen für die Entstehung von Teilentladungen.

3.2 PD-Typen
Häufige PD-Typen in ÖltransformatorS:

Gasblasenentladung

 

Feuchtigkeitsbedingte Entladung(Feuchtigkeitsdämmung)

 

Scharfe Elektrodenentladung(Hochspannungs-/Erdungselektrodenspitzen)

 

Gleitender Potentialausstoß

 

Keilförmiger Ölspaltaustritt

 

Freisetzung von metallischen/Schadstoffpartikeln

 

Klebstofffehler(übermäßiger/minderwertiger Klebstoff in den Klemmplatten/Endringen)

Wichtigste Erkenntnis:

PD-Überschreitungen sind selten konstruktionsbedingt (≈0,5% Wahrscheinlichkeit).
Über 95 % der Fehler sind auf Material-, Prozess- oder Herstellungsfehler zurückzuführen.

Begründung:Wenn Überspannungen (LI, LIC, SI, LTAC) in eine äquivalente 1-minütige Netzfrequenz-Stehspannung umgerechnet werden (DIL-UmwandlungAlle Werte überschreiten die PD-Prüfspannung (IVPD). Die Haupt-/Längsisolierung ist für den höchsten Überspannungsfall ausgelegt.

NEIN.	PD-Typ	Standort	Mechanismus	Häufige Fälle
1	Scharfe Elektrodenentladung	Klemmteile, Tank, Steigbuchse, Anschlussklemmen	Kleiner Krümmungsradius → hohe Ladungsdichte → extreme Feldkonzentration	Ungeschützte Bolzen in der Nähe von Hochspannungselektroden; scharfe Kanten an der magnetischen Abschirmung
2	Gasblasen-/Hohlraumentladung	Blasen im Öl / Hohlräume in fester Isolierung	Niedrige Dielektrizitätskonstante (ε≈1) → hohe Feldspannung + niedrige Durchschlagfestigkeit (2 kV/mm)	Unvollständiges Vakuum; schnelle Ölfüllung; übermäßige/mangelhafte Haftung in Endringen/Ausgleichskugeln
3	Feuchtigkeitsbedingte Entladung	Wicklungen, Kernisolierung, Zuleitungen	Feuchtigkeit reduziert die Durchschlagsfestigkeit um 60-70%.	Unzureichende Kerntrocknung; übermäßige Einwirkung von Umgebungsluft während der Montage
4	Schwebende potenzielle Entladung	Pressspanplatten, Bleiträger, magnetische Shunts	Ladungsansammlung → plötzlicher Entladungsimpuls	Nicht geerdete magnetische Abschirmung; schlecht verbundene elektrostatische Ringe
5	Schadstoffeinleitung	Wasser/Fasern/Metallpartikel im Öl	Feldverzerrung + Wasser erhöht die Feldspannung um das 2,9-fache	Unzureichende Ölfiltration; verunreinigter Kern; Feuchtigkeitseintritt

04 Ausblick

Das Verständnis gängiger PD-Typen, -Mechanismen, -Lokalisationen und Fallstudien ist für eine gezielte Fehlersuche unerlässlich.

In Kombination mit den Prinzipien der Transformator-Anschlusstechnik, der Konstruktion, den Eigenschaften der Teilentladungswellenform, der Polaritätslokalisierung und den Diagnosetests ermöglicht dieses Wissen eine schnelle Ursachenermittlung und minimiert Qualitätsverluste.