Transformator-Wicklungswiderstand messen: Temperaturkorrektur richtig anwenden

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Bei der Widerstandsmessung an einem Leistungstransformator werden beispielsweise:

98,6 mΩ

gemessen.

Bei einer früheren Prüfung waren es jedoch:

102,1 mΩ

Ist die Wicklung schlechter geworden?

Nicht unbedingt. Der elektrische Widerstand von Kupfer- und Aluminiumwicklungen ist deutlich temperaturabhängig. Wurden beide Messungen bei unterschiedlichen Wicklungstemperaturen durchgeführt, lassen sich die Rohwerte nicht unmittelbar miteinander vergleichen.

Hinzu kommt eine zweite Besonderheit: Eine Transformatorwicklung ist nicht nur ein Widerstand, sondern besitzt eine erhebliche Induktivität. Nach dem Einschalten des Gleichstrom-Prüfstroms kann es deshalb einige Zeit dauern, bis sich der Strom stabilisiert und ein belastbarer Widerstandswert vorliegt.

Für reproduzierbare Wicklungswiderstandsmessungen sind deshalb Vierleitertechnik, ein ausreichend stabiler Gleichstrom, genügend Einschwingzeit, eine dokumentierte Wicklungstemperatur und die Korrektur auf eine gemeinsame Referenztemperatur entscheidend.

Für professionelle Transformatorprüfungen bietet ICS Schneider unter anderem das ISA STS 5000 Multifunction Substation Test Set. Das System unterstützt unter anderem Wicklungswiderstandsmessungen an Leistungstransformatoren, dynamische Widerstandsmessungen an Laststufenschaltern und Micro-Ohm-Messungen. Für höhere Prüfströme steht zusätzlich der 20A DC Booster für Wicklungswiderstandsmessungen zur Verfügung. Weitere Lösungen finden Sie unter Power Transformer Testing und unter Elektrische Mess- und Prüfgeräte bei ICS Schneider.

Warum den Wicklungswiderstand messen?

Die Wicklungswiderstandsmessung beurteilt den kompletten stromführenden Pfad zwischen den zugänglichen Transformatoranschlüssen.

Dazu gehören je nach Transformator:

• Wicklungsleiter,
• interne Verbindungen,
• Löt- und Schweißstellen,
• Durchführungsanschlüsse,
• Stufenschalterkontakte,
• Verbindungsleitungen zwischen Wicklung und Stufenschalter.

Abweichende Widerstandswerte können Hinweise geben auf

• lose oder korrodierte Verbindungen,
• beschädigte Leiter beziehungsweise Litzen,
• erhöhte Übergangswiderstände,
• fehlerhafte Stufenschalterkontakte,
• teilweise Unterbrechungen,
• bestimmte Wicklungsfehler.

Die Messung ist deshalb insbesondere interessant:

• bei der Inbetriebnahme,
• nach Transport oder Reparatur,
• bei wiederkehrenden Prüfungen,
• nach Auffälligkeiten im Betrieb,
• zur Zustandsbewertung eines Stufenschalters.

Besonders aussagekräftig wird der Messwert nicht als Einzelwert, sondern im Vergleich mit den anderen Phasen, früheren Messungen und den Hersteller- beziehungsweise Werkswerten.

Messprinzip mit Gleichstrom

Der Wicklungswiderstand wird mit Gleichstrom bestimmt.

Grundlage ist das Ohmsche Gesetz:

R = U / I

Das Prüfgerät speist einen definierten Gleichstrom durch die zu prüfende Wicklung und misst gleichzeitig den Spannungsabfall.

Aus:

Prüfstrom I

und:

Spannungsabfall U

wird der Widerstand berechnet.

Die Widerstände können sehr klein sein

Je nach Transformator und Wicklung liegen sie beispielsweise im Bereich von:

• Ohm,
• Milliohm,
• teilweise deutlich darunter.

Schon der Widerstand einer Prüfleitung oder einer schlechten Kontaktstelle kann deshalb größer sein als die eigentlich gesuchte Änderung der Wicklung.

Aus diesem Grund ist eine einfache Zweileitermessung für präzise Messungen ungeeignet.

Warum Vierleitertechnik erforderlich ist

Bei der Vierleiter- beziehungsweise Kelvin-Messung werden Strom- und Spannungsmessung voneinander getrennt.

