Ein Transformator kann innerhalb weniger Wochen ausfallen, wenn sein Isolieröl an Durchschlagfestigkeit verliert. Die Durchschlagprüfung ist der schnellste Weg, um festzustellen, ob das Öl der elektrischen Beanspruchung, für die es ausgelegt ist, noch standhält. Das Problem: Es gibt drei weit verbreitete Verfahren – ASTM D877, ASTM D1816 und IEC 60156 –, und ihre Ergebnisse sind nicht austauschbar. Dieser Leitfaden erläutert, worin sie sich unterscheiden, wann welches Verfahren anzuwenden ist und was zu tun ist, damit der Wert im Prüfbericht verlässlich ist.
Was die Durchschlagprüfung tatsächlich misst
Die Ölprobe wird in ein Prüfgefäß mit zwei Elektroden in festem Abstand gefüllt. Das Prüfgerät erhöht die Wechselspannung mit konstanter Geschwindigkeit, bis sich zwischen den Elektroden ein Lichtbogen bildet; diese Spannung ist die Durchschlagspannung, angegeben in kV. Neues, sauberes und trockenes Öl weist eine hohe Durchschlagfestigkeit auf. Gelöstes oder freies Wasser, Partikel (Zellulosefasern, Kohlenstoff, Metall), Schlamm und Luftblasen setzen sie herab.
Wichtig ist auch zu verstehen, was die Prüfung nicht aussagt: Sie ermittelt weder die Ursache der Alterung noch erkennt sie beginnende innere Fehler. Dafür wird sie ergänzt durch die Bestimmung des Wassergehalts nach Karl Fischer (ASTM D1533), der Neutralisationszahl (ASTM D974), der Grenzflächenspannung (ASTM D971), des Verlustfaktors der Flüssigkeit sowie durch die Analyse gelöster Gase (IEEE C57.104).
ASTM D877, ASTM D1816 und IEC 60156: die wichtigsten Unterschiede
Die drei Verfahren unterscheiden sich in Elektrodengeometrie, Elektrodenabstand, Spannungsanstiegsgeschwindigkeit und Anzahl der Durchschläge. Ein und dasselbe Öl liefert bei jedem Verfahren andere Werte; vergleichen Sie daher nur Ergebnisse, die nach demselben Verfahren ermittelt wurden.
| Parameter | ASTM D877 | ASTM D1816 | IEC 60156 |
|---|---|---|---|
| Elektroden | Flache Scheiben, 25.4 mm (1 in), mit rechtwinkligen Kanten | Kugelkalotte Typ VDE (Pilzform), 36 mm Durchmesser | Kugel- oder Kugelkalottenelektroden |
| Elektrodenabstand | 2.54 mm (0.100 in) | 1 mm oder 2 mm (0.040 oder 0.080 in) | 2.5 mm |
| Spannungsanstieg | 3 kV/s | 0.5 kV/s | 2 kV/s |
| Rühren | Nein | Ja, mit Rührflügel | Optional |
| Ergebnis | Mittelwert aus 5 Durchschlägen | Mittelwert aus 5 Durchschlägen | Mittelwert aus 6 Durchschlägen |
Die flachen Elektroden nach ASTM D877 erzeugen an den Rändern ein wenig homogenes Feld, und das Verfahren reagiert relativ unempfindlich auf geringe Mengen gelösten Wassers und feine Partikel. Die VDE-Elektroden nach ASTM D1816 erzeugen in Verbindung mit Rühren und einer langsamen Spannungsrampe ein homogeneres Feld und erkennen beginnende Verunreinigungen deutlich besser. IEC 60156 ist das Referenzverfahren in europäischen Spezifikationen und bei vielen asiatischen Herstellern.
Wann welches Verfahren anzuwenden ist
- ASTM D877: geeignet als Screening-Prüfung für Betriebsöl von Verteilungsbetriebsmitteln, zur Erkennung grober Verunreinigungen und zur Wahrung der historischen Vergleichbarkeit, wenn alle bisherigen Aufzeichnungen mit diesem Verfahren erstellt wurden.
- ASTM D1816: das geeignete Verfahren für Neuöl nach der Aufbereitung (Filtration, Entgasung und Trocknung), für die Eingangsprüfung des Öls vor dem Befüllen sowie für Leistungs- und Hochspannungstransformatoren, bei denen bereits geringe Mengen an Feuchtigkeit oder Partikeln relevant sind. IEEE C57.106 veröffentlicht auf diesem Verfahren basierende Grenzwerte für Neu- und Betriebsöl.
- IEC 60156: wenn der Transformatorhersteller, die Projektspezifikation oder die ausländische Konzernzentrale es fordern, typischerweise mit Abnahmekriterien nach IEC 60296 oder IEC 60422.
In Mexiko ist zudem die Norm NMX-J-123-ANCE (mexikanische Norm für mineralische Isolieröle) eine häufige Referenz bei Beschaffung und Wareneingangsprüfung. Die Abnahmegrenzwerte hängen von der Spannungsebene, der Ölart und der anwendbaren Norm ab; legen Sie stets das Kriterium des Herstellers oder des entsprechenden Leitfadens zugrunde, nicht einen pauschalen Wert.
Probenahme: wo die meisten Ergebnisse verloren gehen
Eine fehlerhafte Probenahme führt zu falschen Werten. Die maßgebliche Praxis ist ASTM D923:
- Saubere und trockene Behälter verwenden: Braunglasflaschen oder gasdichte Glasspritzen. Vermeiden Sie Kunststoffe, die Feuchtigkeit durchlassen können.
- Das Probenahmeventil vor dem Befüllen spülen, um Wasser und Sediment aus dem Totraum zu entfernen.
