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Ölgefüllte Transformatoren sind ständigen internen Bedrohungen ausgesetzt, die von außen unsichtbar bleiben: Gasentwicklung durch Isolationsdurchbruch, thermische Belastung der Wicklungen, Druckaufbau bei Fehlern und Eindringen von Feuchtigkeit durch Atmungszyklen. Das Schutzzubehör - Buchholzrelais, Druckentlastungsvorrichtung, Temperaturanzeiger und Kieselgelentlüfter - dient als sensorisches System des Transformators und erkennt Anomalien, bevor es zu einem katastrophalen Ausfall kommt.
Aus Sicht der Beschaffung macht dieses Zubehör weniger als 5% der gesamten Transformatorenkosten aus, entscheidet aber darüber, ob ein sich entwickelnder Fehler zu einem geplanten Wartungsereignis oder zu einem kompletten Anlagenverlust führt. Nach unserer Erfahrung bei der Inbetriebnahme von mehr als 200 ölgefüllten Transformatoren in industriellen Umspannwerken hat richtig spezifiziertes Zubehör stets frühzeitig vor internen Problemen gewarnt - oft wurden Probleme Tage oder Wochen vor dem Ansprechen anderer Schutzsysteme erkannt.
Bei der Evaluierung Stromverteilungstransformatoren, Behandeln Sie jedes Zubehörteil als eigenständige Spezifikation, die überprüft werden muss, und nicht als austauschbares Zusatzteil. In den folgenden Abschnitten wird jedes Gerät aus der Sicht des Käufers untersucht. Dabei werden Funktionsprinzipien, Spezifikationsparameter und Qualitätsindikatoren behandelt, die zuverlässige Geräte von Massenprodukten unterscheiden.
Ein Buchholz-Relais ist eine gasbetätigte Schutzeinrichtung, die in der Verbindungsleitung zwischen dem Haupttank eines Transformators und seinem Konservator installiert ist. Es erkennt beginnende Fehler durch Gasansammlung und Ölschwallanalyse - zwei unterschiedliche physikalische Phänomene, die unterschiedliche Fehlerschweregrade anzeigen.
Das Funktionsprinzip beruht auf einer grundlegenden Chemie: Durch interne Fehler werden Transformatorenöl und Zelluloseisolierung in Gase zersetzt. Bei Temperaturen über 300 °C zerfällt das Öl in Wasserstoff, Methan, Acetylen und andere Kohlenwasserstoffe. Kleinere Fehler wie Teilentladungen oder lokale Überhitzungen erzeugen Gase mit einer Geschwindigkeit von 50-100 cm³/Stunde. Schwere Lichtbogenfehler erzeugen explosive Gasmengen, die das Öl mit Geschwindigkeiten von über 0,7 m/s verdrängen.
Zweistufiger Schutzmechanismus
Das Relaisgehäuse enthält zwei Schwimmer-Elemente mit unterschiedlichen Funktionen:
Der obere Schwimmer reagiert auf allmähliche Gasansammlungen. Wenn sich Fehlergase in der Relaiskammer ansammeln und der Ölstand sinkt, kippt der Schwimmer und aktiviert einen Alarmkontakt. Diese Stufe wird in der Regel ausgelöst, wenn das angesammelte Gas 100-250 cm³ erreicht - dies ermöglicht eine Vorwarnung von Stunden oder Tagen, bevor ein ernsthafter Schaden entsteht.
Das untere Element - eine aufklappbare Klappe oder Schaufel - erkennt die schnelle Ölverschiebung bei größeren Fehlern. Wenn ein interner Lichtbogen eine plötzliche Gaserzeugung verursacht, lenkt der daraus resultierende Ölstoß dieses Element innerhalb von 50-100 Millisekunden aus und löst sofortige Auslösesignale des Leistungsschalters aus.
