Routineinspektionen und Zustandsüberwachung sind unerlässlich, aber nicht alle Methoden liefern die nötigen Erkenntnisse, um Probleme frühzeitig zu erkennen. Für Hochspannungstransformatoren ist die Analyse gelöster Gase (DGA) das zuverlässigste und am weitesten verbreitete Diagnosetool. Durch die Analyse der im Isolieröl des Transformators gelösten Gase deckt die DGA versteckte elektrische und thermische Fehler auf, lange bevor sie sichtbar werden oder oberflächliche Schäden verursachen.

In diesem Artikel wird die Funktionsweise von DGA, die Arten von Problemen, die es erkennt, und die Gründe dafür erläutert, warum es den Grundstein für die vorausschauende Wartung von Hochspannungstransformatoren bildet.

Warum Inspektionen allein nicht ausreichen

Herkömmliche Prüfmethoden und externe Techniken wie die Infrarot-Thermografie sind zwar nützlich, können aber nur sichtbare oder oberflächliche Probleme erkennen. Ein Transformator kann von außen normal erscheinen, während im Inneren bereits eine starke Verschlechterung stattfindet.

Beispielsweise können bei einem Isolationsausfall Gase freigesetzt werden, ohne dass es zu unmittelbaren äußeren Symptomen kommt. Ebenso können Teilentladungen in Wicklungen oder Lichtbögen im Öl unsichtbar bleiben, bis sich der Fehler zu einem schwerwiegenden Ausfall ausweitet. Wenn eine Oberflächenerwärmung oder physikalische Veränderungen auftreten, ist der Schaden oft bereits groß.

Hier zeichnet sich DGA aus. Anstatt auf äußere Anzeichen zu warten, untersucht es direkt die chemischen Spuren im Transformatoröl und bietet so frühzeitige und genaue Hinweise auf interne Probleme.

Was ist eine gelöste Gasanalyse (DGA)?

DGA ist eine laborbasierte Diagnosemethode zur Analyse von im Isolieröl von Transformatoren gelösten Gasen. Wenn Isoliermaterialien oder Öl aufgrund elektrischer oder thermischer Belastung zerfallen, setzen sie Gase in messbaren Konzentrationen frei. Durch die Identifizierung dieser Gase und die Interpretation ihrer Verhältnisse können Ingenieure die Art des Fehlers im Transformator bestimmen.

Bei diesem Verfahren wird eine Ölprobe entnommen, die gelösten Gase extrahiert und mittels Gaschromatographie analysiert. Die Ergebnisse werden anschließend mit internationalen Normen wie IEC 60599 oder IEEE C57.104 verglichen. So können Experten den Zustand des Transformators einschätzen und Korrekturmaßnahmen empfehlen.

Fehlersignaturen in DGA

Verschiedene Gase entsprechen unterschiedlichen Fehlerzuständen, sodass DGA ein effektiver diagnostischer „Fingerabdruck“ für den Zustand des Transformators ist:

• Wasserstoff (H₂): Oft mit Teilentladung oder Koronaaktivität verbunden.

• Methan (CH₄) und Ethan (C₂H₆): Im Zusammenhang mit einer leichten Überhitzung des Öls oder der Isolierung.

• Ethylen (C₂H₄): Zeigt eine Überhitzung der Wicklungen oder Leiter durch hohe Temperaturen an.

• Acetylen (C₂H₂): Deutliche Anzeichen einer Lichtbogenbildung oder schweren elektrischen Entladung.

• Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO₂): Weist auf die Zersetzung von Dämmstoffen auf Zellulosebasis wie Papier oder Pressspan hin.

Durch die Analyse nicht nur des Vorhandenseins dieser Gase, sondern auch ihrer relativen Anteile können Wartungsteams zwischen harmlosen Alterungsprozessen und sich entwickelnden, gefährlichen Fehlern unterscheiden.

Warum DGA unverzichtbar ist

Die größte Stärke der DGA liegt in der Fähigkeit, Fehler frühzeitig zu erkennen. Im Gegensatz zu externen Inspektionen bietet sie einen direkten Einblick in den inneren Zustand eines Transformators. Da sie berührungslos arbeitet, ist weder eine Abschaltung noch eine Demontage erforderlich. Daher eignet sie sich auch für Transformatoren, die im Dauerbetrieb bleiben müssen.

Die Methode bietet zudem eine umfassende Abdeckung und erkennt thermische, elektrische und isolationsbezogene Probleme in einem einzigen Test. Sie basiert auf jahrzehntelanger Branchenerfahrung und Standardisierung, sodass die Ergebnisse weltweit einheitlich und vergleichbar sind. Für Anlagenmanager bedeutet dies geringere Risiken, eine längere Lebensdauer der Transformatoren und erhebliche Kosteneinsparungen durch die Vermeidung ungeplanter Ausfälle.

Wann sollte eine DGA durchgeführt werden?