Zwei Leitungen führen den Prüfstrom

I+ und I−

Zwei separate Leitungen messen die Spannung

U+ und U−

Über die Spannungsmessleitungen fließt nur ein sehr kleiner Messstrom.

Dadurch beeinflussen die Widerstände von:

• Prüfleitungen,
• Stromklemmen,
• Kontaktstellen der Stromzuführung

das Messergebnis wesentlich weniger.

Wichtig ist die Position der Sense-Anschlüsse

Die Spannungsmesskontakte sollten möglichst:

innerhalb der Stromkontakte

direkt am zu bewertenden Anschluss sitzen.

Damit wird möglichst genau der Spannungsabfall über dem gewünschten Strompfad erfasst.

Gerade bei Widerständen im Milliohm-Bereich ist die Vierleitertechnik keine Komfortfunktion, sondern Voraussetzung für reproduzierbare Messergebnisse.

Warum der Messwert Zeit zum Stabilisieren benötigt

Eine Transformatorwicklung besitzt eine große Induktivität.

Bei einem idealisierten RL-Stromkreis steigt der Strom nach dem Anlegen einer Gleichspannung nicht schlagartig an.

Vereinfacht gilt:

i(t) = IEnd · (1 − e−t/τ)

mit der Zeitkonstante:

τ = L / R

Bei:

• großer Induktivität L,
• kleinem Wicklungswiderstand R

kann die Zeitkonstante entsprechend groß werden.

Der erste angezeigte Widerstandswert ist deshalb nicht automatisch der richtige

Während der Magnetisierung des Kerns verändern sich:

• Prüfstrom,
• Spannungsabfall,
• berechneter Widerstand.

Erst wenn der Prüfstrom und der daraus berechnete Widerstand ausreichend stabil sind, sollte der Wert gespeichert werden.

Bei großen Transformatoren kann dies dauern

Abhängig von:

• Transformatorgröße,
• Wicklung,
• Verschaltung,
• Prüfspannung,
• Prüfstrom,
• Kernsättigung

kann die Stabilisierung von wenigen Sekunden bis zu mehreren Minuten benötigen.

Ein Messwert, der während der Einschwingphase aufgenommen wird, kann trotz eines hochgenauen Messgerätes falsch sein.

Prüfstrom richtig wählen

Der Prüfstrom beeinflusst sowohl die Stabilität als auch die Messdauer.

Ist der Strom sehr klein, kann:

• die Magnetisierung des Kerns langsamer erfolgen,
• der Messwert stärker rauschen,
• die Stabilisierung länger dauern.

Ein höherer Gleichstrom kann die Messung stabilisieren und den Transformator schneller in einen geeigneten magnetischen Zustand bringen.

Als verbreitete Orientierung

wird bei Transformator-Wicklungswiderstandsmessungen häufig ein Prüfstrom von mehr als ungefähr:

1 % des Nennstroms der geprüften Wicklung

verwendet.

Gleichzeitig sollte der Prüfstrom im Regelfall deutlich unter:

15 % des Wicklungsnennstroms

bleiben.

Die konkrete Auswahl richtet sich jedoch nach:

• Transformator,
• Wicklung,
• Prüfgerät,
• Herstelleranweisung,
• angewendetem Prüfverfahren.

Mehr Strom ist nicht automatisch besser

Der Prüfstrom soll einen stabilen Messzustand ermöglichen, aber die Wicklung nicht unnötig erwärmen.

Zu hohen Prüfstrom vermeiden

Der Prüfstrom erzeugt in der Wicklung Verlustleistung:

P = I² · R

Dadurch steigt die Wicklungstemperatur.

Da der elektrische Widerstand selbst temperaturabhängig ist, verändert das Prüfverfahren bei zu hohem Strom genau die Messgröße, die bestimmt werden soll.

Beispiel

Wird eine vergleichsweise kleine Wicklung über längere Zeit mit einem unnötig hohen Gleichstrom belastet, kann der Widerstand während der Messreihe kontinuierlich steigen.

Der Prüfer könnte dies fälschlicherweise als:

• instabilen Kontakt,
• Stufenschalterproblem,
• Messgerätefehler

interpretieren.

Tatsächlich erwärmt sich lediglich der Wicklungsleiter.