Spezifikations-Checkliste für Einkäufer
| Parameter | Typische Werte | Verifizierungspunkt |
|---|---|---|
| Anschluss der Rohre | DN50 / DN80 / DN100 | Muss dem Rohrdurchmesser des Konservierungsmittels entsprechen |
| Bewertung der Alarmkontakte | 250V AC, 0,5A | Überprüfen Sie die Kompatibilität der Eingänge der Relaistafel |
| Auslöseschaltleistung | 250V AC, 1,0A | Bestätigen Sie die Anforderungen für den Auslösekreis des Unterbrechers |
| Auslösegeschwindigkeit des Ölflusses | 0,7-1,2 m/s | Geeignet für die MVA-Leistung des Transformators |
| Gasauffangvolumen | 200-300 cm³ | Ausreichend für Probenahmen zur Analyse gelöster Gase |
| Test-Taster | Eingeschlossen | Unerlässlich für die Überprüfung der Inbetriebnahme |
Feldbeobachtungen in Bergbau- und petrochemischen Anlagen zeigen, dass die Alarmfunktion etwa 70% beginnende Fehler erkennt, bevor es zu einem katastrophalen Ausfall kommt. Die Auslösefunktion bietet einen Backup-Schutz für energiereiche Ereignisse, die zu einer sofortigen Gasbildung führen.
[Experteneinblick: Buchholz-Relais-Einbau]
- Das Montagerohr muss ein Gefälle von 1,5-3% in Richtung des Konservators aufweisen, um eine ordnungsgemäße Gasmigration zu gewährleisten.
- Gasentnahmehahn ermöglicht Analyse des gelösten Gases ohne Ausbau des Relais
- Fehlauslösungen entstehen häufig durch Lufteinschlüsse beim Einfüllen des Öls oder durch unsachgemäße Montagewinkel.
- Quecksilberschalter in älteren Relais erfordern eine Überprüfung des Füllstands; moderne Reed-Schalter sind stellungstolerant
Wenn katastrophale Fehler zu einer schnellen Gasentwicklung in einem Transformatorentank führen, steigt der Druck innerhalb von Millisekunden gefährlich an. Die Druckentlastungsvorrichtung (PRD) bietet einen mechanischen Schutz unabhängig von elektrischen Systemen - sie entlüftet Gase, bevor der Tank bricht.
PRD vs. Plötzliches Druckrelais
Es gibt zwei verschiedene Vorrichtungen für Überdruckbedingungen:
Das PRD-Ventil verwendet eine federbelastete Membran, die sich bei einem voreingestellten Druck öffnet - in der Regel 50-70 kPa über dem atmosphärischen Druck. Wenn es aktiviert wird, gibt es physisch Öl und Gas an die Atmosphäre ab und schließt sich dann automatisch (selbstdichtender Typ) oder bleibt offen (zerbrechlicher Scheibentyp). Die Reaktionszeit liegt unter 50 Millisekunden.
Das Druckstoßrelais (SPR) ist ein elektrisches Gerät, das eher die Druckanstiegsrate als den absoluten Druck erfasst. Es sendet Auslösesignale an Leistungsschalter, entlastet aber nicht den Druck. Viele Spezifikationen verlangen beides: SPR für schnelle elektrische Auslösung, PRD für mechanische Entlüftung.
Überlegungen zur Montage und Dimensionierung
PRDs werden am oberen Deckel oder an der oberen Seitenwand des Tanks montiert, wobei die Auslassöffnung von den Laufwegen des Personals weg zeigt. Die Größe korreliert mit der MVA-Nennleistung des Transformators und dem Ölvolumen - größere Einheiten erfordern eine größere Entlüftungskapazität, um einen Druckaufbau zu verhindern, der die baulichen Grenzen überschreitet.
Stellen Sie vor dem Versand sicher, dass die werkseitigen Bohrungen mit dem PRD-Flanschmuster übereinstimmen. Nachrüstungsinstallationen erfordern oft kundenspezifische Adapterplatten, wenn PRDs verschiedener Hersteller ersetzt werden.
