Transformatoren sind ein wichtiger Bestandteil moderner Stromversorgungssysteme und gewährleisten eine effiziente Übertragung und Verteilung von Elektrizität. Ihre Zuverlässigkeit hängt stark von Schutzmechanismen ab, die die Risiken interner Transformatorfehler mindern sollen. Zu diesen Schutzmaßnahmen gehört das Ölstoßrelais (OSR), insbesondere zur Absicherung des Laststufenschalters (OLTC).

Der Laststufenschalter (OLTC) ist der mechanisch komplexeste Teil eines Transformators und regelt kontinuierlich die Spannung. Aufgrund der ständigen Schaltvorgänge und der elektrischen Belastung ist der OLTC sehr fehleranfällig, sodass ein spezieller Schutz unabdingbar ist.

Ölüberspannungsrelais in Transformatoren verstehen

Ein Ölstoßrelais ist eine fein kalibrierte, ölbetriebene Schutzvorrichtung, die speziell zum Schutz des OLTC vor plötzlichen internen Fehlern entwickelt wurde. Im Falle einer internen Anomalie, wie etwa einem Kurzschluss oder Lichtbogen innerhalb des OLTC, erkennt das Relais einen schnellen Anstieg des Isolieröls im Transformator und gibt einen sofortigen Auslösebefehl aus, wodurch der Transformator isoliert wird, bevor kleinere Fehler zu katastrophalen Ausfällen eskalieren.

OSRs unterscheiden sich deutlich von anderen Schutzrelais. Anders als das Buchholz-Relais, das Gasansammlungen oder Ölstandsänderungen im Haupttank überwacht, ist das OSR ausschließlich dem OLTC-Fach zugeordnet und wird normalerweise zwischen dem OLTC-Tank und seinem zugehörigen Ausdehnungsgefäß installiert.

Was ist ein Ölschwall?

Im Transformatorbetrieb bezeichnet ein Ölstoß eine plötzliche Ölverdrängung aufgrund einer schnellen Fehlerentwicklung. Wenn Öl durch den OSR fließt, wird eine Klappe oder ein Flügel ausgelenkt, wodurch elektrische Kontakte geschlossen werden und ein Alarm- oder Auslösekreis aktiviert wird. Dieser Stoß kann durch verschiedene Betriebsstörungen ausgelöst werden:

• Interne Fehler, wie Lichtbögen oder Wicklungskurzschlüsse innerhalb des OLTC, verursachen einen abrupten Druckanstieg.

• Thermische Transienten, wo schnelle Temperaturänderungen eine Flüssigkeitsbewegung verursachen.

• Mechanische Störungen im Stufenschaltersystem selbst, was den Ölfluss stören kann.

Die meisten kleineren Ölbewegungen sind harmlos und hängen mit Lastschwankungen oder Wärmeausdehnung zusammen. Echte Ölstöße, die durch echte Fehler verursacht werden, erfordern jedoch sofortige Aufmerksamkeit und schnelle mechanische Maßnahmen. Ölbewegungen können wie folgt klassifiziert werden:

• Normal: Langsame Änderungen durch Temperatur- oder Lastschwankungen.

• Mäßig: Vorübergehende Spannungsspitzen, möglicherweise durch kleinere Störungen.

• Schnell: Schnelle Spannungsspitzen durch schwere interne Fehler, die eine sofortige Trennung erfordern.

Unterscheidung zwischen einem Buchholzrelais und einem Ölstoßrelais

Viele Techniker verwechseln das OSR mit dem weit verbreiteten Buchholzrelais. Obwohl beide Schutzfunktionen in ölgefüllten Transformatoren erfüllen, unterscheiden sich ihre Aufgaben weitgehend, wie unten gezeigt:

Während beide wertvolle Komponenten schützen, bietet der OSR einen fein abgestimmten Hochgeschwindigkeitsschutz speziell für den mechanisch aktiven und häufig zyklischen OLTC.

