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UnterYo-Yo-ShiEine Mittelspannungsdurchführung ist ein isoliertes Durchführungsbauteil, das an der Wand eines Transformatorbehälters angebracht ist und den Strom zwischen internen Wicklungen und externen Stromkreisen bei Systemspannungen von typischerweise 1 kV bis 36 kV sicher überträgt. Die Wahl einer falschen Durchführung macht sich selten gleich am ersten Tag bemerkbar – sie zeigt sich erst achtzehn Monate später in Form einer Kriechspur, eines Teilentladungsalarms oder eines fehlerhaften Messergebnisses bei der Gasanalyse (DGA).
Bei unseren Installationen in über 200 Transformatoranlagen ist die häufigste Beschwerde vor Ort in Bezug auf Durchführungen nicht ein katastrophaler Ausfall, sondern eine schleichende Verschlechterung, die auf eine Lücke in der Spezifikation bereits in der Angebotsanfragephase zurückzuführen ist – falsche BIL-Klasse, inkompatibler Befestigungsflansch oder ein Kriechweg, der für die falsche Verschmutzungsstufe ausgelegt ist. Einkäufer, die vor der Bestellung präzise technische Fragen stellen, vermeiden die meisten dieser Probleme.
Dieser Leitfaden beantwortet die Fragen, die Beschaffungsingenieure und Einkäufer bei der Beschaffung am häufigsten stellen Mittelspannungsdurchführungen für Verteilungstransformatoren, einschließlich der Auswahl der Spannungsklasse, der Unterschiede zwischen ANSI-, DIN- und Epoxid-Anschlussarten, der Anforderungen an BIL und Kriechstrecken, der Kompatibilität hinsichtlich Montage und Abdichtung sowie der Unterlagen, die ein zuverlässiger Lieferant unaufgefordert bereitstellen sollte.
Mittelspannungsdurchführungen gehören zum breiteren Transformatorenzubehör Kategorie neben Stufenschaltern, Sicherungen und Lasttrennschaltern – allesamt Schnittstellenkomponenten, bei denen Installations- und Spezifikationsfehler und nicht Mängel am Kernmaterial die Ursache für den Großteil der Probleme im Einsatz sind.
Die Auslegung erfolgt anhand der maximalen Systemspannung (Um), nicht anhand der Nennspannung. Ein Verteilungsnetz mit einer Nennspannung von 24 kV erfordert in der Regel Durchführungen, die für mindestens 25,8–36 kV Um ausgelegt sind, um bei Schalttransienten und blitzbedingten Überspannungen eine ausreichende Sicherheitsmarge zu gewährleisten. Das Mittelspannungs-Durchführungssortiment von ZeeyiElec erstreckt sich von 12 bis 52 kV Um und deckt damit den Großteil der 6–35-kV-Verteilungsnetze sowie ausgewählte Schnittstellen zur Unterübertragung ab.
Die Nennstromstärke sollte sich nicht allein nach den auf dem Typenschild des Transformators angegebenen Werten richten, sondern das erwartete Lastprofil widerspiegeln, einschließlich des prognostizierten Lastwachstums und etwaiger Kurzzeit-Überlastspielräume, die in der Betriebsphilosophie des Energieversorgers vorgesehen sind. Typische Nennströme für Mittelspannungsdurchführungen der Verteilungsklasse liegen je nach Kerndurchmesser und Leitermaterial zwischen 55 A und 3.150 A – Durchführungen mit Kupferbolzen ermöglichen bei gleicher Baugröße im Allgemeinen eine höhere Dauerstromdichte als entsprechende Ausführungen aus Aluminium.
Bei der Inbetriebnahme von 24-kV-Verteilungsnetzen führt eine zu niedrig bemessene Nennstromstärke selten zu einem sofortigen Ausfall; stattdessen beschleunigt sie über Jahre hinweg die thermische Alterung der internen Isolierung, was sich zunächst in erhöhten tan δ-Werten bei routinemäßigen Wartungsprüfungen bemerkbar macht.
Käufer sollten außerdem die zulässige Umgebungstemperatur und die Leistungsminderung in Abhängigkeit von der Höhe überprüfen – das Verfahren zur Höhenkorrektur gemäß IEC 60137:2017, Abschnitt 5.2 (“Höhe”) gilt ab 1.000 m und kann die effektive Spannungsfestigkeit verringern, wenn dies in der ursprünglichen Spezifikation nicht berücksichtigt wurde.
[Experteneinblick: Spannungsklassen-Spanne]
- Die Größe „Um“ sollte immer über der Nennsystemspannung liegen, niemals dieser entsprechen.
- Bestätigen Sie die Höhenabwertung unabhängig von der Spannungsklasse, wenn der Standort über 1.000 m liegt.
