Häufig gestellte Fragen zu Bohrlochauskleidungsprojekten (Anmerkungen eines Ingenieurs)

Was ist eine „Bushing-Well“-Schnittstelle, und warum konzentrieren sich die Fragen aus der Praxis darauf?

Eine Buchsen-Well-Schnittstelle ist eine zweiteilige, trennbare Verbindung an der Tankwand eines Verteilungstransformators: eine fest mit dem Tank verbundene, dauerhafte Buchse aus Epoxidharz oder Porzellan sowie ein herausnehmbarer Einsatz – in der Regel aus geformtem EPDM- oder Silikonkautschuk –, der darin sitzt, um den dielektrischen Pfad zu vervollständigen. Die Buchse verbleibt während der gesamten Lebensdauer des Geräts an Ort und Stelle; der Einsatz ist der Teil, der vor Ort gewartet werden kann.

Hier häufen sich Fragen aus der Praxis, da drei Parteien gemeinsam die Verantwortung für einen physischen Punkt tragen: Der Transformatorhersteller ist für das Formpressen und die Verklebung des Gehäuses zuständig, der Zubehörlieferant für die Maßhaltigkeit und die dielektrische Konformität des Einsatzteils und das Installationsteam für den Sitz und das Anzugsmoment bei der Inbetriebnahme. Wenn bei einem dieser Schritte ein Fehler auftritt, zeigt sich das Symptom an derselben Verbindungsstelle, unabhängig davon, wo die eigentliche Ursache liegt.

Im Gegensatz zu einer festen Buchse ist dieses System bewusst modular aufgebaut, sodass der Einsatz ausgetauscht werden kann, ohne den Tank zu entleeren. Bei einem typischen Transformator der 15/25-kV-Klasse ist die Baugruppe für eine Dauerstrombelastung von etwa 200 A ausgelegt und auf eine Lebensdauer von 25 bis 40 Jahren ausgelegt – vorausgesetzt, die Presspassung des Einsatzes und die Bohrung des Aufnahmeraums bleiben innerhalb der Toleranzen.

Die dielektrische Grenzfläche entsteht an der Presspassung zwischen Einsatz und Bohrloch, nicht an einer Schraub- oder Dichtungsverbindung. Die meisten Beschwerden aus der Praxis bezüglich “Undichtigkeiten” oder “Kriechströmen” lassen sich auf ein Sitz- oder Verunreinigungsproblem an dieser Oberfläche zurückführen, nicht auf einen Defekt an einem der beiden Teile allein.

[Experteneinblick]

• Der Schacht ist fest installiert; der Einsatz ist das einzige Teil, das vor Ort ausgetauscht werden kann
• Die meisten “Schnittstellenfehler” sind auf Probleme beim Einbau oder Verunreinigungen zurückzuführen, nicht auf Materialfehler.
• Vergewissern Sie sich vor der Bestellung, welche Zone das Datenblatt eines Lieferanten tatsächlich abdeckt.

Siehe auch: Versagensarten und Felddiagnose von Bohrlocheinsätzen mit Buchsen

Wie der dielektrische Pfad vom Bohrloch zum Einsatz entsteht

Material und Formgebung

Die permanente Einbuchtung besteht in der Regel aus gegossenem Epoxidharz oder, bei einigen Ausführungen, aus glasiertem Porzellan und wird bei der Montage des Transformators an die Tankwand geklebt. Epoxidharz-Bohrungen werden unter kontrollierten Druck- und Aushärtungsbedingungen geformt, um Hohlräume zu vermeiden, da ein Hohlraum in der Nähe der Bohrungsoberfläche nach dem Einschalten zum Ausgangspunkt für Teilentladungen wird. Die Bohrungsabmessungen werden mit enger Toleranz eingehalten, da sie die eine Hälfte der Presspassung mit dem Einsatz bilden.

