14 Aug
2025
Energeks
Funkenstrecke im Mittelspannungstransformator – ein Wächter, der manchmal wie der Schuldige aussieht
Stellen Sie sich vor, Sie betreten an einem nebligen, feuchten Morgen eine vorgefertigte Transformatorenstation. Die Luft ist schwer, im Hintergrund ist ein leises Brummen des Ventilators zu hören. Sie öffnen die Tür zum Mittelspannungsabteil, und Ihr Blick fällt sofort auf ein Bauteil – die Funkenstrecke.
Sie weist dunkle Schlieren, Brandspuren und ungleichmäßig verfärbte Elektroden auf. Wenn Sie bisher nur neue Geräte gesehen haben, könnten Sie sofort denken: „Wir haben einen Defekt.“
Tatsächlich kann es aber genau umgekehrt sein.
Diese Spuren müssen keinen Schaden bedeuten – sehr oft sind sie der Beweis dafür, dass die Funkenstrecke ausgelöst und den Transformator vor einer gefährlichen Überspannung geschützt hat.
So wie ein Sicherheitsgurt nach einem Aufprall Spuren der Belastung trägt, zeigt auch die Funkenstrecke nach einer Auslösung die Spuren des elektrischen Lichtbogens, der die Isolierung der Wicklungen gerettet hat.
Warum sprechen wir darüber?
Bei Energeks arbeiten wir mit Mittelspannungstransformatoren in unterschiedlichsten Umgebungen – von Industrieanlagen bis hin zu kommunalen Einrichtungen.
Viele Betreiber und Investoren wenden sich mit der Frage an uns:
„Ist es normal, dass die Funkenstrecke wie angebrannt aussieht?“
Oft lautet die Antwort: Ja, das ist normal, ja sogar erwünscht – vorausgesetzt, die Spuren bewegen sich innerhalb der vom Hersteller zulässigen Grenzen.
Unser Ziel ist klar:
Wir erklären, was eine Funkenstrecke ist, wie sie funktioniert, wann sie eine Intervention erfordert und wie sie zu warten ist, damit die Anlage auf höchstem Niveau geschützt bleibt.
In diesem Beitrag finden Sie:
Was genau eine Funkenstrecke ist und welche Funktionen sie erfüllt
Wie der Auslöseprozess abläuft – vom Auftreten einer Überspannung bis zur Ableitung der Energie
Warum Spuren auf der Funkenstrecke entstehen und was sie bedeuten
Unterschiede zwischen Funkenstrecke und Überspannungsableiter
Kriterien zur Unterscheidung normaler Gebrauchsspuren von tatsächlichen Schäden
Prüf- und Wartungsverfahren
Einfluss von Umgebungsbedingungen auf den Zustand der Funkenstrecke
Wann ein Austausch erforderlich ist
Die Bedeutung der Schulung von Betreibern
Perspektiven für die Weiterentwicklung des Überspannungsschutzes in der Zukunft
Lesezeit: ca. 15 Minuten
Was ist eine Funkenstrecke im Mittelspannungstransformator
Eine Funkenstrecke in einem Mittelspannungstransformator ist ein Bauteil des Überspannungsschutzes, das wie ein Sicherheitsventil für das elektrische Energieversorgungssystem funktioniert.
Ihre Konstruktion basiert auf zwei oder mehr Elektroden, die durch einen Luftspalt oder eine gasgefüllte Isolierung voneinander getrennt sind.
Funktionsprinzip:
Unter normalen Bedingungen liegt die Betriebsspannung unterhalb der Durchschlagsfestigkeit der Luft im Spalt, sodass die Funkenstrecke nicht leitet.
Tritt im Netz ein plötzlicher Spannungssprung auf (z. B. durch einen Blitzeinschlag in der Nähe, Schalthandlungen im Netz oder Leitungsfehler), übersteigt die Spannung zwischen den Elektroden den kritischen Wert – die sogenannte Zündspannung.
Es entsteht ein elektrischer Lichtbogen, der die Energie sicher zur Erdung ableitet und so die Wicklungsisolation des Transformators schützt.
Normen: Gemäß PN-EN 60099 und IEC 60099 müssen die Parameter der Funkenstrecke so gewählt werden, dass die Zündspannung deutlich über der Betriebsspannung des Netzes, aber unterhalb der Isolationsfestigkeit des Transformators liegt.
Labor-Funkenstrecke mit Flachelektroden/CC: Wikimedia Commons
Wie der Auslöseprozess einer Funkenstrecke abläuft – vom Auftreten der Überspannung bis zur Ableitung der Energie
Der Auslöseprozess einer Funkenstrecke in einem Mittelspannungstransformator ist ein äußerst dynamisches Phänomen, das sich im Mikrosekundenbereich abspielt, jedoch über die Sicherheit des Geräts – und oft der gesamten Station – entscheidet. Es lohnt sich, ihn Schritt für Schritt nachzuvollziehen, um zu verstehen, was sich tatsächlich in diesem kleinen Spalt zwischen den Elektroden ereignet.