- Vergleichen Sie die Nennstromstärke mit dem prognostizierten Lastwachstum und nicht nur mit dem heutigen Nennwert.
Käufer, die international einkaufen, greifen oft automatisch auf den Schnittstellenstandard zurück, der bei ihrem letzten Projekt verwendet wurde, doch ANSI-, DIN- und mit Epoxidharz vergossene Buchsen lösen unterschiedliche mechanische und umgebungsbedingte Probleme.
| Kriterium | ANSI-Porzellan | DIN-Porzellan | Epoxidharz-Guss |
|---|---|---|---|
| Typischer Einsatzbereich | Nordamerika, Lateinamerika | Europa, Naher Osten, Teile Asiens | Kompakte Schaltanlagen für den Innenbereich, raue Standorte in Küstennähe |
| Befestigungsschnittstelle | ANSI-Flansch, Gewindestift | DIN-Flansch, konischer Bolzen | Anschraubflansch, geringere Stellfläche |
| Mechanische Festigkeit | Hoch, aber bei Stößen spröde | Hoch, aber bei Stößen spröde | Höhere Schlagfestigkeit, geringeres Gewicht |
| Wartungsprofil | Regelmäßige Reinigung zur Gewährleistung der Kriechwegintegrität | Regelmäßige Reinigung zur Gewährleistung der Kriechwegintegrität | Geringere Reinigungshäufigkeit in verschmutzten Umgebungen |
Passen Sie den Schnittstellenstandard zunächst an die vorhandene Flanschgeometrie des Transformatorbehälters und anschließend an die Umgebung an. ANSI- und DIN-Porzellan-Durchführungen sind nach wie vor der Standard für Transformatorbehälter nach Versorgungsnormen und bieten eine gut etablierte Logistik für den Austausch vor Ort; Porzellan-Durchführungen sind jedoch bei mechanischer Beanspruchung spröde und erfordern in verschmutzten Umgebungen eine regelmäßige Reinigung, um den Nennkriechweg aufrechtzuerhalten. Epoxidharz-Gussdurchführungen tauschen einen Teil dieser Vertrautheit beim Austausch vor Ort gegen eine höhere Schlagfestigkeit und geringere Wartungshäufigkeit ein – ein relevanter Faktor für Standorte an der Küste oder in der Schwerindustrie mit Luftverschmutzung.
Im Rahmen mehrerer Projekte zum Austausch von Durchführungen in Verteilungsnetzen an der Küste haben wir bei Porzellanbauteilen, die salzhaltiger Luft ausgesetzt waren, bereits nach drei bis vier Jahren Betriebszeit eine beschleunigte Erosion der Ummantelung festgestellt. Dies unterstreicht, dass die Wahl der Verschmutzungsklasse mindestens ebenso wichtig ist wie die Wahl des Materials für die Schnittstelle.
Das grundlegende Isolationsniveau (BIL) und der Kriechweg sind die beiden Spezifikationen, die Käufer am häufigsten zu niedrig ansetzen, da beide von den örtlichen Gegebenheiten abhängen und nicht allein durch die Spannungsklasse festgelegt werden.
Die BIL gibt an, wie viel Blitzstoßüberspannung eine Durchführung ohne Überschlag aushalten kann, ausgedrückt als Spitzenspannung in kV. Dies ergibt sich nicht automatisch aus der Netzspannung – eine 24-kV-Um-Durchführung kann je nach Expositionsrisiko (Anschluss an eine Freileitung vs. Erdkabelversorgung) und der Isolationskoordinierungsstudie des Energieversorgers einen BIL-Wert von 125 kV oder 150 kV aufweisen.
Als Faustregel gilt, dass für Mittelspannungsdurchführungen der Verteilungsklasse, die an Freileitungen angeschlossen sind, ein BIL von ≥ 125 kV für Systeme der 15–25-kV-Klasse vorgeschrieben ist; dieser Wert erhöht sich auf ≥ 150 kV, wenn in der Isolationskoordinierungsstudie des Projekts eine direkte Blitzbelastung oder ein Gebiet mit höherer Blitzdichte nachgewiesen ist.
Der Kriechweg – der kürzeste Weg entlang der Isolierfläche der Durchführung zwischen dem unter Spannung stehenden und dem geerdeten Ende – muss sich nach dem Verschmutzungsgrad des Standorts richten und nicht nur nach der Spannungsklasse. In Umgebungen mit normaler Verschmutzung sind in der Regel 25 mm/kV vorgeschrieben; in Gebieten mit starker industrieller Verschmutzung oder in Küstengebieten sind 31 mm/kV oder mehr erforderlich.