Die DGA ist am effektivsten, wenn sie regelmäßig im Rahmen eines Zustandsüberwachungsprogramms durchgeführt wird. Viele Betreiber planen jährliche oder halbjährliche Tests, um zuverlässige Trends zu ermitteln. Sie sollte auch nach ungewöhnlichen Betriebsereignissen wie Systemfehlern, Blitzeinschlägen oder plötzlichen Lastspitzen durchgeführt werden, da diese zur Gasbildung im Transformator führen können.

Besonders wertvoll sind die Ergebnisse im Zeitverlauf. Ein einzelner Test liefert nützliche Informationen, doch eine langfristige Beobachtung zeigt, ob die Gaskonzentrationen stabil sind, allmählich ansteigen oder plötzlich in die Höhe schnellen. Diese Trendanalyse ermöglicht es den Betreibern, im richtigen Moment zu handeln – bevor sich ein sich entwickelnder Fehler zu einem kritischen Ausfall ausweitet.

Ergänzende Techniken

Obwohl die DGA das primäre Diagnoseinstrument für Hochspannungstransformatoren ist, wird sie nicht isoliert eingesetzt. Für eine umfassende Beurteilung des Transformatorzustands wird sie häufig mit anderen Tests kombiniert. Infrarot-Thermografie kann Überhitzung in externen Komponenten wie Durchführungen oder Kühlern erkennen. Die Wicklungswiderstandsprüfung erkennt geringfügige Veränderungen im Leiterzustand. Die Furananalyse gibt Aufschluss über den Abbau der Zelluloseisolierung, während die Feuchtigkeitsgehaltsprüfung das Vorhandensein von Wasser im Öl ermittelt, das die Durchschlagfestigkeit verringert.

Zusammen bilden diese Methoden eine umfassende Wartungsstrategie, bei der DGA im Mittelpunkt steht.

Anwendungen aus der Praxis

In verschiedenen Branchen und bei Versorgungsunternehmen hat sich DGA immer wieder bewährt. Stromerzeugungsanlagen verlassen sich darauf, um Transformatoren in Umspannwerken zu überwachen, wo Zuverlässigkeit unverzichtbar ist. Industrieanlagen schützen damit Produktionslinien vor unerwarteten Stromausfällen. Versorgungsunternehmen setzen DGA für ganze Transformatorflotten ein, um Wartungsbudgets zu priorisieren und die Lebensdauer der Anlagen zu verlängern. In vielen dieser Betriebe wird DGA auch durch Dienstleistungen wie die Überholung von Elektromotoren ergänzt, um sicherzustellen, dass sowohl Transformatoren als auch Motoren unter anspruchsvollen Bedingungen zuverlässig funktionieren.

In all diesen Fällen werden die relativ geringen Kosten regelmäßiger DGA-Tests durch die damit verbundenen Einsparungen in den Schatten gestellt – sei es durch die Vermeidung teurer Transformatorwechsel oder durch die Verhinderung ungeplanter Ausfälle, die zu Produktivitätsverlusten in Millionenhöhe führen könnten.

Best Practices für DGA-Programme

Um den Wert von DGA zu maximieren, sollten Unternehmen bewährte Best Practices befolgen:

• Achten Sie auf Konsistenz bei der Probenahme. Öl sollte immer unter kontrollierten Bedingungen gesammelt werden, um Verunreinigungen oder Gasverluste zu vermeiden.

• Verlassen Sie sich auf die Interpretation durch Experten. Gaskonzentrationen und -verhältnisse müssen von erfahrenen Fachleuten analysiert werden, die mit den Industriestandards vertraut sind.

• Integration mit anderen Diagnosen.Um ein möglichst genaues Bild zu erhalten, sollten die DGA-Ergebnisse zusammen mit elektrischen und thermischen Tests berücksichtigt werden.

• Verfolgen Sie langfristige Trends. Einzeltests sind nützlich, aber Trendanalysen über Monate und Jahre liefern den klarsten Einblick in den Zustand des Transformators.

• Reagieren Sie auf Frühwarnungen. Selbst kleine Abweichungen können auf ein sich entwickelndes Problem hinweisen; ein sofortiges Eingreifen ist immer kostengünstiger als eine Notfallreparatur.

Abschluss

Hochspannungstransformatoren sind lebenswichtige Anlagen, und ihr Ausfall kann enorme finanzielle und betriebliche Verluste verursachen. Die Gasanalyse (DGA) ist die effektivste Methode, um interne Fehler zu erkennen, bevor sie kritisch werden. Sie bietet Einblicke, die externe Inspektionen allein nicht liefern können.

Durch die Integration von DGA in ein strukturiertes Wartungsprogramm können Betreiber versteckte Fehler frühzeitig erkennen, Reparaturen strategisch planen und die Lebensdauer ihrer wertvollsten Geräte verlängern.