Ein geeigneter Prüfstrom ist deshalb ein Kompromiss aus schneller Stabilisierung und möglichst geringer Eigenerwärmung.

Warum die Wicklungstemperatur entscheidend ist

Metallische Leiter besitzen einen positiven Temperaturkoeffizienten.

Das bedeutet:

Temperatur steigt → Widerstand steigt

und:

Temperatur sinkt → Widerstand sinkt

Ein Widerstandswert ohne zugehörige Temperaturangabe ist deshalb für einen langfristigen Vergleich nur eingeschränkt brauchbar.

Beispiel

Eine Kupferwicklung wird einmal bei:

20 °C

und einige Monate später bei:

35 °C

gemessen.

Auch bei technisch unveränderter Wicklung wird der zweite Rohwert höher sein.

Ein Vergleich:

R20 °C ↔ R35 °C

ohne Temperaturkorrektur kann deshalb zu einer falschen Diagnose führen.

Widerstand auf Referenztemperatur korrigieren

Um Messungen bei unterschiedlichen Temperaturen vergleichen zu können, werden sie auf eine gemeinsame Referenztemperatur umgerechnet.

Eine übliche Beziehung lautet:

Rref = Rm · (Tref + k) / (Tm + k)

Dabei ist:

• Rref = Widerstand bei der Referenztemperatur,
• Rm = tatsächlich gemessener Widerstand,
• Tref = gewünschte Referenztemperatur,
• Tm = Wicklungstemperatur während der Messung,
• k = Materialkonstante.

Typische Konstanten

Leitermaterial	k
Kupfer	ca. 234,5 °C
Aluminium	ca. 225 °C

Die Referenztemperatur sollte nicht beliebig gewählt werden.

Sie muss zur:

• Herstellerdokumentation,
• Werksprüfung,
• anzuwendenden Prüfvorschrift,
• historischen Messreihe

passen.

Entscheidend für die Trendbewertung ist, dass alle miteinander verglichenen Widerstandswerte auf dieselbe Referenztemperatur bezogen sind.

Rechenbeispiel für eine Kupferwicklung

Bei einer Kupferwicklung wird gemessen:

Rm = 100,0 mΩ

Die Wicklungstemperatur beträgt:

Tm = 20 °C

Der Wert soll auf:

Tref = 75 °C

umgerechnet werden.

Mit:

k = 234,5 °C

ergibt sich:

R75 = 100,0 mΩ · (75 + 234,5) / (20 + 234,5)

und damit ungefähr:

R75 = 121,6 mΩ

Die Differenz ist erheblich

Der Transformator hat sich elektrisch nicht verändert.

Trotzdem unterscheiden sich:

100,0 mΩ bei 20 °C

und:

121,6 mΩ bezogen auf 75 °C

um mehr als 20 %.

Das zeigt, warum die Temperaturkorrektur bei der Bewertung von Werks- und Feldmessungen nicht vernachlässigt werden darf.

Welche Temperatur soll verwendet werden?

Die mathematische Korrektur ist nur so gut wie die angenommene Wicklungstemperatur.

Gerade im Feld ist diese nicht immer direkt messbar.

Problematisch ist beispielsweise

ein Transformator, der unmittelbar vor der Prüfung mehrere Stunden unter hoher Last betrieben wurde.

Nach dem Abschalten kühlen:

• Wicklung,
• Kern,
• Transformatorenöl,
• Gehäuse

mit unterschiedlichen Zeitkonstanten ab.

Die Umgebungstemperatur von:

20 °C

bedeutet deshalb nicht automatisch, dass die Wicklung ebenfalls:

20 °C

hat.

Für reproduzierbare Messungen sollte deshalb

• der thermische Zustand des Transformators dokumentiert werden,
• die vorgeschriebene beziehungsweise geeignete Temperaturgröße erfasst werden,
• bei Vergleichsmessungen möglichst unter ähnlichen thermischen Bedingungen gearbeitet werden.

Bei einem ausreichend lange außer Betrieb befindlichen Transformator kann sich die Wicklung weitgehend an die Umgebung beziehungsweise das Öl angeglichen haben.

Nach unmittelbar vorausgegangenem Lastbetrieb ist diese Annahme dagegen kritisch.