2.1. Auftreten der Überspannung
Unter normalen Bedingungen ist die Betriebsspannung im Netz stabil und liegt deutlich unterhalb der Zündspannung der Funkenstrecke. Eine Überspannung tritt auf, wenn die Spannung plötzlich stark ansteigt – verursacht durch:
Blitzentladung (ein Blitzimpuls kann eine Anstiegszeit von etwa 1,2 µs und eine Amplitude von mehreren hundert kV haben)
Schaltvorgänge im Netz (Ein- oder Ausschalten großer Verbraucher, Umschalten von Netzabschnitten)
Kurzschlüsse an anderen Stellen des Netzes (Rückspannungsspitzen)
Ferroresonanz in Systemen mit Kapazitäten und Induktivitäten
Sobald die Spannung an den Klemmen der Funkenstrecke den kritischen Wert erreicht, beginnt der Initiierungsprozess.
2.2. Initiierung der Entladung – Ionisation des Mediums
Das Medium zwischen den Elektroden – meist Luft oder ein Inertgas in geschlossenen Ausführungen – wirkt zunächst als Isolator. Wird jedoch die sogenannte Durchbruchspannung überschritten (nach dem Paschen-Gesetz), beginnen die Gasmoleküle zu ionisieren. Elektronen werden im elektrischen Feld beschleunigt und schlagen bei Kollisionen mit Atomen weitere Elektronen heraus, wodurch eine Elektronenlawine entsteht.
Ab diesem Moment sinkt der Widerstand des Spalts rapide. In der Praxis vergehen vom Überschreiten der Zündspannung bis zum vollständigen Durchbruch nur wenige Nanosekunden bis einige Mikrosekunden.
2.3. Durchbruch und Entstehung des elektrischen Lichtbogens
Sobald die Elektronen- und Ionenlawine einen leitfähigen Pfad bildet, kommt es zum Durchbruch des Spalts – zwischen den Elektroden entsteht ein elektrischer Lichtbogen. Die Temperatur im Lichtbogenkanal erreicht sofort Werte von etwa 5000–6000 °C.
In diesem Zustand findet der Überspannungsstrom den Weg mit dem geringsten Widerstand zur Erdung. Die Stromstärken können betragen:
bei Blitzimpulsen – mehrere zehn Kiloampere (z. B. 8/20 µs gemäß Norm)
bei Schaltüberspannungen – einige hundert Ampere bis mehrere kA
2.4. Ableitung der Energie zur Erdung
Der elektrische Lichtbogen in der Funkenstrecke fungiert als Transportkanal, der die Energie der Überspannung aus dem Mittelspannungsnetz in das Erdungssystem leitet. Qualität und Widerstand der Erdung sind hierbei entscheidend – ein hoher Erdungswiderstand kann zu gefährlichen Schritt- und Berührungsspannungen in der Umgebung der Station führen.
In professionellen Anlagen werden für Mittelspannungsstationen Erdungen mit einem Widerstand von höchstens 2–4 Ω eingesetzt, gemäß den Anforderungen der Normen PN-HD 60364 und PN-EN 50522.
2.5. Lichtbogenlöschung und Rückkehr in den Ruhezustand
Nach der Ableitung der überschüssigen Energie fällt die Spannung im Stromkreis unter den Wert zur Aufrechterhaltung des Lichtbogens. Der Plasmakanal beginnt zu deionisieren – Ionen und Elektronen rekombinieren, die Temperatur sinkt, und der Spalt zwischen den Elektroden wird wieder isolierend. Die Löschzeit hängt u. a. ab von:
Bauart der Funkenstrecke (offen, geschlossen, Rohrtyp)
Druck und Zusammensetzung des Mediums
Abkühlgeschwindigkeit
2.6. Spuren nach der Auslösung – „Narben“ des Schutzes
Nach dem gesamten Vorgang sind auf den Elektrodenoberflächen die Auswirkungen des Lichtbogens sichtbar:
punktuelle Brandspuren an der Initiationsstelle
mikroskopisch kleine Materialverluste
Ablagerungen von Metalloxiden und Kohlenstoff
Dies sind genau die Spuren, die oft mit einem Defekt verwechselt werden. In Wirklichkeit sind sie in den meisten Fällen der Beweis für die wirksame Arbeit des Schutzsystems.
Warum Spuren auf der Funkenstrecke entstehen und was sie bedeuten
Spuren auf der Funkenstrecke sind ein Thema, das bei der Inspektion von Transformatorenstationen oft für Diskussionen sorgt. Für das ungeübte Auge können sie wie ein Zeichen für Abnutzung oder Beschädigung wirken. In Wirklichkeit sind sie in vielen Fällen nicht nur normal, sondern sogar erwünscht – sie zeigen, dass das Bauteil seine Aufgabe erfüllt und den Transformator vor einer Überspannung geschützt hat.
1. Ursprung der Spuren
Um zu verstehen, warum eine Funkenstrecke „Narben“ trägt, muss man sich den physikalischen Prozess während der Auslösung vor Augen führen. Im Moment der Überspannung kommt es zwischen den Elektroden der Funkenstrecke zum Durchschlag des Dielektrikums – meist Luft oder ein Gas innerhalb des Gehäuses. Es entsteht ein elektrischer Lichtbogen, dessen Temperatur im Kanal bis zu 5000–6000 °C erreichen kann.
