Wie man einen Leistungstransformator trocknet, ohne ihn zu demontieren

Trockenes Öl bedeutet nicht immer, dass auch die Wicklungsisolierung trocken ist. Feuchtigkeit kann wochenlang in der Zellulose-Isolierung eingeschlossen bleiben, selbst nachdem das Öl bereits akzeptable Feuchtigkeitswerte erreicht hat. Gerade an diesem scheinbar „akzeptablen“ Punkt kann ein Transformator bei der ersten plötzlichen Lasterhöhung oder einem Kurzschluss in einen Notbetriebszustand geraten. Der gegenteilige Fehler ist ebenso kostspielig: Ein Transformator wird für eine langwierige Demontage und Werkstatttrocknung außer Betrieb genommen, obwohl in Wirklichkeit einige Tage Behandlung mit einer mobilen Vor-Ort-Trocknungsanlage ausgereicht hätten. Dies geschieht in der Regel, weil kein objektives Kriterium existiert, um festzustellen, ob die Isolierung tatsächlich vollständig getrocknet ist.

Hier kommt die Logik der IEC 60422 ins Spiel, der grundlegenden internationalen Norm für die Wartung von Transformatorenöl. Die Norm bewertet den Zustand der Isolierung nicht anhand einer einzelnen Messung, sondern durch die Beobachtung, wie sich Parameter im Laufe der Zeit verändern. Ein allmählicher Trend ist oft deutlich aussagekräftiger als ein absoluter Wert, der noch innerhalb akzeptabler Grenzen liegt. Genau dieses Prinzip – die Bewertung des Trends anstelle einer einmaligen Messung – liefert ein objektives Kriterium dafür, wann der Trocknungsprozess wirklich abgeschlossen ist.

Warum die Isolierung auch ohne offensichtliche Ursachen feucht wird

Papier-Öl-Isolierung behält einen hohen Isolationswiderstand, eine hohe dielektrische Festigkeit und geringe dielektrische Verluste nur dann bei, wenn ihr Feuchtigkeitsgehalt niedrig bleibt. Zellulosepapier besitzt eine kapillare Struktur, wodurch es auch nach der Ölimprägnierung stark hygroskopisch bleibt. Transformatorenöl ist weniger hygroskopisch, nimmt aber dennoch Feuchtigkeit auf, und während des Betriebs wandert Wasser abhängig vom Temperaturprofil kontinuierlich zwischen der Feststoffisolierung und dem Öl.

In der Fertigungspraxis wird der Feuchtigkeitsgehalt der Zellulose-Isolierung nach der Werkstrocknung typischerweise auf etwa 0,5–1,0 % reduziert, was bereits nahe an der technologischen Grenze liegt. Von diesem Punkt an kann sich Feuchtigkeit während des Betriebs nur noch anreichern, abhängig von der Qualität der Kesselabdichtung, dem Zustand des Atmungstrockners, den Temperaturzyklen und der Belastung des Transformators.

Die Feuchtigkeitsanreicherung folgt auch saisonalen Mustern sowie Belastungsmustern. Die Ölfeuchtigkeit ist im Frühjahr und Herbst im Allgemeinen höher als im Sommer oder Winter, während der Feuchtigkeitsgehalt tendenziell zunimmt, wenn die Transformatorbelastung abnimmt. Folglich sind schwach belastete Transformatoren – die oft weniger betriebliche Aufmerksamkeit erhalten – häufig am anfälligsten für feuchtigkeitsbedingte Isolationsprobleme.

Wann Trocknung nicht mehr optional ist

Eine Transformatortrocknung wird notwendig, wenn:

• Spuren von freiem Wasser im Kessel oder am Aktivteil gefunden werden;
• der Transformator länger als ein Jahr ohne Öl oder ohne Ölnachfüllung verblieben ist;
• das anzeigende Silicagel vollständig von blau nach rosa gewechselt hat;
• das Aktivteil doppelt so lange wie zulässig der atmosphärischen Luft ausgesetzt war;
• eine korrektive Trocknung die Isolationsparameter nicht auf die erforderlichen Normen zurückführen kann.

Wenn sich die Transformatorbelastung schnell ändert, steigt die Isolationstemperatur, und die in der Zellulose eingeschlossene Feuchtigkeit verwandelt sich in Dampf. In relativ milden Fällen lockert der Dampf die Struktur des Isolierpapiers. Bei Kurzschlüssen hingegen erfolgt die Dampfbildung nahezu augenblicklich und erzeugt mechanische Spannungen, die die Isolierung erheblich beschädigen können. Beide Situationen beschleunigen die Alterung der Isolierung und erhöhen die Wahrscheinlichkeit eines dielektrischen Versagens erheblich – genau dann, wenn der Transformator bereits unter Notbetriebsbedingungen arbeitet.

