Der Winter kommt selten mit Getöse.

Häufiger schleicht er sich leise an.

Zuerst ein paar kühle Morgen.

Dann Feuchtigkeit, die selbst am Mittag nicht verschwindet.

Und am Ende kleine Signale, die leicht zu ignorieren sind. Der Transformator arbeitet. Die Parameter liegen noch im Normbereich. Nichts heult. Nichts funkt. Und genau dann beginnt das Problem.

Die Kondensation von Wasserdampf im Transformatorbehälter zeigt keine spektakulären Symptome.

Sie schaltet nicht an einem Tag das Netz ab. Sie sendet keine SMS-Alarme. Sie wirkt wie eine langsame Korrosion des Vertrauens. Indem sie sich an den Behälterwänden, in der Papierisolation und im Öl sammelt, vermindert sie systematisch die elektrische Durchschlagsfestigkeit des Systems.

Es ist ein Thema, das jeden Winter zurückkehrt. Und fast immer dann, wenn es bereits zu spät ist.

Seit Jahren arbeiten wir mit Mittelspannungstransformatoren unter realen Betriebsbedingungen.

Wir haben Transformatoren gesehen, die elektrisch korrekt dimensioniert waren, die EcoDesign Tier 2-Anforderungen erfüllten, über eine vollständige Dokumentation verfügten und mit neuem Öl befüllt waren.

Und dennoch begannen sie nach zwei oder drei Wintersaisonen Probleme zu bereiten.

Der gemeinsame Nenner war sehr oft Feuchtigkeit.

Die Kondensation von Wasserdampf ist kein Produktionsfehler. Sie ist ein physikalisches Phänomen.

Dieser Text ist für alle, die verstehen wollen, was wirklich im Winter im Transformatorbehälter geschieht und wie man dem entgegenwirken kann, bevor der stille Killer beginnt, Verluste zu verursachen.

Nach der Lektüre werden Sie wissen, woher das Wasser im Transformator kommt, warum sich das Problem im Winter verschärft, welche realen Konsequenzen für die Isolierung bestehen und wie man das Risiko durch Konstruktion und Betrieb begrenzen kann.

Lesezeit: 12 Minuten

Woher kommt der Wasserdampf im Transformatorbehälter?

Luft enthält immer Wasser.

Selbst dann, wenn sie trocken erscheint.

Die relative Luftfeuchtigkeit ist kein abstrakter Parameter aus der Wettervorhersage. Es ist die tatsächliche Menge an Wasserdampf, die kondensieren kann, wenn die Temperatur sinkt.

Der Transformatorbehälter ist ein geschlossener Raum, aber selten ist er im physikalischen Sinne absolut dicht. Selbst hermetische Konstruktionen weisen Mikrophänomene der Diffusion auf.

Hinzu kommen Momente des Öffnens, Transport, Montage, das Befüllen mit Öl und Servicearbeiten.

Wenn Luft mit einer bestimmten Feuchtigkeit in das Behälterinnere gelangt und anschließend die Temperatur der Behälterwände sinkt, beginnt der Wasserdampf zu kondensieren.

Der Taupunkt wird oft schneller erreicht, als wir erwarten.

Im Winter arbeitet dieser Mechanismus erbarmungslos.

Tagsüber arbeitet der Transformator, das Öl erwärmt sich und die Luft im Inneren erhöht ihre Fähigkeit, Feuchtigkeit aufzunehmen.

Nachts kühlt alles ab.

Der Wasserdampf sucht die kühlste Oberfläche.

Meistens sind dies die oberen Bereiche des Behälters und strukturelle Komponenten.

Warum der Winter ein Katalysator für das Problem ist

Der Winter ist eine Jahreszeit mit großen Temperaturamplituden. Ein Unterschied von mehreren zehn Grad zwischen Tag und Nacht ist nichts Ungewöhnliches. Für den Transformator bedeutet dies ein zyklisches "Atmen" des Öl- und Luftvolumens.

Ein Schlüsselbegriff hier ist der Taupunkt. Das ist die Temperatur, bei der Luft mit einer bestimmten relativen Feuchtigkeit nicht mehr in der Lage ist, Wasserdampf im gasförmigen Zustand zu halten.

Beispielsweise erreicht Luft mit einer relativen Feuchtigkeit von 60 % bei einer Temperatur von 20° C ihren Taupunkt bereits bei etwa 12 Grad.

Das bedeutet, dass jede Oberfläche, die kälter ist als diese Schwelle, zu einem Ort der Kondensation wird.

Die Wände eines Transformatorbehälters haben im Winter sehr oft eine deutlich niedrigere Temperatur als die Luft im Inneren. Besonders die oberen Bereiche des Behälters, die Deckel und strukturelle Elemente, die über den Ölspiegel hinausragen. Dort kondensiert der Wasserdampf zuerst.