Einpress- und Presspassung

Der Einsatz wird im Verhältnis zur Bohrung leicht überdimensioniert gefertigt. Beim Einpressen sorgt diese Übergröße für einen kontinuierlichen radialen Anpressdruck, der Luft und Feuchtigkeit ausschließt – ohne Klebstoff oder Dichtung – und verhindert, dass sich das elektrische Feld an einem Spalt konzentriert. Erfahrungen aus der Praxis bei der Inbetriebnahme zeigen immer wieder, dass Einsätze, die ohne ausreichendes Schmiermittel oder bei falscher Umgebungstemperatur eingepresst werden, selbst dann mit ungleichmäßigem Anpressdruck sitzen, wenn die Maße auf dem Papier innerhalb der Spezifikationen liegen. Diese Lücke zwischen “auf dem Papier konform” und “in der Praxis zuverlässig abgedichtet” ist der Ausgangspunkt für die meisten vermeidbaren Ausfälle.

Die Strombelastbarkeit liegt hier bei Baugruppen der Klassen 15/25 kV und 15/25/35 kV in der Regel bei etwa 200 A Dauerstrom, wobei die Kontaktfläche so dimensioniert ist, dass sie diesen Nennwert ohne lokale Erwärmung aushält.

Fragen zu Spannungsklassen und Nennströmen, die Ingenieure am häufigsten stellen

Verwirrung bei den Klassen 15/25 kV und 15/25/35 kV

Diese Baugruppen sehen maßenmäßig ähnlich aus, was genau der Grund dafür ist, dass es zu Fehlanpassungen kommt. Der eigentliche Unterschied liegt in der Isolationsdicke und dem Kriechweg, die in den Schacht und den Einsatz integriert sind, um der bei 35 kV erforderlichen höheren BIL standzuhalten. Die Spezifizierung allein anhand der Spannungsklasse, ohne die BIL zu überprüfen, lässt dem Lieferanten Spielraum, eine Baugruppe mit einer Nennspannung von 15/25 kV für eine Anforderung der 35-kV-Klasse anzubieten.

Fehlerhafte Ablesungen der Dauerbelastbarkeit von 200 A

Der Wert von 200 A ist eine Dauerbelastungsgrenze unter normalen Betriebsbedingungen – keine Fehlerstrom- oder Kurzzeitbelastungsgrenze. Beschaffungsteams interpretieren diesen Wert manchmal so, als decke er kurzzeitige Überlasten bei Schaltvorgängen ab, obwohl die Fehlerstromfestigkeit ein separater, in der Regel deutlich höherer Kurzzeitparameter ist, der unabhängig anhand der Nennleistung des angeschlossenen Lasttrennbogens überprüft werden muss. [NORMPRÜFUNG: IEC-Klausel zur Definition der Dauer- und Kurzzeit-Strombelastbarkeit für trennbare Steckverbinder]

Schneller Vergleich

Die schriftliche Bestätigung beider Punkte – der Spannungsklasse mit BIL sowie der Nennwerte für Dauer- und Fehlerstrom – vor der Auftragserteilung ist die wirksamste Maßnahme, um Unstimmigkeiten während des Projekts zu vermeiden.

Fragen zur Diagnose vor Ort – Was Installateure bei der Inbetriebnahme beobachten

Der Einsatz lässt sich nicht einsetzen oder weist einen hohen Einsteckwiderstand auf

Eine ungleichmäßige Einpresskraft über den Umfang lässt sich in der Regel auf eine von drei Ursachen zurückführen: eine Maßabweichung aufgrund eines Austauschs durch Teile einer anderen Klasse, unzureichendes oder ungeeignetes Schmiermittel oder Rückstände in der Bohrung, die durch Lagerung oder Transport entstanden sind. Einen widerstandsbehafteten Einsatz mit Gewalt einzusetzen, anstatt die Ursache des Widerstands zu ermitteln, ist eine schädliche Vorgehensweise – dies kann zu lokalen Spannungskonzentrationen führen, die bei einer sofortigen dielektrischen Prüfung zwar nicht erkennbar sind, die Lebensdauer jedoch deutlich unter den erwarteten 25 bis 40 Jahren verkürzen.

Frühe Anzeichen von Feuchtigkeit oder Feuchtigkeitsspuren

Ein weißlicher oder grauer Rückstand in der Nähe der Bohrungsöffnung oder eine schwache verkohlte Linie auf der Außenfläche des Einsatzes deutet auf ein frühes Oberflächenkriechstromphänomen aufgrund von Feuchtigkeit und Verunreinigungen hin – nicht unbedingt auf einen internen dielektrischen Ausfall. Frühzeitig erkannte Kriechströme lassen sich oft durch Reinigung und erneutes Einsetzen beheben; Kriechströme, die bereits in den Einsatzkörper eingedrungen sind, erfordern in der Regel einen Austausch. Ein durch Hitze belasteter Einsatz, der den Nennstrom führt, stellt eine andere Ausfallart dar als Kriechströme und sollte bei einer Begehung nicht damit verwechselt werden.