Phasen miteinander vergleichen

Bei einem dreiphasigen Transformator ist der Vergleich der Phasen eine besonders wertvolle Plausibilitätsprüfung.

Unter vergleichbaren Bedingungen sollten elektrisch gleich aufgebaute Wicklungen ähnliche Widerstandswerte besitzen.

Auffällig ist beispielsweise

Phase	Temperaturkorrigierter Widerstand
L1	101,2 mΩ
L2	100,8 mΩ
L3	107,9 mΩ

Die deutlich höhere dritte Phase sollte untersucht werden.

Mögliche Ursachen sind beispielsweise:

• Kontaktproblem,
• lose Verbindung,
• Stufenschalterkontakt,
• unterschiedlicher Anschlusswiderstand,
• Wicklungsschaden.

Grenzwerte nicht pauschal anwenden

Welche Abweichung zulässig ist, hängt unter anderem von:

• Transformatorbauart,
• Verschaltung,
• Herstellervorgaben,
• Prüfnorm,
• Messmethode

ab.

Eine prozentuale Phasendifferenz sollte deshalb nicht losgelöst von der konkreten Transformatorausführung bewertet werden.

Stufenschalter und Wicklungswiderstand

Der gemessene Widerstand umfasst bei Transformatoren mit Stufenschalter auch die jeweils aktiven Kontakt- und Verbindungswege.

Damit eignet sich die Messung sehr gut zur Erkennung auffälliger Kontaktwiderstände.

Bei einem Umsteller im spannungsfreien Zustand

können die Widerstandswerte für jede zulässige Stufe nacheinander aufgenommen werden.

Die Werte sollten anschließend als:

Widerstand ↔ Stufenposition

verglichen werden.

Laststufenschalter

Bei einem OLTC kann zusätzlich die dynamische Widerstandsmessung wertvolle Informationen über den Übergang zwischen den Stufen liefern.

Dabei können beispielsweise erkannt werden:

• Kontaktunterbrechungen,
• auffällige Übergangswiderstände,
• instabile Kontaktvorgänge.

Das ISA STS 5000 unterstützt neben der Wicklungswiderstandsmessung auch die dynamische Widerstandsmessung von OLTC-Stufenschaltern.

Das Umschalten einer induktiven Wicklung unter eingespeistem Gleichstrom darf jedoch nur mit einem dafür vorgesehenen Prüfgerät und entsprechend der festgelegten Prüfprozedur erfolgen.

Messleitungen richtig anschließen

Bei niedrigen Widerständen entscheidet die Anschlussqualität unmittelbar über das Ergebnis.

Vor der Messung sollten die Kontaktstellen

• sauber,
• oxidfrei,
• mechanisch stabil,
• ausreichend großflächig kontaktiert

sein.

Kelvin-Anschluss

Die Stromklemmen führen den Prüfstrom.

Die Spannungsmesskontakte sollten möglichst direkt am Transformatoranschluss sitzen, sodass Übergangswiderstände der Stromklemmen nicht mitgemessen werden.

Leitungen nicht während der Messung bewegen

Bewegungen können:

• Kontaktwiderstände verändern,
• Messrauschen erzeugen,
• bei einer geladenen induktiven Wicklung gefährliche Zustände verursachen.

Die Messleitungen sollten daher vor dem Start vollständig und mechanisch sicher angeschlossen werden.

Transformator nach der Messung sicher entladen

Während der Wicklungswiderstandsmessung wird Energie im Magnetfeld gespeichert.

Für eine Induktivität gilt:

E = 1/2 · L · I²

Wird der Strompfad schlagartig geöffnet, versucht die Induktivität den Strom aufrechtzuerhalten.

Dadurch kann eine hohe Spannung entstehen.

Deshalb gilt

Messleitungen niemals einfach abziehen, solange der Transformator noch mit Gleichstrom beaufschlagt beziehungsweise nicht vollständig entladen ist.

Ein professionelles Transformator-Widerstandsmesssystem führt den Prüfstrom kontrolliert herunter und entlädt die Wicklung.

Erst nach eindeutiger Freigabe durch das Prüfgerät dürfen:

• Messklemmen entfernt,
• Wicklungen umgeklemmt,
• weitere Prüfungen vorbereitet

werden.