Solche hohen Temperaturen verursachen:
mikroskopisches Verdampfen des Elektrodenmaterials – Metallatome gehen in die Gasphase über und kondensieren nach dem Abkühlen auf nahegelegenen Flächen als dunkler Belag
Oxidation des Metalls – in Gegenwart von Sauerstoff und hoher Temperatur entstehen Metalloxide mit dunkler Färbung
Pyrolyse organischer Partikel (falls sich in der Nähe Isoliermaterialien befinden), was zu Kohlenstoffablagerungen führt
Arten von Spuren
Die Spuren auf einer Funkenstrecke können unterschiedliche Formen annehmen – und ihr Erscheinungsbild liefert wertvolle Informationen über die Betriebsgeschichte des Bauteils.
a) Punktuelle Brandspuren – kleine dunkle Flecken an den Stellen, an denen der Lichtbogen initiiert wurde. Sie können bereits nach einem einzelnen Auslösen auftreten.
b) Großflächige Verfärbungen – entstehen, wenn die Funkenstrecke in kurzer Zeit mehrfach ausgelöst hat. Die Elektrodenoberfläche verfärbt sich infolge wiederholter Zyklen von Erhitzung und Abkühlung.
c) Kohlenstoff- oder Metallbelag – gebildet aus ausgerissenen Partikeln der Elektroden oder aus Verunreinigungen in der Luft. In Stationen nahe Industrieanlagen oder in Küstenregionen kann dieser Belag durch Salz oder Staub intensiver ausfallen.
d) Mattierung der Oberfläche – Ergebnis langjähriger Nutzung, bei der viele Mikroschäden die Struktur des Metalls verändern.
Bedeutung der Spuren – Interpretation
Nicht jede Spur ist ein Alarmsignal. Für die Beurteilung des Zustands einer Funkenstrecke ist es wichtig, Effekte normalen Betriebs von Anzeichen tatsächlicher Abnutzung zu unterscheiden.
Betriebsspuren – Beweis dafür, dass die Funkenstrecke ausgelöst und ihre Funktion erfüllt hat. Sie können leichte Brandspuren, Verfärbungen oder eine dünne, leicht entfernbare Belagsschicht umfassen.
Kritische Abnutzungsspuren – Risse im Keramik- oder Polymergehäuse, tiefe Materialverluste an den Elektroden, dauerhafte leitfähige Beläge, die den Isolationsabstand verringern und unkontrollierte Überschläge bei Betriebsspannungen verursachen können.
Ein Vergleich aus dem Alltag
Man kann die Funkenstrecke mit den Bremsbelägen eines Fahrzeugs vergleichen. Reibungsspuren bedeuten nicht, dass die Beläge sofort ersetzt werden müssen – im Gegenteil, sie zeigen, dass die Bremse funktioniert. Ein Austausch ist erst notwendig, wenn die Belagdicke unter den Grenzwert fällt oder strukturelle Schäden auftreten.
Genauso bei der Funkenstrecke – Verfärbungen und leichte Brandspuren sind normale „Betriebsspuren“ und kein Defekt.
Einfluss der Umgebung auf das Erscheinungsbild der Spuren
Die Spuren können je nach Einsatzumgebung der Station unterschiedlich aussehen:
hohe Luftfeuchtigkeit – fördert einheitlich dunkle Beläge
Salzgehalt der Luft – in Küstenregionen können Beläge dicker und leitfähiger sein
Industriebedingte Staubbelastung – verursacht graue oder braune Beläge, die manchmal schwerer zu entfernen sind
Warum die richtige Interpretation entscheidend ist
Eine falsche Interpretation kann zu zwei ungünstigen Szenarien führen:
Unnötiger Austausch – verursacht Kosten und Stillstände, obwohl das Bauteil noch einwandfrei funktioniert
Unterlassener Austausch – lässt eine verschlissene oder beschädigte Funkenstrecke im Einsatz, wodurch der Transformator beim nächsten Überspannungsereignis gefährdet wird
Wir empfehlen, den Zustand der Funkenstrecke bei jeder Inspektion zu dokumentieren (Fotos, Messwerte).
Unterschiede zwischen einem Funkenfänger und einem Überspannungsableiter
In der Elektroenergiebranche werden diese beiden Begriffe oft synonym verwendet, was bei Inspektionen, Ersatzteilbestellungen oder Gesprächen mit Investoren zu Missverständnissen führen kann.
Obwohl Funkenstreckenableiter und Überspannungsableiter funktional miteinander verbunden sind – beide dienen dem Schutz von Anlagen vor den Folgen von Überspannungen – unterscheiden sie sich in ihrer Rolle, ihrem Aufbau und ihrem Wirkungsbereich.
Funkenstreckenableiter – ein Bauteil, kein vollständiges Gerät
Ein Funkenstreckenableiter ist eine einzelne Komponente des Überspannungsschutzes. Er besteht aus zwei oder mehr Elektroden, die durch einen Luftspalt oder ein Gasfüllmedium voneinander getrennt sind. Seine Funktionsweise ist einfach und basiert auf dem Durchschlagen des Isoliermediums:
Im Normalbetrieb leitet er keinen Strom.
Wird die Zündspannung überschritten, kommt es zu einem Funkenüberschlag und die Energie wird zur Erdung abgeleitet.
Ein Funkenstreckenableiter allein kann keinen umfassenden Schutz vor allen Arten von Überspannungen gewährleisten, da er nur bei Überschreitung der Zündspannung reagiert. In Mittelspannungstransformatoren wird er meist als zusätzliches oder historisches Bauteil in älteren Konstruktionen eingesetzt.