[Experteneinblick]

• Ein ungleichmäßiger Sitzwiderstand ist in der Regel auf Schmiermittel, Verunreinigungen oder eine falsche Materialpaarung zurückzuführen – nicht auf ein defektes Bauteil.
• Drücken Sie einen Einsatz niemals gegen den Widerstand hinein; prüfen Sie zunächst die Bohrung.
• Ein zu früher Kursversatz lässt sich korrigieren; ein durchdringender Kursversatz hingegen meist nicht.

Siehe auch: So verhindern Sie das Eindringen von Schmutz an den Schnittstellen von Buchsen und Schächten

Fragen aus der Praxis zu Lagerung, Handhabung und Nachrüstung

Epoxidharz-Einbaufassungen und EPDM-/Silikon-Einsätze sind nach dem Einbau für eine Lebensdauer von 25 bis 40 Jahren ausgelegt, doch dieser Zeitraum beginnt bereits in dem Moment, in dem sie das Werk verlassen. Einsätze, die außerhalb der empfohlenen Temperatur- und Feuchtigkeitsbereiche gelagert oder unter Last gestapelt werden, können eine dauerhafte Druckverformung entwickeln, die den bei der Installation verfügbaren Presssitzdruck verringert – bei der Begutachtung unsichtbar, später jedoch als Einpresswiderstand oder unvollständige Abdichtung erkennbar.

Die Nachrüstung eines Schachtes oder Einsatzstücks an einem in Betrieb befindlichen älteren Transformator unterscheidet sich vor allem hinsichtlich des Prüfungsaufwands: Der Zustand der Bohrung des bestehenden Schachtes, die bisherige Einsatzgeschichte sowie die Kompatibilität mit einem aktuell hergestellten Einsatzstück müssen vor der Bestellung überprüft werden, da ältere Transformatorbaureihen nicht immer den aktuellen Maßstandards entsprechen. Die Annahme einer uneingeschränkten Kompatibilität ohne Überprüfung der Bohrungsmaße ist eine häufige Ursache für Verzögerungen vor Ort, insbesondere wenn die ursprüngliche Dokumentation des Schachts unvollständig ist.

Siehe auch: Checkliste für die Nachrüstung von Buchsenkammern bei älteren Transformatoren

Normen und behördliche Vorschriften, auf die Ingenieure bei Buchsenvertiefungen Bezug nehmen

Für Buchsenanschlüsse gibt es keinen eigenen Produktstandard, wie es bei einer Buchse selbst der Fall ist. Ingenieure stützen sich in der Regel je nach Region auf eine Kombination aus Normen für trennbare Steckverbinder und Winkelanschlüsse sowie auf die spezifischen Anforderungen an die Isolationskoordination des jeweiligen Transformators.

In der nordamerikanischen Praxis werden trennbare, isolierte Verbinder – einschließlich der Lasttrenn- und Totbruch-Winkelstücke, die mit Durchführungsbuchsen-Einsätzen verbunden werden – üblicherweise anhand folgender Kriterien bewertet: IEEE 386, die die Maß- und Leistungsanforderungen für trennbare, isolierte Steckverbindersysteme mit Nennspannungen bis zu 35 kV regelt. Sie ist der relevanteste Referenzpunkt der Branche für die Schnittstellenkompatibilität, befasst sich jedoch eher allgemein mit dem Steckverbindersystem als mit der Paarung aus Steckhülse und Stecker als isolierten Komponenten.

Da der Schacht am Gehäuse montiert ist und der Einsatz abnehmbar ist, bedeutet die Überprüfung einer Projektspezifikation oft, dass die Norm zur Isolationskoordination des Transformators mit der Norm für das Steckverbindersystem abgeglichen werden muss – wenn man “Konformität” lediglich als ein Ankreuzfeld in einem Dokument betrachtet, übersieht man leicht, wo die dielektrische Grenze tatsächlich verläuft.