Die allgemeinen Sicherheits- und Freischaltregeln für Arbeiten an Transformatoren bleiben selbstverständlich zusätzlich einzuhalten.

Warum eine Entmagnetisierung sinnvoll ist

Eine Gleichstrom-Widerstandsmessung kann eine Restmagnetisierung im Transformatorenkern hinterlassen.

Diese Restmagnetisierung kann nachfolgende Prüfungen beziehungsweise das spätere Einschaltverhalten beeinflussen.

Mögliche Auswirkungen sind

• veränderter Einschaltstrom,
• beeinflusste Erregerstrommessung,
• asymmetrischer magnetischer Ausgangszustand,
• Beeinflussung weiterer magnetischer Diagnoseverfahren.

Nach einer Wicklungswiderstandsmessung ist deshalb je nach Prüfablauf eine kontrollierte Entmagnetisierung sinnvoll.

ICS Schneider bietet hierfür beispielsweise den ISA STDE Transformer Demagnetizer.

Das Gerät arbeitet mit wechselnder Gleichstrompolarität und reduziert die Restmagnetisierung schrittweise.

Wichtig

Entladung ≠ Entmagnetisierung

Die Entladung sorgt zunächst dafür, dass die gespeicherte elektrische beziehungsweise magnetische Energie kontrolliert abgebaut und der Prüfaufbau sicher getrennt werden kann.

Die anschließende Entmagnetisierung bringt den Kern dagegen in einen definierten magnetisch neutraleren Zustand.

Typische Fehlerbilder

Beobachtung	Mögliche Ursache	Sinnvolle Prüfung
Messwert fällt mehrere Minuten kontinuierlich	Prüfstrom noch nicht stabilisiert	länger einschwingen lassen
Messwert steigt während langer Prüfung langsam	Wicklung wird durch Prüfstrom erwärmt	Prüfstrom reduzieren und Temperatur beobachten
Wert springt bei Bewegung der Klemme	schlechter Kontakt	Anschluss reinigen und Kelvin-Klemmen prüfen
Eine Phase deutlich höher	Kontakt-, Verbindungs- oder Wicklungsproblem	Phasen und frühere Messwerte vergleichen
Alle aktuellen Werte höher als Werkswerte	höhere Wicklungstemperatur	Temperaturkorrektur durchführen
Werte verschiedener Tage nicht reproduzierbar	unterschiedliche Temperatur oder unzureichende Stabilisierung	Messbedingungen dokumentieren
Nur einzelne Stufe auffällig	Kontaktproblem im Stufenschalter	Widerstände aller Stufen vergleichen
Messung benötigt ungewöhnlich lange	hohe Induktivität beziehungsweise ungeeigneter Prüfstrom	Prüfstrom und Prüfgerät prüfen
Messwert enthält Leitungswiderstand	Zweileitermessung oder falscher Kelvin-Anschluss	Vierleitertechnik verwenden
Nach Widerstandsprüfung auffälliger Erregerstrom	Restmagnetisierung des Kerns	Transformator entmagnetisieren
Beim Abklemmen entsteht Funkenbildung	Wicklung nicht vollständig entladen	Prüfung sofort stoppen und Entladeprozedur prüfen

Praxisbeispiel: unterschiedliche Messwerte bei gleicher Wicklung

Bei der Inbetriebnahme eines Leistungstransformators wurde für eine Kupferwicklung ein Widerstand von:

112,4 mΩ

bei einer dokumentierten Wicklungstemperatur von:

50 °C

gemessen.

Bei einer späteren Wartung beträgt der Widerstand nur:

104,6 mΩ

.

Auf den ersten Blick ergibt sich eine deutliche Veränderung.

Die zweite Messung erfolgte jedoch bei

30 °C

.

Die Rohwerte dürfen deshalb nicht direkt miteinander verglichen werden.

Richtiger Ablauf

1. Beide Messungen auf dieselbe Referenztemperatur korrigieren.
2. Phasenwerte derselben Wicklung vergleichen.
3. Stufenstellung kontrollieren.
4. Prüfstrom und Stabilitätskriterium vergleichen.
5. Erst anschließend eine Trendbewertung durchführen.

Nach der Temperaturkorrektur können die Werte nahezu identisch sein.