Überspannungsableiter – vollständiges Überspannungsschutzgerät
Ein Überspannungsableiter (engl. surge arrester) ist ein vollständiges Gerät, das einen Funkenstreckenableiter enthalten kann, aber auch auf anderen Technologien basieren kann – am häufigsten auf Metalloxid-Varistoren (MOV – Metal Oxide Varistor).
Arten von Überspannungsableitern:
Funkenstreckenableiter-basierte Typen – ältere Lösungen, bei denen der Funkenstreckenableiter das Auslösen initiiert. Zusätzliche Bauteile (z. B. Widerstände) begrenzen den Strom nach der Zündung und löschen den Lichtbogen.
Funkenstreckenlose Typen – moderne Bauformen auf Basis von Zinkoxid-Varistoren mit stark nichtlinearer Kennlinie: Bei Betriebsspannung fließt nur ein minimaler Leckstrom, bei Überspannung sinkt der Widerstand abrupt und die Energie wird abgeleitet.
Warum Funkenstreckenableiter in Mittelspannungsstationen noch anzutreffen sind
Obwohl in neuen Projekten immer häufiger funkenstreckenlose Überspannungsableiter eingesetzt werden, findet man Funkenstreckenableiter noch in:
fertig montierten Mittelspannungsstationen aus den 1980er- und 1990er-Jahren,
Anlagen mit schrittweiser Modernisierung (bei der der Transformator, nicht jedoch die gesamte MS-Ausrüstung, ersetzt wurde),
Installationen mit begrenztem Budget, bei denen ein einfacher Schutz besser ist als gar keiner.
Zusammenarbeit von Funkenstreckenableiter und Überspannungsableiter
In manchen Anlagen arbeiten Funkenstreckenableiter und Überspannungsableiter zusammen:
Der Überspannungsableiter (z. B. MOV) reagiert auf kleinere, häufigere Schaltüberspannungen.
Der Funkenstreckenableiter fungiert als „letzte Schutzinstanz“ bei sehr hohen Überspannungen, etwa infolge eines Blitzeinschlags in unmittelbarer Nähe.
Diese Kombination ist besonders wirksam in Umgebungen mit hohem Risiko atmosphärischer Überspannungen.
Kurz gesagt – der Funkenstreckenableiter ist wie ein Zünder, der Überspannungsableiter wie das gesamte Schutzsystem. Der eine ist ein Bauteil, der andere eine integrierte Lösung. Das Verständnis dieses Unterschieds ist entscheidend, um den Zustand der Komponenten in der Station richtig zu bewerten und fundierte Serviceentscheidungen zu treffen.
Kriterien zur Unterscheidung normaler Gebrauchsspuren von tatsächlichen Schäden
Bei der Inspektion einer fertig montierten Mittelspannungsstation neigen viele dazu, beim Anblick dunkler Streifen, Brandspuren oder Ablagerungen auf einem Funkenstreckenableiter sofort einen Defekt zu vermuten. Eine korrekte Beurteilung erfordert jedoch nicht nur einen Blick auf Farbe und Optik, sondern auch auf geometrische Parameter, Materialzustand und Betriebshistorie. In der Elektroenergiebranche werden mehrere präzise Kriterien angewandt, um „Betriebsspuren“ von „Schadensanzeichen“ zu unterscheiden.
Visuelle Analyse – erste Beurteilungsstufe
Der erste Schritt ist eine genaue Betrachtung des Funkenstreckenableiters bei guter Beleuchtung, idealerweise mit einer Inspektionslampe.
Normale Gebrauchsspuren:
kleine punktuelle Brandspuren an den Stellen der Lichtbogeninitiierung,
leichte Verfärbungen der Elektrodenoberflächen,
dünne Schicht von Belägen, die sich leicht beim Reinigen entfernen lässt.
Schadensanzeichen:
Risse in keramischen oder polymeren Gehäuseteilen,
mechanische Verformungen der Elektroden,
sichtbar tiefe Aufschmelzungen.
Beurteilung des Elektrodenabstands
Jeder Funkenstreckenableiter hat einen vom Hersteller festgelegten Nennabstand zwischen den Elektroden, der entscheidend für die Zündspannung ist.
Zulässige Abweichung: in der Regel ±0,1–0,3 mm, abhängig vom Modell.
Verringerung des Abstands durch Erosion oder Ablagerungen kann die Zündspannung unter den Betriebswert senken – Risiko unkontrollierter Auslösung.
Vergrößerung des Abstands (z. B. durch mechanische Beschädigung) kann dazu führen, dass der Funkenstreckenableiter nicht rechtzeitig auslöst, wodurch der Transformator einem Durchschlag der Isolierung ausgesetzt wird.
Zustand der Isolieroberflächen
Bei offenen Funkenstreckenableitern dient Luft als Isoliermedium, keramische oder polymere Gehäuseteile übernehmen eine stützende und abstandsgebende Funktion.
Normale Anzeichen:
leichter, entfernbarer Oberflächenbelag,
keine sichtbaren Absplitterungen oder Risse.
Schadensanzeichen:
durchgehende Risse im Isolator,
Spuren von Oberflächendurchschlägen (charakteristische dunkle „Bahnen“ entlang des Isolators).
Art und Struktur der Ablagerungen
Ablagerungen entstehen durch Kondensation von Elektrodenmaterial und Partikeln aus der Umgebung.