Warum der OLTC einen speziellen Schutz benötigt

Der OLTC ist wohl das komplizierteste mechanische Subsystem eines Transformators. Er ist ständigen Kontaktbewegungen und Schaltvorgängen unter Last ausgesetzt, was ein hohes Potenzial für anhaltenden Verschleiß, Kontaktlichtbögen und letztendlich die Entstehung von Fehlern birgt.

Im Normalbetrieb des OLTC können geringe Gasmengen entstehen – genug, um in einem Standard-Relaissystem Fehlalarme auszulösen. Der OSR umgeht dieses Problem, indem er sich ausschließlich auf die Erkennung schwerer Flüssigkeitsstöße und nicht auf harmlose Gasansammlungen konzentriert. Dadurch werden unnötige Ausfälle und Wartungseingriffe drastisch reduziert.

Zu den häufigsten OLTC-Fehlermodi, die eine OSR-Auslösung auslösen können, gehören:

• Lichtbogenbildung zwischen Stufenschalterkontakten

• Kurzschlüsse im Umlenk- oder Wählmechanismus

• Überschläge mit Erdverbindung

• Akuter dielektrischer Durchschlag des Öls im OLTC-Fach

Solche Vorkommnisse können eine nahezu augenblickliche Ölverdampfung oder eine gewaltsame Flüssigkeitsverdrängung verursachen, wodurch Druckstöße entstehen, die den OSR aktivieren.

Wartungspraktiken: Sicherstellung der OSR-Zuverlässigkeit

Das Ölstoßrelais arbeitet passiv, bis ein Fehler auftritt. Das bedeutet, dass es unter normalen Betriebsbedingungen nur selten aktiviert wird. Dennoch sind regelmäßige Tests und Überprüfungen unerlässlich, um seine Betriebsbereitschaft sicherzustellen.

• Mechanische Kontrollen: Betätigen Sie die Testtasten oder betätigen Sie die Verbindung manuell (sofern dies konstruktionsbedingt möglich ist), um zu bestätigen, dass sich der interne Schwimmer oder das Paddel frei bewegt und die Schaltkontakte aktiviert.

• Elektrische Prüfung: Überprüfen Sie die Integrität des Auslösekreises durch Isolationswiderstandsmessungen (Megger) und Hochspannungstests (z. B. 2 kV für 60 Sekunden) – und zertifizieren Sie so die interne Isolierung und Schaltzuverlässigkeit des Relais.

• Ölanalyse: Insbesondere nach einem OSR-Ausfall sollten Sie das Transformatoröl beproben und untersuchen. Zu den üblichen Auswertungen gehören Durchschlagspannung (BDV), gelöste Gase (DGA) und PPM-Verunreinigungen. Diese Tests helfen festzustellen, ob eine Ölzersetzung stattgefunden hat und ob eine Filterung oder ein Austausch erforderlich ist.

• Vorbeugende Maßnahmen: Der Einsatz von Silicagel-Entlüftern und Filtersystemen trägt dazu bei, die Ölqualität langfristig aufrechtzuerhalten und das Eindringen von Feuchtigkeit und Partikelverunreinigungen zu minimieren.

Über die mechanische Wartung hinaus gewährleisten gelegentliche Überholungen der OLTC-Mechanismen oder wichtiger Transformatorkomponenten (und die Überholung der Elektromotoren der zugehörigen Antriebssysteme) die fortlaufende Betriebsintegrität. Die regelmäßige Revitalisierung des Transformatoröls, insbesondere Filter- und Dehydrationszyklen, erhält die dielektrische Leistung und verlängert die Lebensdauer.

Abschluss

Das Ölstoßrelais ist ein hochspezialisiertes Schutzgerät, das eine entscheidende Rolle für die Zuverlässigkeit von Transformatoren spielt. Durch die Erkennung schneller Ölstöße im OLTC-Bereich und die Reaktion innerhalb von Millisekunden verhindert das OSR, dass sich lokale Fehler zu großflächigen Transformatorausfällen ausweiten. Im Gegensatz zum Buchholzrelais können Betreiber Fehlerorte präzise identifizieren und so Ausfallzeiten und Wartungskosten reduzieren.