Ohne dokumentierte Temperatur hätte aus einer völlig normalen temperaturbedingten Änderung fälschlicherweise ein Wicklungsproblem abgeleitet werden können.

Empfohlener Prüfablauf

1. Transformator sicher freischalten: Vorgeschriebene Sicherheits- und Erdungsmaßnahmen durchführen.
2. Transformator identifizieren: Typ, Seriennummer, Wicklung, Nennstrom, Schaltgruppe und Stufenstellung dokumentieren.
3. Thermischen Zustand erfassen: Relevante Temperatur nach Hersteller- beziehungsweise Prüfverfahren bestimmen.
4. Prüfgerät auswählen: Geeigneten Strombereich und ausreichende Prüfleistung vorsehen.
5. Vierleitertechnik verwenden: Strom- und Sense-Leitungen getrennt anschließen.
6. Kontaktstellen prüfen: Saubere und mechanisch stabile Verbindung sicherstellen.
7. Prüfstrom festlegen: Ausreichend hoch für stabile Messung, aber ohne unnötige Wicklungserwärmung.
8. Messung starten: Gleichstrom kontrolliert aufbauen.
9. Stabilisierung abwarten: Wert erst nach ausreichendem Einschwingen übernehmen.
10. Widerstand speichern: Rohwert, Prüfstrom und Temperatur gemeinsam dokumentieren.
11. Weitere Phasen messen: Unter möglichst vergleichbaren Bedingungen arbeiten.
12. Alle relevanten Stufen prüfen: Bei Transformatoren mit Stufenschalter.
13. Temperaturkorrektur durchführen: Alle Vergleichswerte auf dieselbe Referenztemperatur beziehen.
14. Phasen und Historie vergleichen: Auffällige Abweichungen untersuchen.
15. Wicklung kontrolliert entladen: Messleitungen erst nach Freigabe des Prüfgerätes entfernen.
16. Gegebenenfalls entmagnetisieren: Besonders vor nachfolgenden magnetischen Prüfungen oder Wiederinbetriebnahme.
17. Prüfung dokumentieren: Messwerte, Temperaturen, Stufenstellung und Bewertung speichern.

Passende Transformator-Prüftechnik bei ICS Schneider

ISA STS 5000 Multifunction Substation Test Set

Das ISA STS 5000 ist ein multifunktionales Prüf- und Inbetriebnahmesystem für Anwendungen in Umspannwerken.

Für Transformatorprüfungen unterstützt das System unter anderem:

• PT-Wicklungswiderstand,
• Übersetzungsverhältnis,
• Schaltgruppenprüfung,
• dynamische Widerstandsmessung am OLTC-Stufenschalter,
• Erregerstrom,
• Leerlaufstrom,
• Kurzschlussimpedanz,
• Streureaktanz,
• Micro-Ohm-Messung.

20A DC Booster für Wicklungswiderstandsmessungen

Für Wicklungswiderstandsmessungen mit höherem Gleichstrom steht der 20A DC Booster zur Verfügung.

Wesentliche Daten sind:

• maximaler Ausgangsstrom: 20 A DC,
• maximale Ausgangsleistung: 400 W,
• Verwendung zusammen mit STS 5000 oder STS 4000,
• Stromamplitude über das STS-System gesteuert.

Ein höherer verfügbarer Prüfstrom ist insbesondere bei niederohmigen Transformatorwicklungen und Anwendungen interessant, bei denen ein stabiler Gleichstromzustand effizient erreicht werden soll.

ISA STDE Transformer Demagnetizer

Der STDE Transformer Demagnetizer dient zur Neutralisierung der Restmagnetisierung nach einer Wicklungswiderstandsmessung.

Das System bietet unter anderem:

• konstanten, spannungsbegrenzten Gleichstrom,
• bis zu 7 A DC Prüfstrom,
• bis zu 70 V DC,
• automatische Umkehrung der Stromrichtung.

Weitere Geräte und Zubehör finden Sie unter Power Transformer Testing bei ICS Schneider.

Fazit

Die Wicklungswiderstandsmessung gehört zu den wichtigsten elektrischen Zustandsprüfungen an Transformatoren. Ein scheinbar einfacher Widerstandswert ist jedoch nur dann aussagekräftig, wenn die Messbedingungen kontrolliert werden.