Unkritische Ablagerungen – dünne, trockene Schicht, die nicht leitfähig ist und sich leicht mit einem trockenen Tuch oder einer antistatischen Bürste entfernen lässt.
Kritische Ablagerungen – dicke, kompakte Schicht mit potenziell leitfähigen Eigenschaften (insbesondere bei hoher Luftfeuchtigkeit). Solche Beläge können zu Leckströmen und vorzeitigen Auslösungen führen.
Betriebshistorie und Anzahl der Auslösungen
Einige Funkenstreckenableiter (insbesondere in integrierten Überspannungsableitern) sind mit einem Auslösezähler ausgestattet. Ein Wert nahe dem maximal zulässigen deutet auf ein baldiges Ende der Lebensdauer hin, auch wenn das Bauteil optisch in Ordnung ist.
Bei Funkenstreckenableitern ohne Zähler ist die fotografische Dokumentation bei vorangegangenen Inspektionen wichtig – sie erlaubt, die Verschlechterung des Zustands im Zeitverlauf zu erkennen.
Messung des Isolationswiderstands
Bei erweiterten Inspektionen wird der Isolationswiderstand zwischen den Elektroden mit Gleichspannung (z. B. 500 V DC) gemessen.
Typische Werte für ein intaktes Bauteil: mehrere hundert Megaohm.
Abfall auf unter einige Dutzend Megaohm kann auf leitfähige Beläge oder Mikrorisse hindeuten.
Normative Kriterien – wann ein Bauteil als defekt gilt
Normen wie PN-EN 60099 und IEC 60099 definieren, dass ein Überspannungsschutzelement als defekt gilt, wenn:
es in der Kontrollprüfung die deklarierte Zündspannung nicht erreicht,
mechanische Beschädigungen vorliegen, die die Betriebssicherheit beeinträchtigen können,
es einen dauerhaften Abfall der Isolationsparameter aufweist.
Praxisregel, wie wir sie bei Energeks oft anwenden:
Wenn sich die Spur entfernen lässt und das Bauteil seine geometrischen und Isolationsparameter beibehält – normaler Betriebseffekt.
Wenn die Spur dauerhaft ist und die Parameter von der Norm abweichen – Anlass zum Austausch.
Verfahren zur Inspektion und Wartung eines Funkenstreckenableiters in einem Mittelspannungstransformator
Die regelmäßige Kontrolle und fachgerechte Wartung von Funkenstreckenableitern in Mittelspannungsstationen gehört zu den einfachsten und zugleich wirksamsten Maßnahmen, um die Lebensdauer des Transformators zu verlängern und die Versorgungssicherheit zu gewährleisten. Vernachlässigungen in diesem Bereich können nicht nur zu kostspieligen Störungen führen, sondern auch ein Sicherheitsrisiko für das Bedienpersonal darstellen.
Wir empfehlen die Einführung eines strukturierten Prüf- und Wartungsablaufs.
1. Vorbereitung der Inspektion – Sicherheit hat Vorrang
Bevor Arbeiten am Funkenstreckenableiter beginnen, ist Folgendes sicherzustellen:
Trennen der Station vom Netz entsprechend den betrieblichen Vorschriften.
Spannungsfreiheit mit einem geprüften Spannungsprüfer feststellen.
Erdung und Kurzschluss der Mittelspannungsanlage, sofern dies durch die Vorschriften des Netzbetreibers gefordert wird.
Sicherstellen, dass das Personal persönliche Schutzausrüstung trägt (elektroisolierende Handschuhe, Schutzbrille, Helm, schwer entflammbare Kleidung).
2. Sichtprüfung – erste Stufe der Diagnose
Kontrolle des Zustands der Elektroden auf Verfärbungen, Brandspuren und Verformungen.
Prüfung der Isolatoroberfläche (Keramik oder Polymer) auf Risse, Sprünge und Anzeichen von Oberflächenüberschlägen.
Analyse von Ablagerungen – Feststellen, ob diese trocken und leicht entfernbar oder kompakt und potenziell leitfähig sind.
Energeks-Tipp: Eine Inspektionslampe mit fokussiertem Lichtstrahl erleichtert das Erkennen von Mikrorissen und Oberflächenunregelmäßigkeiten.
3. Messung des Elektrodenabstands
Durchführung mit Messschieber oder Fühlerlehre.
Vergleich des Ergebnisses mit den Angaben in der Betriebs- und Wartungsanleitung (DTR).
Ist der Abstand um mehr als 0,3 mm kleiner als der Nennwert, ist eine Reinigung oder ein Austausch erforderlich.
Ein zu großer Abstand (z. B. nach mechanischer Verschiebung) kann dazu führen, dass der Ableiter im Bedarfsfall nicht rechtzeitig anspricht.
4. Reinigung
Reinigung nur im spannungsfreien, trockenen Zustand durchführen.
Verwendung einer trockenen, weichen antistatischen Bürste oder eines Mikrofasertuchs.
Bei hartnäckigen Ablagerungen punktueller Einsatz von Isopropanol (IPA) auf das Tuch – niemals direkt auf den Ableiter auftragen.
Nach der Reinigung muss das Bauteil vollständig trocken sein, bevor es wieder unter Spannung gesetzt wird.
5. Fotodokumentation
Fotos aus drei Perspektiven aufnehmen: Front, Seite, Elektroden-Detail.
Datum, Stationsnummer und Feldnummer vermerken.