Siehe auch: Seite zur Serie „Bushing Well & Inserts“

So erhalten Sie praxiserprobte Bohrloch-Spezifikationen für Ihr Projekt

Bei allen oben genannten Fragen zeigt sich dasselbe Muster: Schnittstellen versagen seltener aufgrund einer einzelnen fehlerhaften Komponente, sondern häufiger aufgrund einer Lücke in der Spezifikation – beispielsweise einer Spannungsklasse ohne BIL, einer Dauerbelastbarkeit, die fälschlicherweise für eine Fehlerbelastbarkeit gehalten wird, oder einer Nachrüstung, bei der von uneingeschränkter Kompatibilität ausgegangen wird.

Bitte überprüfen Sie vor der Bestellung die folgenden vier Angaben: Spannungsklasse mit BIL in kVp, Nenn-Dauerstrom (typischerweise 200 A bei 15/25-kV- und 15/25/35-kV-Baugruppen), Bohrlochabmessungen bei Nachrüstung sowie das erforderliche Einsatzmaterial (EPDM oder Silikon).

Das Ingenieurteam von ZeeyiElec prüft diese vor der Angebotserstellung anhand der Projektzeichnungen über den gesamten Zubehör für Transformatoren Bereich und Kabel-Zubehör für Projekte, bei denen auch Kalt- oder Wärmeschrumpf-Anschlüsse zum Einsatz kommen.

Teilen Sie uns Ihre Spannungsklasse, Nennstromstärke und die Abmessungen des vorhandenen Schachts (bei Nachrüstungen) mit, und wir prüfen die Kompatibilität, bevor Sie eine Bestellung aufgeben.

Häufig gestellte Fragen

Wie lange halten Buchsenbrunnen in der Praxis in der Regel?

Die meisten Epoxidharz-Schächte und EPDM-Einsätze sind für eine Lebensdauer von 25 bis 40 Jahren ausgelegt, wobei Verschmutzungen, Temperaturwechselbeanspruchung und die Qualität der Installation die tatsächliche Leistungsfähigkeit im Einsatz innerhalb dieses Bereichs beeinflussen können.

Kann ein Bushing-Well-Einsatz ausgetauscht werden, ohne den Transformator zu entleeren?

Ja – es handelt sich bei dem Einsatz um eine abnehmbare „Dead-Front“-Komponente, die so konzipiert ist, dass sie ohne Entleerung des Tanks ausgetauscht werden kann, vorausgesetzt, der Transformator ist stromlos und der Schacht selbst ist nicht beschädigt.

Was führt dazu, dass sich ein Buchseneinsatz nicht richtig einrastet?

Häufige Ursachen sind unter anderem falsche Maße für die Presspassung, Verunreinigungen an der Passfläche oder eine nicht übereinstimmende Spannungsklasse zwischen der Aufnahme und dem Einsatz; die konkrete Ursache hängt von den Herstellertoleranzen und den Einsatzbedingungen ab.

Wie oft sollten Buchsenbrunnen in Küstengebieten oder verschmutzten Umgebungen überprüft werden?

Versorgungsunternehmen in stark verschmutzten Bereichen verkürzen die Inspektionsintervalle häufig auf etwa 1–2 Jahre, während sie in saubereren Umgebungen bei 3–5 Jahren liegen; das richtige Intervall hängt jedoch von der Verschmutzungsklasse des Standorts und der bisherigen Ausfallhistorie ab.

Sind Durchführungsschächte für 15/25 kV und 15/25/35 kV untereinander austauschbar?

Nein – die beiden Klassen unterscheiden sich hinsichtlich der dielektrischen Festigkeit und der Schnittstellenabmessungen, sodass bei einer Vermischung je nach Richtung des Austauschs entweder eine Fehlanpassung beim Einbau oder eine zu geringe Isolationsreserve droht.

Was ist der Unterschied zwischen einer Buchsenaufnahme und einem Buchseneinsatz?

Das Gehäuse ist die fest am Tank montierte, dauerhafte Einbaueinheit, die während der gesamten Lebensdauer des Transformators im Einsatz bleibt, während der Einsatz das austauschbare Bauteil ist, das darin sitzt.