Vierleitertechnik verhindert Leitungsfehler

Strom- und Spannungsmessung werden getrennt, sodass Prüfleitung und Kontaktwiderstände das Ergebnis möglichst wenig beeinflussen.

Die Induktivität bestimmt die Messdauer

Der Prüfstrom muss sich zunächst stabilisieren. Ein zu früh gespeicherter Wert kann erheblich vom tatsächlichen Wicklungswiderstand abweichen.

Der Prüfstrom muss zur Wicklung passen

Zu wenig Strom kann zu langen Einschwingzeiten und instabilen Messungen führen. Zu viel Strom erwärmt die Wicklung und verändert dadurch selbst den Widerstand.

Temperaturkorrektur ist für Vergleiche unverzichtbar

Messwerte unterschiedlicher Temperaturen müssen auf dieselbe Referenztemperatur umgerechnet werden, bevor Werkswerte, frühere Messungen oder Trends seriös miteinander verglichen werden.

Nach der Messung muss sicher entladen werden

Eine Transformatorwicklung ist eine große Induktivität. Messleitungen dürfen erst entfernt werden, nachdem der Gleichstrom kontrolliert abgebaut und die Wicklung entladen wurde.

Restmagnetisierung berücksichtigen

Nach einer Gleichstrommessung kann eine Entmagnetisierung sinnvoll beziehungsweise für nachfolgende Prüfungen erforderlich sein.

Für die Praxis gilt

Transformator freischalten → Wicklung und Stufenstellung dokumentieren → Temperatur erfassen → Kelvin-Vierleiteranschluss herstellen → geeigneten Prüfstrom wählen → vollständige Stabilisierung abwarten → Messwert und Temperatur gemeinsam speichern → Phasen und Stufen vergleichen → auf gemeinsame Referenztemperatur korrigieren → kontrolliert entladen → bei Bedarf entmagnetisieren → Ergebnisse mit Historie und Herstellerwerten vergleichen.

FAQ: Transformator-Wicklungswiderstand richtig messen

Warum wird der Wicklungswiderstand eines Transformators gemessen?

Die Messung dient zur Beurteilung des stromführenden Pfades und kann Hinweise auf schlechte Verbindungen, beschädigte Leiter, erhöhte Übergangswiderstände oder Probleme am Stufenschalter liefern.

Wird der Wicklungswiderstand mit Gleichstrom oder Wechselstrom gemessen?

Für die klassische Wicklungswiderstandsmessung wird Gleichstrom eingespeist und aus Strom und Spannungsabfall der DC-Widerstand bestimmt.

Warum verwendet man Vierleitertechnik?

Weil die zu messenden Widerstände sehr klein sein können. Mit getrennten Strom- und Spannungsleitungen werden Leitungs- und Kontaktwiderstände weitgehend aus dem Messergebnis ausgeschlossen.

Was ist eine Kelvin-Messung?

Kelvin-Messung ist eine andere Bezeichnung für die Vierleiter-Widerstandsmessung mit getrennten Strom- und Spannungsanschlüssen.

Warum dauert die Widerstandsmessung an einem Transformator so lange?

Transformatorwicklungen besitzen eine hohe Induktivität. Nach dem Anlegen des Gleichstroms muss sich zunächst ein stabiler magnetischer und elektrischer Zustand einstellen.

Kann ich den ersten angezeigten Wert übernehmen?

Nein. Der Messwert sollte erst gespeichert werden, wenn Prüfstrom und Widerstand ausreichend stabil sind.

Wie hoch sollte der Prüfstrom sein?

Der geeignete Wert hängt vom Transformator und Prüfverfahren ab. Als verbreitete Orientierung werden häufig mehr als etwa 1 % und weniger als etwa 15 % des Nennstroms der geprüften Wicklung verwendet.

Warum darf der Prüfstrom nicht zu hoch sein?

Ein hoher Prüfstrom erwärmt die Wicklung. Da der Widerstand mit steigender Temperatur zunimmt, kann dadurch das Messergebnis verfälscht werden.

Warum verändert sich der Wicklungswiderstand mit der Temperatur?

Kupfer und Aluminium besitzen einen positiven Temperaturkoeffizienten. Mit steigender Leitertemperatur steigt deshalb auch der elektrische Widerstand.

Wie korrigiert man einen Wicklungswiderstand auf eine Referenztemperatur?