Vergleich mit früheren Aufnahmen zur Beurteilung der Alterungsrate.
Warum das wichtig ist: Die visuelle Historie eines Bauteils ermöglicht es, den optimalen Austauschzeitpunkt zu bestimmen – bevor es zu einem Ausfall kommt.
6. Elektrische Messungen (optional)
Bei ableitempfindlichen Modellen Messung des Isolationswiderstands:
Messgerät auf Prüfspannung 500 V DC einstellen.
Werte über 100 MΩ: sehr guter Zustand.
Werte unter 50 MΩ: zusätzliche Reinigung oder Austausch erforderlich.
7. Entscheidungskriterien für den Austausch
Ein Austausch ist notwendig, wenn:
Risse oder mechanische Schäden vorliegen.
Der Elektrodenabstand vom Nennwert abweicht und nicht korrigiert werden kann.
Trotz Reinigung leitfähige Ablagerungen verbleiben.
Die Isolationsparameter unter die zulässigen Werte gesunken sind.
8. Wartungsintervalle
Stationen in normaler Umgebung – Kontrolle alle 12 Monate.
Umgebung mit hoher Staub- oder Salzbelastung – Kontrolle alle 6 Monate.
Kritische Stationen für die Versorgungssicherheit – zusätzliche Inspektionen nach jedem Gewitter oder Netzstörung.
9. Bewährte Praktiken
Führen eines Wartungsregisters mit Angaben zu Zustand, Servicearbeiten und Messwerten.
Verwendung von Originalersatzteilen gemäß DTR.
Schulung des Personals in der Unterscheidung von Gebrauchsspuren und Schäden.
Einfluss der Umgebungsbedingungen auf den Zustand eines Funkenstreckenableiters
Die Wirksamkeit eines Funkenstreckenableiters hängt nicht nur von der Fertigungsqualität oder der fachgerechten Montage ab, sondern auch von der Umgebung, in der er betrieben wird. Eine Mittelspannungsstation kann an sehr unterschiedlichen Standorten installiert sein – im Stadtzentrum, in der Nähe eines Industriebetriebs, auf einem Hafengelände oder in der Umgebung eines Tagebaus. Jede dieser Umgebungen stellt spezifische Anforderungen.
Feuchtigkeit und Kondensation
Wirkmechanismus: Hohe Luftfeuchtigkeit, insbesondere bei niedrigen Temperaturen, führt zur Kondensation von Wasser auf Isolator- und Elektrodenoberflächen. Wasser – insbesondere mit gelösten Salzen oder Verunreinigungen – wirkt leitfähig und kann die Zündspannung verringern.
Folgen:
Vorzeitiges Ansprechen des Ableiters bei normalen Betriebsbedingungen.
Mineralische Ablagerungen nach Verdunstung des Wassers.
Beschleunigte Korrosion der Elektroden.
Empfehlungen:
Regelmäßige Inspektionen bei starken Temperaturschwankungen.
Überprüfung der Stationsbelüftung.
Einsatz hydrophober Beschichtungen in feuchten Umgebungen.
Salzhaltige Luft (Küstengebiete)
Wirkmechanismus: Feinste Salzkristalle aus der Meeresluft lagern sich auf Isolator- und Elektrodenoberflächen ab. Salz ist stark hygroskopisch und bindet Luftfeuchtigkeit, wodurch ein leitfähiger Film entsteht.
Folgen:
Reduzierung der Zündspannung um bis zu mehrere zehn Prozent.
Erhöhung der Ableitströme.
Bildung schwer entfernbarer Ablagerungen.
Empfehlungen:
Reinigung mindestens doppelt so häufig wie in Binnenlandstationen.
Verwendung geschlossener Bauformen oder Schutzabdeckungen.
Periodisches Spülen mit demineralisiertem Wasser und anschließendes Trocknen.
Industrielle Staubbelastung
Wirkmechanismus: Staub aus industriellen Prozessen (Zementwerke, Hütten, Kohlekraftwerke) setzt sich auf den Bauteilen ab. Viele dieser Partikel sind leitfähig oder halbleitfähig.
Folgen:
Erhöhte Ansprechhäufigkeit bei mittleren Überspannungen.
Erhöhtes Risiko von Oberflächenüberschlägen.
Beschleunigter Elektrodenverschleiß durch abrasiv wirkende Partikel.
Empfehlungen:
Einsatz von Luftfiltern in der Stationsbelüftung.
Reinigung alle 6 Monate oder häufiger bei starker Produktionstätigkeit.
Kontrolle der Isolatoroberflächen auf Mikroschäden.
Landwirtschaftliche Umgebungen und organische Staubbelastung
Wirkmechanismus: In der Nähe von Agrarbetrieben, Getreidetrocknungen oder Tierhaltungen ist die Luft mit organischen Partikeln angereichert. Diese können Fette oder Zucker enthalten, die nach Ablagerung auf Isolatoren eine klebrige Schicht bilden, welche Staub anzieht.
Folgen:
Bildung hochviskoser, schwer entfernbarer Beläge.
Lokale Leitfähigkeit bei hoher Luftfeuchtigkeit.
Beschleunigte Verschmutzung der Isolationsoberflächen.
Empfehlungen:
Chemische Reinigung mit milden Entfettungsmitteln (unter Beachtung der Sicherheitsvorgaben).