Qualitätsindikatoren für Einkäufer
Transformatorwicklungen arbeiten wesentlich heißer als das umgebende Öl. Der Öltemperaturindikator (OTI) misst die Temperatur des Oberöls direkt, während der Wicklungstemperaturindikator (WTI) die heißeste Wicklungstemperatur mithilfe einer thermischen Simulationsmethode schätzt. Beide Messungen sind unverzichtbar - wer sich nur auf den OTI verlässt, unterschätzt die tatsächliche Isolationsbelastung unter Last um 15-30 °C.
Warum beide Indikatoren wichtig sind
OTI bietet eine einfache Messung über eine Thermometertasche in der Tankwand, die die Temperatur des Öls nahe der Oberseite des Tanks misst. Dieser Wert spiegelt die Leistung des Kühlsystems und die Umgebungsbedingungen wider, sagt aber nichts über die tatsächliche thermische Belastung der Wicklung aus.
WTI schließt diese Lücke durch das Prinzip des Wärmebildes. Ein Stromtransformator liefert einen reduzierten Strom an einen Heizwiderstand, der im Inneren der WTI-Thermometertasche montiert ist. Dieser Heizwiderstand sorgt für einen Temperaturanstieg, der proportional zu den I²R-Verlusten in der Wicklung ist, so dass der WTI-Messwert die Temperatur des heißesten Punktes annähernd wiedergibt, ohne dass ein in die Spule selbst eingebetteter Sensor erforderlich ist.
Wärmebild-Kalibrierung
Genaue WTI-Messungen erfordern eine ordnungsgemäße Kalibrierung bei der Konstruktion des Transformators:
Die Werksunterlagen sollten diese Parameter angeben. Eine Nachkalibrierung vor Ort ist möglich, erfordert jedoch detaillierte Kenntnisse der thermischen Auslegung von Transformatoren.
Einstellen von Alarm- und Auslöseschwellenwerten
Die Temperatursollwerte hängen von der Isolationsklasse und der Kühlmethode ab. Für die Standardisolierung der Klasse A (105°C thermische Grenze) in ONAN-gekühlten ölgefüllte Transformatoreneinheiten:
| Indikator | Alarmeinstellung | Einstellung der Reise | Überwachung Ziel |
|---|---|---|---|
| OTI | 85°C | 95°C | Temperatur des Oberöls |
| WTI | 105°C | 120°C | Simulierter Hottest-Spot |
Diese Werte entsprechen den Richtlinien für die thermische Belastung in IEEE C57.91. Die tatsächlichen Werkseinstellungen können je nach Transformatorenkonstruktion abweichen - überprüfen Sie die Dokumentation vor der Inbetriebnahme.
[Experteneinblick: Wartung von Temperaturanzeigern]
- Kapillarrohre, die fernmontierte Anzeiger verbinden, sind zerbrechlich - führen Sie sie von Verkehrsflächen weg.
- Jährliche Kalibrierungsprüfung unter Verwendung einer tragbaren Temperaturreferenz für kritische Einheiten empfohlen
- Die WTI-Messwerte können bei schnellen Lastwechseln aufgrund der thermischen Masse hinter der tatsächlichen Wicklungstemperatur zurückbleiben.
- Mehrkanalige Digitalanzeigen können beide Messungen mit programmierbaren Sollwerten zusammenfassen
Transformatorenöl dehnt sich bei Temperaturschwankungen aus und zieht sich zusammen, wodurch der Konservator durch die Entlüftungseinheit “atmet”. Ohne Feuchtigkeitsentzug führt jeder Atmungszyklus feuchte Luft ein, die die Durchschlagsfestigkeit des Öls beeinträchtigt und die Alterung der Zelluloseisolierung beschleunigt.
Wie der Entlüfter die Integrität des Öls schützt
Die einströmende Luft strömt durch eine mit Kieselgel gefüllte Kammer - einer porösen Form von Siliziumdioxid mit hoher Affinität für Wasserdampf. Das Gel adsorbiert Feuchtigkeit, bevor die Luft den Luftraum des Konservators erreicht, und hält den Feuchtigkeitsgehalt des Öls unter den kritischen Grenzwerten. Nach Angaben von IEC 60076 Normen für Transformatoren, Feuchtigkeit im Öl verringert die dielektrische Durchschlagsspannung erheblich und verkürzt die Lebensdauer der Isolierung.