Bei atmenden Transformatoren bedeutet jede Abkühlung das Einsaugen von Außenluft. Wenn der Lufttrockner verschlissen, falsch dimensioniert oder schlichtweg vergessen ist, gelangt Feuchtigkeit ins Innere. Bei Temperaturen nahe dem Gefrierpunkt sinkt die Fähigkeit der Luft, Wasserdampf zu speichern, drastisch, sodass die Kondensation fast sofort erfolgt.

Bei hermetischen Transformatoren ist das Phänomen subtiler, aber es existiert dennoch. Das Öl verändert sein Volumen mit der Temperatur.

Bei einem Temperaturabfall von 20° C kann das Ölvolumen um etwa 1 % schrumpfen.

In einem Behälter mit einem Fassungsvermögen von mehreren tausend Litern bedeutet dies reale Veränderungen des Drucks und der Belastung der Dichtungen.

Feuchtigkeit tritt nicht durch die Tür ein, sondern durch das Fenster der Physik. Die Diffusion von Wasserdampf durch Dichtungsmaterialien ist langsam, aber nicht gleich null. Der Winter gibt ihr Zeit und günstige Bedingungen.

Zudem arbeitet der Transformator im Winter oft mit höherer Last. Wärmepumpen, elektrische Heizungen, Ladeinfrastruktur für Fahrzeuge. Mehr Wärme am Tag, mehr Kälte in der Nacht.

Ideale Bedingungen für Kondensation.

Was geschieht mit dem Wasser nach der Kondensation?

Wasser im Transformatorbehälter verhält sich nicht wie eine Pfütze auf Beton. Sein Schicksal hängt von vielen Faktoren ab.

Ein Teil des kondensierten Wassers rinnt die Behälterwände hinab und gelangt in das Öl.

Transformatoröl hat eine begrenzte Fähigkeit, Wasser zu lösen.

Bei einer Temperatur von etwa 20° C liegt diese in der Größenordnung von einigen zehn ppm*.

*ppm = parts per million - entspricht 1 Milligramm pro Liter Substanz (mg/l) oder 1 Milligramm pro Kilogramm (mg/kg) Wasser

Überschüssiges Wasser wandert in die Papierisolation.

Und Elektroisolierpapier wirkt wie ein Schwamm. Einmal aufgenommene Feuchtigkeit ist nur sehr schwer wieder zu entfernen.

Jedes Prozent an Wassergehalt im Papier verringert dessen elektrische Durchschlagfestigkeit drastisch und beschleunigt die Alterung. Es handelt sich nicht um einen linearen Prozess.

Es ist eine Kurve, die plötzlich steil ansteigt.

Öl und Feuchtigkeit. Ein toxisches Duo

Transformatoröl erfüllt zwei Schlüsselfunktionen. Es isoliert und kühlt. Feuchtigkeit beeinträchtigt beide zugleich.

Die Löslichkeit von Wasser in Transformatoröl hängt stark von der Temperatur ab.

Bei einer Temperatur von 20° C kann typisches Mineralöl etwa 30 bis 50 ppm Wasser lösen.

Bei 60° C kann dieser Wert auf das Dreifache ansteigen.

Das bedeutet, dass das Öl tagsüber Feuchtigkeit aufnimmt und nachts, wenn die Temperatur sinkt, beginnt, überschüssiges Wasser auszuscheiden.

Bereits ein geringer Anstieg des Wassergehalts im Öl führt zu einem Abfall der Durchschlagspannung.

Bei einem Gehalt von 20 ppm kann die Durchschlagspannung über 60 kV betragen.

Bei 40 ppm sinkt sie oft unter 40 kV.

Das ist ein Unterschied, der unter Kurzschlussbedingungen über das Überleben oder das Versagen der Isolierung entscheidet.

Im Winter ist der trügerische Effekt einer scheinbaren Verbesserung heimtückisch.

Bei der Entnahme einer Ölprobe bei niedriger Temperatur kann ein Ergebnis erhalten werden, das einen geringeren Gehalt an gelöstem Wasser anzeigt. Ein Teil der Feuchtigkeit befindet sich dann bereits im Papier oder in Form von Mikrotröpfchen, die Standarduntersuchungen nicht immer erfassen.

Hinzu kommt die beschleunigte Alterung des Öls.

In Anwesenheit von Wasser und erhöhter Temperatur steigt die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen.

Es bilden sich Säuren. Die Säurezahl steigt.

Das Öl verliert seine Eigenschaften schneller, als die IEEE-Norm vorhersagt.

Öluntersuchungen im Winter – 3 Schlüsselmethoden

Im Winter erfordern Öluntersuchungen besondere Vorsicht bei der Interpretation.

Drei Werkzeuge werden entscheidend.