Demontage ist nicht immer gerechtfertigt

Das Trocknen des Aktivteils in einem Ofen oder einer Vakuumkammer bleibt die umfassendste Wiederherstellungsmethode. Sie erfordert jedoch auch Demontage, Transport, längere Ausfallzeiten sowie erhebliche Arbeits- und Energiekosten.

Für Transformatoren, die lediglich erhöhte Feuchtigkeitswerte ohne kritische mechanische Schäden aufweisen, ist ein solcher Ansatz häufig wirtschaftlich nicht gerechtfertigt. Ist eine Demontage des Aktivteils nicht notwendig, ist die Vor-Ort-Trocknung in der Regel die praktischere Lösung.

Die Methode: LFD-Niederfrequenz-Heizgerät + CMM-4/7

Eine sehr effektive Kombination zum Trocknen von Transformatoren direkt am Umspannwerk ohne Transport besteht aus den folgenden Schritten.

1. Erwärmung der Wicklungen mit einem LFD-Niederfrequenz-Heizgerät

Das Funktionsprinzip des LFD-Systems ist einfach. Ein niederfrequenter Strom wird durch die Transformatorwicklungen geleitet, wodurch die Wicklungen selbst zur Wärmequelle werden. Die Erwärmung beginnt somit im Inneren des Aktivteils und erreicht die Standard-Trocknungstemperatur von +75 bis +120 °C.

Während sich die Isolierung erwärmt, wandert die in der Zellulose eingeschlossene Feuchtigkeit in das Transformatorenöl. Im Gegensatz zu externen Heizmethoden – wie der Zirkulation von heißem Öl oder der Verwendung erwärmter Luft – muss die Wärme nicht vom Kessel zu den Wicklungen wandern. Stattdessen wird sie direkt innerhalb der Isolierung selbst erzeugt, wodurch die Feuchtigkeit die Feststoffisolierung schneller und vollständiger verlassen kann.

2. Anschluss des CMM-4/7 im geschlossenen Kreislauf

Die Ölreinigungsanlage CMM-4/7 wird in einem geschlossenen Zirkulationskreislauf an den Transformator angeschlossen. Feuchtigkeitshaltiges Öl verlässt kontinuierlich den Transformatorkessel, durchläuft innerhalb der Anlage Erwärmung, Filtration und Vakuumentgasung und kehrt anschließend in trockenem Zustand zum Transformator zurück.

3. Kontinuierliche Zirkulation bis zur Stabilisierung der Feuchtigkeit

Der Zyklus läuft automatisch ab, während das LFD die erforderliche Wicklungstemperatur aufrechterhält und das UVM-4/7 kontinuierlich Feuchtigkeit aus dem zirkulierenden Öl entfernt.

Als Ergebnis wird nicht nur das Transformatorenöl getrocknet, sondern auch die feste Zellulose-Isolierung wird nach und nach getrocknet – was das eigentliche Ziel des gesamten Prozesses ist.

Warum diese Methode effektiver ist, als sie erscheint

Die durch Kern- und Wicklungsverluste erzeugte Wärme fließt natürlicherweise von der Mitte des Aktivteils zum Transformatorkessel. Die Feuchtigkeit folgt demselben thermischen Gradienten und bewegt sich mit dem Wärmestrom statt gegen ihn.

Der Luftspalt zwischen dem Aktivteil und dem Kessel wirkt zudem als thermische Isolierung und reduziert sowohl die Trocknungszeit als auch den Stromverbrauch.

Da der Zirkulationskreislauf vollständig geschlossen und kontinuierlich überwacht wird, wird die Ölfeuchtigkeit in Echtzeit gemessen, anstatt nach einer vorbestimmten Heizdauer geschätzt zu werden.

Aus diesem Grund basiert die Entscheidung, den Trocknungsprozess zu beenden, auf dem Trend der Ölfeuchtigkeitsreduzierung und nicht auf einer festen Betriebsdauer.

Die Kombination aus einem LFD-Niederfrequenz-Heizgerät und dem CMM-4/7 ermöglicht die Wiederherstellung der dielektrischen Eigenschaften der Transformatorisolierung, ohne das Aktivteil zu demontieren, und zwar vollständig vor Ort.

Dieser Ansatz ist besonders wertvoll, wenn die Wartungsvorschriften eine Außerbetriebnahme des Transformators noch nicht vorschreiben, die Feuchtigkeitstrends jedoch bereits auf eine Verschlechterung der Isolierung hinweisen. Die Verwendung des Feuchtigkeitstrends als objektives Kriterium für den Abschluss des Trocknungsprozesses vermeidet sowohl eine unzureichende Trocknung als auch unnötige zusätzliche Betriebsstunden und führt zu einem zuverlässigeren und wirtschaftlich effizienteren Wartungsverfahren.