Zu den alternativen Konstruktionen gehören hermetisch versiegelte Konservatoren mit Gummiblasen oder Membranen, die die atmosphärische Atmung vollständig ausschließen. Diese Systeme sind teurer, bieten aber einen besseren Feuchtigkeitsschutz für Transformatoren in feuchten Umgebungen.
Konstruktion und Funktion des Ölbechers
Standard-Entlüfter bestehen aus einer transparenten Glas- oder Kunststoffkammer, die austauschbare oder regenerierbare Silikagelpatronen enthält. Die Öltasse an der Basis des Entlüfters bietet eine sekundäre Feuchtigkeitsbarriere - einströmende Luftblasen werden durch ein flaches Becken mit sauberem Transformatorenöl geleitet, bevor sie die Gelkammer erreichen.
Die Wartung des Ölbehälters ist entscheidend. Ein leerer oder verschmutzter Becher lässt ungefilterte Luft in das System eindringen. Füllen Sie dieselbe Ölspezifikation ein, die auch im Haupttank verwendet wird.
Kriterien für die Auswahl des Entlüfters
Instandhaltung Realität
Die Farbe des Kieselgels zeigt den Zustand der Feuchtigkeitssättigung an. Frisches Gel erscheint je nach Indikatortyp blau oder orange; gesättigtes Gel wird rosa oder farblos.
Die Häufigkeit des Austauschs ist je nach Klima sehr unterschiedlich:
Die Regeneration durch Erhitzen des Gels auf 120-150°C stellt die Adsorptionskapazität für 3-5 Zyklen wieder her, bevor ein Austausch erforderlich wird. Dokumentieren Sie den Regenerationsverlauf, um den Abbau des Gels im Laufe der Zeit zu verfolgen.
Über die Spezifikationen der einzelnen Geräte hinaus hängt der erfolgreiche Schutz von Transformatoren von der richtigen Integration des Zubehörs in das allgemeine Schutzsystem ab.
Überprüfung der Einhaltung von Normen
Verlangen Sie Unterlagen zum Nachweis der Einhaltung der geltenden Normen:
Es gibt keine einzige internationale Norm, die für alle Transformatorenzubehörteile gilt. Einige Hersteller verweisen auf regionale Normen oder interne Spezifikationen - prüfen Sie, ob diese gleichwertige Schutzniveaus bieten.
Werkseitige Verdrahtung und Klemmenkompatibilität
Bestätigen Sie diese Integrationspunkte vor dem Versand:
Inkompatible Klemmenanordnungen, die während der Inbetriebnahme entdeckt werden, verursachen kostspielige Verzögerungen und Änderungen vor Ort.
Ersatzteile und langfristige Verfügbarkeit
Das Zubehör für Transformatoren muss während der 25- bis 30-jährigen Lebensdauer der Anlage regelmäßig gewartet werden. Überprüfen:
Proprietäre Komponenten aus ausgelaufenen Produktlinien bereiten auch noch Jahrzehnte nach der Installation Probleme bei der Wartung.
XBRELE liefert ölgefüllte Verteiltransformatoren mit werkseitig installierten und geprüften Zubehörpaketen, die entsprechend den Projektanforderungen konfiguriert werden. Zu den Standardkonfigurationen gehören ein Buchholz-Relais, eine Druckentlastungsvorrichtung, ein Wicklungstemperaturanzeiger, ein Öltemperaturanzeiger und ein Silikagel-Entlüfter mit Ölbecher - alles wird mit Kalibrierungsunterlagen und Prüfzertifikaten geliefert.
Wir bieten technische Unterstützung bei der Anpassung von Zubehörspezifikationen, insbesondere bei Installationen mit nicht standardmäßigen Umgebungsbedingungen oder Anforderungen an Schutzsysteme. Benutzerdefinierte Konfigurationen berücksichtigen Höhen-Derating, extreme Temperaturbereiche und Schnittstellenkompatibilität mit bestehenden Schaltanlagen-Steuerungssystemen.