Das erste ist die Bestimmung des Wassergehalts nach der Karl-Fischer-Methode.

Das Ergebnis sollte stets auf die Öltemperatur zum Zeitpunkt der Probenahme und die Arbeitsgeschichte des Transformators bezogen werden. Ein niedriger ppm-Wert in einer kalten Probe bedeutet nicht, dass keine Feuchtigkeit vorhanden ist. Es kann bedeuten, dass sie das Öl bereits verlassen hat.

Das zweite Werkzeug ist die Analyse gelöster Gase, die DGA (Dissolved Gas Analysis).

Das Vorhandensein von Wasserstoff und Kohlenmonoxid in erhöhten Konzentrationen bei Fehlen klassischer Kurzschlussgase kann das erste Signal für den durch Feuchtigkeit verursachten Abbau der Papierisolation sein.

Das dritte Element ist die Beobachtung von Trends, nicht einzelner Punkte.

Im Winter ist der Vergleich von Ergebnissen aus verschiedenen Jahreszeiten besonders wichtig.

Sprünge im Wassergehalt zwischen Sommer und Winter sagen mehr aus als der absolute Wert.

Die Analyse von Transformatoröl ermöglicht es, die Folgen von Wasserdampfkondensation zu erkennen, bevor sie zu einem Abbau führt. Analysen dieser Art erlauben es, Gefahren für die Isolierung zu erkennen, noch bevor es im Winter zu einem Ausfall kommt. Foto CC: Freepik/13628

Ein Transformator geht nicht am Tag der Untersuchung kaputt. Er erzählt eine Geschichte, die man lesen können muss.

Papierisolation. Das schwächste Glied

Auf den ersten Blick erscheint die Papierisolation als nebensächliches Element.

Man sieht sie nicht von außen, sie hat keine Parameter, die sich leicht in einer Tabelle verkaufen lassen, sie beeindruckt nicht wie Leistung oder Wirkungsgrad. Und doch ist es oft genau sie, die das tatsächliche Lebensende des Transformators bestimmt.

Elektroisolierpapier altert per Definition.

Der Prozess der Cellulose-Depolymerisation findet stets statt, selbst unter idealen Bedingungen.

Das Problem beginnt, wenn Feuchtigkeit ins Spiel kommt. Selbst ein geringer Anstieg des Wassergehalts im Papier wirkt wie ein Katalysator der Alterung. Es wird angenommen, dass sich mit jeder Verdoppelung der Papierfeuchte der Abbau der Celluloseketten erheblich beschleunigt.

Was bedeutet das in der ingenieurtechnischen Praxis?

Ein Rückgang der mechanischen Festigkeit der Wicklungen. Das Papier erfüllt nicht mehr seine Rolle als stabiler Abstandhalter, und die Wicklungen verlieren ihre Widerstandsfähigkeit gegen die bei Kurzschlüssen auftretenden elektrodynamischen Kräfte.

Ein Transformator kann jahrelang einwandfrei arbeiten, bis zum ersten ernsthaften Netztest. Dann reißt die schwache Isolierung nicht spektakulär. Sie hält einfach nicht stand.

Feuchtigkeit ist kein Ausfall. Sie ist ein Prozess.

Ein stiller Killer, der nicht sofort zerstört, aber systematisch die Sicherheitsreserven des Transformators aushöhlt. Und genau deshalb ist die Papierisolation oft das schwächste Glied im gesamten System.

Nicht, weil sie schlecht ist, sondern weil sie gegenüber Nachlässigkeiten unbarmherzig ist.

Hermetischer Transformator oder Transformator mit Ölkonservator? Unterschiede im Feuchtigkeitsrisiko

Im Winter verrät ein Transformator schnell, aus welcher konstruktiven Schule er stammt.

Ein hermetischer Transformator begrenzt per Definition den Kontakt mit der Außenluft.

Öl, Gasraum und Behälter bilden ein geschlossenes System. Für Feuchtigkeit ist das eine schwierige Situation. Es gibt keine Drehtüren, keine tägliche Einladung für Wasserdampf ins Innere. Das ist ein enormer Vorteil in der Heizperiode.

Aber „hermetisch“ ist keine magische Vakuumkapsel.

Es bleibt Stahl, Dichtungen und Montagepersonal. Ein schlecht angezogenes Stutzen, eine Dichtung, die an einem feuchten Tag montiert wurde, und die Feuchtigkeit hat eine Dauerkarte für Jahre. Ohne Trockenmittelbehälter, ohne Entlüftung, ohne Fluchtweg. Stille, Ruhe und sehr langfristige Konsequenzen.

Konstruktionen mit Ölkonservator funktionieren anders.

Hier wird die Volumenänderung des Öls durch Kontakt mit der Atmosphärenluft ausgeglichen.