Regelmäßige Inspektionen während intensiver landwirtschaftlicher Arbeiten.
Extreme Temperaturen
Wirkmechanismus:
Hohe Temperaturen können zu thermischer Ausdehnung der Bauteile führen und dadurch den Elektrodenabstand geringfügig verändern.
Niedrige Temperaturen erhöhen das Kondensationsrisiko und verlangsamen die Verdunstung.
Folgen:
In heißen Klimazonen – beschleunigte Alterung von Schutzbeschichtungen.
In kalten Klimazonen – erhöhtes Risiko vorübergehend reduzierter Zündspannungen.
Empfehlungen:
Anpassung der Wartungsintervalle an saisonale Wetterbedingungen.
Einsatz UV-beständiger Materialien mit hoher Temperaturtoleranz.
Warum die Umgebungsbedingungen bei der Wartungsplanung zu berücksichtigen sind
Es gibt keinen universellen Wartungsintervall für alle Stationen – lokale Einflüsse können den notwendigen Prüfzyklus um bis zu 50 % verkürzen. Unsere Empfehlung:
Den Wartungsplan immer nach Analyse des Standorts, der Ansprechhistorie der Funkenstreckenableiter und der Erdungswiderstandsmessungen festlegen.
Wann sollte ein Funkenstrecken-Austausch erfolgen?
Die Funkenstrecke in einem Mittelspannungstransformator kann über viele Jahre zuverlässig arbeiten, wenn sie korrekt ausgewählt, installiert und gewartet wird. Wie jedes elektroenergetische Bauteil unterliegt sie jedoch Alterung und Verschleiß. Irgendwann liegen ihre Parameter nicht mehr innerhalb der vom Hersteller festgelegten Grenzwerte, und der weitere Betrieb kann die Sicherheit der gesamten Anlage gefährden.
Hauptgründe für den Austausch
a) Mechanische Beschädigungen
Risse im Keramik- oder Polymergehäuse, Brüche oder Verformungen der Elektroden, Lockerung von Befestigungselementen. Solche Schäden können zu unkontrollierten Lichtbogenüberschlägen oder zum Verlust der mechanischen Stabilität führen.
b) Verlust der geometrischen Parameter
Veränderung des Elektrodenabstands außerhalb der in der Betriebsanleitung (DTR) angegebenen Toleranz (oft ±0,3 mm). Ein zu geringer Abstand senkt die Zündspannung und verursacht vorzeitige Ansprechungen, ein zu großer erhöht das Risiko eines Ausbleibens der Reaktion bei Überspannungen.
c) Übermäßiger Materialverschleiß der Elektroden
Sichtbare Materialverluste, Vertiefungen und Oberflächenerosion als Folge mehrfacher Ansprechungen.
d) Dauerhafte leitfähige Ablagerungen
Ablagerungen aus Industriestaub, Salz oder Korrosionsprodukten, die auch nach Reinigung den Widerstand zwischen den Elektroden reduzieren. Besonders kritisch in feuchter Umgebung, da sich auch bei Betriebsspannung leitfähige Wege bilden können.
e) Verlust der Isoliereigenschaften
Messung des Isolationswiderstands zeigt einen Wert unter den empfohlenen Grenzwerten (z. B. <50 MΩ). Ursache können feine Risse im Isolator oder dauerhafte Verunreinigungen im Material sein.
Normative Austauschkriterien
Gemäß den Richtlinien der Normenreihe PN-EN 60099 und den Herstellerangaben ist die Funkenstrecke zu ersetzen, wenn:
die Zündspannung bei Prüfungen um mehr als ±10 % vom Nennwert abweicht,
die Anzahl der Ansprechungen den in der DTR angegebenen Grenzwert überschreitet,
mechanische Schäden die Betriebssicherheit beeinträchtigen,
die Isolationswerte unter die zulässigen Grenzwerte fallen.
Bedeutung der Betriebshistorie
Zwei optisch ähnliche Funkenstrecken können sich technisch in völlig unterschiedlichem Zustand befinden. Daher ist die Führung eines Wartungsprotokolls wichtig, in dem dokumentiert werden:
Inspektionsdaten,
Anzahl der Ansprechungen (sofern ein Zähler vorhanden ist),
Messergebnisse zu Elektrodenabstand und Isolationswiderstand,
Vergleichsfotos.
Diese Aufzeichnungen ermöglichen eine Prognose des optimalen Austauschzeitpunkts auf Basis der Verschleißgeschwindigkeit.
Wirtschaftlicher Aspekt
Die Kosten für den Austausch einer Funkenstrecke sind deutlich geringer als die Kosten für Reparatur oder Ersatz eines Transformators nach einem Ausfall ohne Überspannungsschutz. Vorbeugender Austausch ist immer wirtschaftlicher als Schadensbehebung.
Empfohlene Austauschzeitpunkte
Sofort – bei mechanischen Schäden, sichtbaren Rissen oder dauerhaften leitfähigen Ablagerungen.
Bei nächster geplanter Abschaltung – wenn Elektrodenabstand oder Isolationswiderstand nahe den Grenzwerten liegen.
Vorbeugend alle paar Jahre – in Umgebungen mit hohem Überspannungsrisiko und starker Verschmutzung, auch wenn die Funkenstrecke äußerlich intakt wirkt.