Eine übliche Formel lautet Rref = Rm × (Tref + k) / (Tm + k), wobei k vom Leitermaterial abhängt.

Welcher Wert wird für Kupfer verwendet?

Für Kupfer wird typischerweise eine Materialkonstante von ungefähr 234,5 °C verwendet.

Welcher Wert wird für Aluminium verwendet?

Für Aluminium wird typischerweise eine Materialkonstante von ungefähr 225 °C verwendet.

Welche Referenztemperatur muss ich verwenden?

Die Referenztemperatur richtet sich nach Herstellerdokumentation, Werkswerten und der verwendeten Prüfvorschrift. Für einen Trendvergleich müssen alle Werte auf denselben Temperaturbezug korrigiert werden.

Kann ich einfach die Umgebungstemperatur verwenden?

Nicht immer. Besonders unmittelbar nach Lastbetrieb kann die tatsächliche Wicklungstemperatur erheblich von der Umgebungstemperatur abweichen.

Warum sollte man alle drei Phasen vergleichen?

Bei gleichartig aufgebauten Phasen lassen sich auffällige Abweichungen dadurch schnell erkennen. Die Bewertung muss jedoch Verschaltung, Stufenstellung und Herstellervorgaben berücksichtigen.

Was kann eine einzelne deutlich höhere Phase bedeuten?

Mögliche Ursachen sind erhöhte Kontaktwiderstände, lose oder korrodierte Verbindungen, Stufenschalterprobleme oder ein Fehler im Wicklungspfad.

Muss jede Stufenstellung gemessen werden?

Bei einer umfassenden Bewertung eines Transformators mit Stufenschalter ist die Messung der relevanten Stufen sinnvoll, da dadurch Kontaktprobleme einzelner Stufen erkannt werden können.

Was ist eine dynamische Widerstandsmessung am OLTC?

Dabei wird der Widerstands- beziehungsweise Stromverlauf während des Umschaltvorgangs des Laststufenschalters ausgewertet, um Unterbrechungen und Auffälligkeiten im Kontaktübergang zu erkennen.

Warum darf ich die Messleitungen nicht einfach abziehen?

Die Transformatorwicklung speichert magnetische Energie. Wird der Gleichstrom plötzlich unterbrochen, kann die Induktivität eine hohe Spannung erzeugen.

Muss der Transformator nach der Messung entladen werden?

Ja. Der Prüfstrom muss kontrolliert auf null reduziert und die Wicklung entsprechend der Prüfgeräte- beziehungsweise Prüfprozedur sicher entladen werden.

Was ist der Unterschied zwischen Entladung und Entmagnetisierung?

Die Entladung stellt einen sicheren elektrischen Zustand her. Die Entmagnetisierung reduziert anschließend die verbleibende Restmagnetisierung des Transformatorkerns.

Warum bleibt der Kern nach der Messung magnetisiert?

Bei der Wicklungswiderstandsmessung wird über längere Zeit Gleichstrom durch die Wicklung gespeist. Dadurch kann eine remanente Magnetisierung des Kerns zurückbleiben.

Kann Restmagnetisierung weitere Prüfungen beeinflussen?

Ja. Sie kann unter anderem das Einschaltverhalten sowie nachfolgende magnetische Messungen wie Erregerstromprüfungen beeinflussen.

Welches ICS-Prüfsystem eignet sich für Transformator-Wicklungswiderstandsmessungen?

Das ISA STS 5000 unterstützt unter anderem PT-Wicklungswiderstand, dynamische OLTC-Widerstandsmessung und Micro-Ohm-Messungen.

Gibt es einen höheren Prüfstrom für das STS 5000?

Ja. Der 20A DC Booster ermöglicht Widerstandsprüfungen mit bis zu 20 A DC und wird zusammen mit STS 5000 beziehungsweise STS 4000 eingesetzt.

Gibt es bei ICS ein Gerät zur Entmagnetisierung?

Ja. Der ISA STDE Transformer Demagnetizer ist speziell zur Reduzierung der Restmagnetisierung nach Wicklungswiderstandsmessungen vorgesehen.

Wo finde ich weitere Transformator-Prüfgeräte?

Weitere Systeme finden Sie unter Power Transformer Testing bei ICS Schneider.