- Bei Regen, Nebel oder hoher Luftfeuchtigkeit nicht ohne Schutz Proben nehmen; das Öl nimmt rasch Wasser aus der Luft auf.
- Öl- und Umgebungstemperatur aufzeichnen: Die relative Feuchte des Öls ändert sich mit der Temperatur.
- Ohne großes Luftpolster befüllen und sofort verschließen. Ist die Probe kalt, lassen Sie sie verschlossen auf Labortemperatur kommen, bevor Sie sie öffnen, um Kondensation zu vermeiden.
Was das Ergebnis beeinflusst
Feuchtigkeit. Sie ist der dominierende Faktor. Entscheidend ist nicht nur der Gehalt in ppm, sondern die relative Sättigung: Derselbe Wassergehalt ist bei niedriger Temperatur schädlicher, weil das Öl dann näher an der Sättigung ist. Daher empfiehlt es sich, den Wassergehalt nach Karl Fischer zusammen mit der Durchschlagspannung zu messen.
Partikel. Zellulosefasern aus dem Isolierpapier, Kohlenstoff aus Lichtbögen in Stufenschaltern und Metallpartikel. Ihre Wirkung vervielfacht sich, wenn zusätzlich Feuchtigkeit vorhanden ist: Feuchte Fasern neigen dazu, sich im elektrischen Feld auszurichten und Brücken zu bilden.
Blasen und Gase. Ein hastig befülltes Prüfgefäß oder ein frisch entgastes, unsachgemäß gehandhabtes Öl ergibt niedrige und stark streuende Durchschlagwerte.
Prüfgefäß und Elektroden. Angefressene oder schlecht polierte Elektroden oder ein Elektrodenabstand außerhalb der Toleranz machen die Prüfung ungültig. Der Abstand ist mit Lehren zu prüfen, und das Prüfgefäß ist mit dem zu prüfenden Öl zu spülen.
Streuung. Weichen die einzelnen Durchschlagwerte stark voneinander ab, ist der Mittelwert nicht repräsentativ. Die Normen legen statistische Kriterien fest, anhand derer entschieden wird, ob die Prüfung mit einer neuen Ölfüllung zu wiederholen ist.
Wie oft geprüft werden sollte
Ein einheitliches Prüfintervall gibt es nicht. In der Praxis ist die Durchschlagprüfung üblicherweise Bestandteil der jährlichen Ölanalyse von Leistungstransformatoren und kritischen Verteiltransformatoren. Häufiger oder sofort sollte in folgenden Fällen geprüft werden:
- Vor dem Einschalten eines neuen oder reparierten Transformators sowie nach jeder Ölbehandlung oder Nachfüllung.
- Nach einem Fehler, einer Schutzauslösung oder einem anormalen Betriebszustand.
- Wenn ein früheres Ergebnis einen fallenden Trend zeigte oder der Wassergehalt ansteigt.
- Bei Betriebsmitteln mit hoher Last, in feuchter Umgebung oder mit Silikagel-Luftentfeuchtern in schlechtem Zustand.
Wertvoller als ein Einzelwert ist der Trend: dasselbe Verfahren, dieselbe Probenahmestelle und vergleichbare Bedingungen Jahr für Jahr.
Checkliste vor der Beauftragung der Prüfung
- Festgelegtes Verfahren (D877, D1816 oder IEC 60156) und festgelegt, wessen Abnahmekriterium gilt (Hersteller, IEEE C57.106, IEC 60422, interne Spezifikation).
- Sauberer, trockener Behälter, gespültes Ventil, aufgezeichnete Temperatur.
- Angeforderte ergänzende Prüfungen: Wasser, Neutralisationszahl, Grenzflächenspannung, Farbe, gelöste Gase.
- Historie früherer Ergebnisse für den Trendvergleich.
- Probenahme an unter Spannung stehenden oder freigeschalteten Betriebsmitteln durch qualifiziertes Personal, bei Bedarf mit Freischalten und Sichern (LOTO).
Häufig gestellte Fragen
Kann ich ein Ergebnis nach ASTM D877 mit einem nach ASTM D1816 vergleichen?
Nicht direkt. Elektrodengeometrie, Abstand und Spannungsrampe sind unterschiedlich, daher sind die ermittelten kV-Werte nicht gleichwertig. Verwenden Sie für die Trendbewertung stets dasselbe Verfahren.
Ersetzt die Durchschlagprüfung die Analyse gelöster Gase?
Nein. Die Durchschlagprüfung bewertet den Zustand des Öls als Isoliermedium; die Analyse gelöster Gase erkennt innere Fehler wie Überhitzungen oder Lichtbögen. Beide ergänzen sich.
Kann die Prüfung vor Ort durchgeführt werden?
Ja, mit tragbaren automatischen Prüfgeräten, sofern die Verunreinigung von Probe und Prüfgefäß kontrolliert wird. Für die Abnahme von Neuöl wird eine kontrollierte Umgebung empfohlen.
Bei CreativeIT Group führen wir Durchschlagprüfungen von Isolieröl vor Ort oder in unserem Labor in Monterrey durch – mit automatischen Prüfgeräten und auf NIST rückführbaren Ergebnissen. Wenn Ihr Audit oder Ihre Konzernzentrale es verlangt, können Sie bei den Prüfungen von Transformatorenöl im Beisein des Kunden anwesend sein oder sie mit Foto und Video dokumentiert erhalten. Zudem bieten wir Prüfgeräte für die Ölsäurezahl zur Ergänzung Ihres Instandhaltungsprogramms an. Fordern Sie Ihr Angebot an: Unsere Ingenieure führen die Analyse selbst durch und antworten noch am selben Tag.