Kontaktieren Sie unser technisches Team als vertrauenswürdigen Verteilungstransformatorhersteller für Angebote für Transformatoren mit vollständigen, auf Ihre Projektanforderungen abgestimmten Zubehörspezifikationen.
F: Wie kommt es, dass ein Buchholz-Relais Fehlalarme auslöst?
A: Die häufigsten Ursachen sind Lufteinschlüsse während der Öleinfüllung, ein falscher Montagewinkel des Relais, der mehr als 3° von der Horizontalen abweicht, und externe Vibrationen von nahe gelegenen Geräten. Ordnungsgemäße Inbetriebnahmeverfahren einschließlich vollständiger Entlüftung und Überprüfung der Montage verhindern die meisten Fehlanzeigen.
F: Wie erkenne ich, wann Silikagel ersetzt werden muss?
A: Achten Sie auf den Farbwechselindikator - wenn das blaue oder orangefarbene Gel rosa oder farblos wird, signalisiert dies eine Feuchtigkeitssättigung. In feuchten Klimazonen sollten Sie mit einem Austauschintervall von 6-12 Monaten rechnen; in trockenen Umgebungen kann der Austausch 2-3 Jahre dauern. Ersetzen Sie das Gel, wenn etwa zwei Drittel des sichtbaren Gels die Farbe gewechselt hat.
F: Kann WTI auch ohne den Stromwandleranschluss funktionieren?
A: Das WTI zeigt nur die Öltemperatur an, nicht die simulierte Hotspot-Temperatur der Wicklung. Ohne CT-gespeisten Heizstrom ist die Wärmebildfunktion deaktiviert und die Messwerte unterschätzen die tatsächliche Wicklungstemperatur unter Last um 15-30°C. Dadurch wird der Zweck der Überwachung der Wicklungstemperatur verfehlt.
F: Wie hoch ist die typische Lebensdauer von Transformatorenzubehör?
A: Buchholz-Relais und Temperaturanzeigen halten bei regelmäßiger Kalibrierungsprüfung in der Regel 20-25 Jahre. PRD-Dichtungen müssen je nach Materialverschlechterung alle 10-15 Jahre ausgetauscht werden. Kieselgel-Belüfter müssen je nach Sättigung und nicht nach Kalenderzeit ausgetauscht werden.
F: Sollte ich PRDs mit selbstdichtenden oder zerbrechlichen Scheiben verwenden?
A: Selbstdichtende PRDs ermöglichen die Wiedereinschaltung des Transformators nach kleineren Überdruckereignissen nach einer Inspektion. Schmelzbare Scheiben müssen nach jeder Aktivierung ausgetauscht werden, bieten aber eine zuverlässigere Öffnung bei präzisen Druckeinstellungen. In kritischen Umspannwerken werden häufig selbstdichtende Typen eingesetzt, um die Ausfalldauer zu minimieren.
F: Sind die Kontaktwerte für Zubehörteile herstellerübergreifend standardisiert?
A: Die Spannungs- und Stromwerte der Kontakte variieren je nach Hersteller und Modell. Übliche Werte sind 250 V AC bei 0,5-1,0 A für Alarmkontakte und 250 V AC bei 1,0-2,0 A für Auslösekontakte. Vergewissern Sie sich vor der Beschaffung immer, dass die Nennwerte mit den Eingangsspezifikationen Ihrer Relaisschalttafel übereinstimmen, um Schnittstelleninkompatibilität zu vermeiden.
F: Wie überprüfe ich die Qualität des Zubehörs, wenn ich Angebote vergleiche?
A: Verlangen Sie werksseitige Baumusterprüfbescheinigungen, Materialzertifikate für ölbenetzte Komponenten und Kalibrierungsunterlagen mit Rückverfolgbarkeit auf nationale Metrologienormen. Lieferanten, die diese Unterlagen nicht vorlegen können, bieten möglicherweise nicht zertifizierte oder gefälschte Produkte an, die die Zuverlässigkeit des Schutzes beeinträchtigen.