Bedeutung der Schulung von Bedienpersonal – eine Investition, die sich auszahlt
Wer schon einmal bei einer Inspektion in einer kompakten Transformatorenstation gearbeitet hat, weiß: Die Arbeit von Bedienern und Servicetechnikern findet nicht am Schreibtisch statt. Sie bedeutet, in enge Räume zu gehen – bei Hitze, Kälte oder nach einem Gewitter – mit Taschenlampe und voller Aufmerksamkeit für Details, die für das ungeübte Auge unsichtbar bleiben.
Deshalb betrachten wir bei Energeks die Schulung von Bedienpersonal nicht als „Schulungskosten“, sondern als strategische Investition in Sicherheit, Zuverlässigkeit und den reibungslosen Betrieb der gesamten Anlage.
Warum Wissen entscheidend ist
Fachwissen ermöglicht es:
normale Gebrauchsspuren an einer Funkenstrecke von Anzeichen eines Defekts zu unterscheiden,
Entscheidungen über Reinigung oder Austausch ohne unnötige Ausfallzeiten zu treffen,
eine präzise Dokumentation des Gerätezustands zu führen.
Ein Bediener, der versteht, wie und warum eine Funkenstrecke so aussieht, wie sie aussieht, handelt sicher und effizient – ohne zu raten und ohne übertriebene Vorsicht, die den Betrieb bremst.
Der Ketteneffekt guter Schulung
Ein geschultes Instandhaltungsteam:
erkennt echte Gefahren schneller,
vermeidet unnötige Austauschmaßnahmen „auf Verdacht“,
hält die Geräte langfristig auf voller Leistungsfähigkeit.
Respekt für Menschen in der Praxis
Überspannungsschutz funktioniert nicht ohne die Menschen, die ihn täglich kontrollieren. Selbst das beste Design und der teuerste Transformator sind nicht sicher, wenn das Bedienpersonal nicht über die nötigen Kompetenzen, Zeit und Werkzeuge verfügt, um sie zu pflegen.
Menschen sind die erste Schutzlinie. Die Funkenstrecke ist die zweite.
Mehrwert für den Betreiber
Für den Eigentümer oder Investor bedeutet ein geschultes Team:
geringeres Risiko von Ausfällen und Stillständen,
niedrigere Betriebskosten auf lange Sicht,
höhere Sicherheit, dass die Infrastruktur normgerecht arbeitet.
Unser Ansatz
Unsere Schulungen verbinden Theorie mit Praxis, zeigen Bauteile in verschiedenen Zuständen, erklären Phänomene verständlich und beantworten alle Fragen – unabhängig davon, wie einfach sie erscheinen mögen. Für uns ist Schulung kein Monolog, sondern ein Dialog, ein Erfahrungsaustausch und ein gemeinsamer Aufbau von Kompetenzen, die im Alltag echten Wert schaffen.
Zukunft des Überspannungsschutzes – Technologie und Menschen im selben Team
Der Überspannungsschutz, zu dem auch die Funkenstrecke gehört, vereint ingenieurtechnische Präzision mit menschlicher Aufmerksamkeit. Er entwickelt sich parallel zu den Stromnetzen, reagiert auf die Herausforderungen neuer erneuerbarer Energiequellen, auf den Betrieb in zunehmend variablen Umgebungen und auf die Notwendigkeit, die Stromversorgung in einer Welt sicherzustellen, die keine Unterbrechungen toleriert.
In modernen Mittelspannungsstationen werden Funkenstrecken künftig immer häufiger in hybriden Systemen mit MOV-Varistoren eingesetzt, in Überwachungssystemen, die Anzahl und Parameter der Ansprechungen erfassen, sowie in Gehäusen, die beständig gegen Salzbelastung, Feuchtigkeit und Industriestaub sind.
Wenn Sie derzeit eine neue Transformatorenstation planen, eine Netzmodernisierung vorbereiten oder ein Compliance-Audit ansteht – wir sind für Sie da. Besuchen Sie unseren Kontaktbereich, wenn Sie Unterstützung bei Auswahl, Wartung oder Dokumentation Ihrer Überspannungsschutzsysteme benötigen.
Wir helfen Ihnen, die richtige Lösung auszuwählen, zu testen, zu überprüfen und die Dokumentation so vorzubereiten, dass Ihre Geräte heute, in fünf Jahren und unter noch unbekannten Bedingungen störungsfrei arbeiten.
Sehen Sie sich unser Angebot an Mittelspannungstransformatoren an – mit Modellen gemäß PN-EN 60076, sofort verfügbar, mit vollständigen Routineprüfungen und optionalen Sondertests.
Werden Sie Teil der Energeks-Community auf LinkedIn.
Wir teilen unser Wissen nicht, um zu glänzen, sondern damit das Netz zuverlässig funktioniert.
Vielen Dank, dass Sie diesen Text bis zum Ende gelesen haben.
Wir hoffen, dass er nicht nur eine Wissensquelle war, sondern auch eine Inspiration, gezieltere Fragen zu stellen – denn diese sind der Treibstoff jeder Innovation.
QUELLEN:
IEEE Xplore – “Spark Gap Devices for Surge Protection”
CIGRÉ Technical Brochure No. 549 – “Surge Arresters and Spark Gap Technologies”
IEC 60099-4: Surge arresters – Part 4: Metal-oxide surge arresters without gaps for a.c. systems –
Bewertungen
Keine Bewertungen!
❮
❯