Es ist eine bekannte, bewährte und immer noch weit verbreitete Lösung. Nur dass sie im Winter Charakter erfordert.

Der Lufttrockner ist keine Dekoration. Er ist der Sicherheitsmann am Tor. Wenn er schläft, tritt Feuchtigkeit ein, ohne zu fragen. Und im Winter ermüdet der Trockner schneller als im Sommer. Das Trockenmittel verliert seine Wirksamkeit, die Farben können täuschen, und jede nächtliche Abkühlung ist eine weitere Portion Feuchtigkeit, die ins Innere gesaugt wird.

Kurz gesagt sieht es so aus: Beim hermetischen Transformator tragen Konstruktion und Montage die Verantwortung. Beim Transformator mit Konservator trägt der Betrieb die Verantwortung. Die Physik ist unparteiisch, aber sehr gewissenhaft.

Daher sollte die Wahl nicht mit der Frage beginnen, welcher besser ist, sondern damit, wer sich im Winter um ihn kümmern wird.

Dieses Thema haben wir bereits ausführlicher hier behandelt:

Transformator mit Ölkonservator oder hermetisch – wann welcher Sinn macht?

Denn Wasserdampf hat keine Lieblingstechnologie. Er prüft einfach, wo er ohne anzuklopfen eintreten kann.

Typische Montagefehler

Feuchtigkeit ist selten die Schuld des Gerätes selbst.

Häufiger ist sie das Ergebnis kleiner Nachlässigkeiten:

✖ Öffnen des Behälters unter feuchten Bedingungen ohne Schutz.
✖ Langfristiges Stehenlassen des Transformators ohne Öl.
✖ Transport und Lagerung auf offener Fläche ohne Abdeckungen.
✖ Fehlendes Vorwärmen vor dem Inbetriebnahme im Winter.

Jedes dieser Elemente scheint einzeln harmlos. Zusammen schaffen sie die perfekte Umgebung für Kondensation.

Symptome, die leicht zu ignorieren sind

Die ersten Signale von Feuchtigkeit sind subtil:

✖ Geringfügige Veränderungen der Ölparameter.
✖ Leichter Anstieg des Verlustfaktors (tan delta).
✖ Minimale Verringerung der Durchschlagspannung.

Sie landen oft im Prüfbericht und bleiben dort jahrelang. Ohne Reaktion (✖!)

Denn der Transformator funktioniert ja. Das Problem ist, dass die Physik keine Berichte liest.

Wie man das Kondensationsrisiko begrenzt

Feuchtigkeit lässt sich nicht vollständig eliminieren.

Aber man kann sie managen.

In der Konstruktion lohnt es sich, auf hermetische Bauweisen zu setzen.

Auf angemessene Ölvolumenreserven und Lösungen zu achten, die Temperaturschwankungen begrenzen.

Im Betrieb ist Disziplin entscheidend.

Kontrollen, Öluntersuchungen, Reaktion auf Abweichungen.

Im Winter gewinnt die Art des Anfahrens besondere Bedeutung.

Schrittweises Belasten.

Vermeiden plötzlicher Heiz- und Kühlzyklen.

Moderner Ansatz für Mittelspannungstransformatoren

Moderne Transformatoren werden mit Blick auf solche Szenarien entwickelt.

Der Winter wird immer kommen.

Die Kondensation von Wasserdampf macht keinen Lärm.

Sie leuchtet nicht rot auf.

Aber sie hinterlässt in jeder Saison ihre Spuren.

Bewusste Konstruktion, korrekte Montage und aufmerksamer Betrieb ermöglichen es, diese Spuren zu verwischen, bevor sie zu einer kostspieligen Störung werden.

Daher ist die Wahl eines Transformators immer seltener nur eine Entscheidung über Leistung und Spannung.

Sie wird zu einer Entscheidung über die Widerstandsfähigkeit gegen reale Betriebsbedingungen.

Wenn Sie den Kauf oder Austausch eines Transformators in Erwägung ziehen, wurde unser aktuelles Angebot an Öltransformatoren genau mit Blick auf solche Szenarien entwickelt, in denen Feuchtigkeit, Temperaturschwankungen und saisonale Belastung die Regel und nicht die Ausnahme sind.

Ergänzt wird dies durch Trockentransformatoren, wo Umweltbedingungen oder die Art der Installation einen anderen Ansatz erfordern.

Wir laden Sie auch ein, der Energeks-Community auf LinkedIn beizutreten, wo wir regelmäßig Wissen aus der Elektroenergiebranche teilen.

Quellen:

IEEE Power and Energy Society. Moisture effects in oil filled transformers.

CIGRE Technical Brochures on transformer insulation ageing.

IEC publications on insulating liquids and moisture management.

Cover Photo: Freepik/2148635097