Die Norm IEC 60137 regelt die Eigenschaften und Prüfungen von isolierten Durchführungen für Spannungen über 1.000 V und dient als wichtigste Referenz für Einkäufer bei der Erstellung technischer Spezifikationen (IEC 60137, Isolierte Durchführungen für Wechselspannungen über 1000 V). Wenn für ein Projekt stattdessen eine ANSI-Äquivalenz gefordert wird, gilt als Referenz die Norm IEEE C57.19.01, „Performance Characteristics and Dimensions for Power Transformer and Reactor Bushings“ – klären Sie jedoch vor der endgültigen Festlegung die gültige Ausgabe mit dem Lieferanten ab: Die Ausgabe von 2017 gilt für Durchführungen mit einem BIL ≥ 150 kV, während die frühere Ausgabe von 2000 einen BIL ≥ 110 kV abdeckte; daher kann eine Durchführung der Verteilungsklasse mit einem BIL von 125 kV außerhalb des in der aktuellen Ausgabe festgelegten Geltungsbereichs liegen, je nachdem, auf welche Ausgabe sich die Projektspezifikation bezieht [NORM ÜBERPRÜFEN: anwendbare Ausgabe von C57.19.01 für BIL < 150 kV].
Fragen zur Montage und Abdichtung überraschen Käufer oft, da die Abmessungen der Tankflansche und die Kompatibilität der Dichtungen selbst innerhalb derselben Nennspannungsklasse selten herstellerübergreifend standardisiert sind.
Bei Projekten, bei denen auf Transformatoren montierte Durchführungen mit Mittelspannungskabelanschlüssen kombiniert werden – was bei freistehenden Transformatoranlagen üblich ist –, sollte zudem die Kompatibilität der Durchführungsschächte und der Zugentlastungskegel mit den entsprechenden Kabelzubehör Bevor Sie eine der beiden Komponenten separat bestellen, sollten Sie beachten, dass eine Fehlanpassung an dieser Schnittstelle vor Ort nur schwer zu beheben ist.
Käufer, die diese Parameter vor dem Absenden einer Angebotsanfrage systematisch erfassen möchten, können mit einem speziellen Zubehör für Transformatoren RFQ-Checkliste anstatt die Spezifikation jedes Mal von Grund auf neu zu erstellen.
Bei zahlreichen Beschaffungsprojekten für Buchsen sind diejenigen Einkäufer, die Nacharbeiten vermeiden, diejenigen, die die Unterlagen vor der Auftragserteilung anfordern und nicht erst nach Eingang der Lieferung.
Ein Lieferant, der keine chargenspezifischen Routinprüfdaten vorlegen kann oder der anstelle einer Maßbestätigung allgemeine Marketingzeichnungen vorlegt, ist ein Anzeichen dafür, den Auftrag zu verzögern – und nicht, ihn fortzusetzen und Unstimmigkeiten erst nach der Lieferung zu klären. Dies gilt gleichermaßen für Einkäufer, die zwischen folgenden Optionen entscheiden: Nieder- und Mittelspannungsdurchführungen für denselben Transformator, da Lücken in der Dokumentation oft zuerst an der Schnittstelle zwischen den beiden Spannungsklassen zutage treten.
[Expertenmeinung: Verringerung des Beschaffungsrisikos]
- Fordern Sie chargenspezifische Routineprüfberichte vor dem Versand an, nicht erst danach
- Vergleichen Sie die Maßzeichnungen mit dem tatsächlichen Tankausschnitt und nicht mit den Standardmaßen aus dem Katalog.
- Jeden Lieferanten, der keine Zertifizierung für Produktionschargen vorlegen kann, an die nächsthöhere Ebene weiterleiten
Legen Sie die maximale Systemspannung (Um) anstelle der Nennspannung fest und berücksichtigen Sie dabei eine Sicherheitsmarge für Schalt- und Blitzstoßspannungen; die meisten 6–35-kV-Verteilungsnetze fallen in einen Um-Bereich von 12–52 kV für Durchführungen, wobei die genaue Klasse anhand der Isolationskoordinierungsstudie des Transformators bestätigt wird.
Im Allgemeinen nicht – ANSI- und DIN-Durchführungen weisen unterschiedliche Flanschgeometrien und Bolzenkonfigurationen auf, sodass eine gemischte Verwendung an ein und demselben Behälter in der Regel eine Neukonstruktion des Behälters oder einen Adapterflansch erfordert und nicht durch einen direkten Austausch möglich ist.
Die Klasse für starke Verschmutzung (ca. 31 mm/kV) ist in der Regel in Küstengebieten, in der Schwerindustrie oder in staubreichen Umgebungen erforderlich; die Standard-Kriechstrecke von 25 mm/kV ist für die meisten Standorte im Landesinneren mit geringer Verschmutzung ausreichend, doch sollten die Richtlinien der örtlichen Versorgungsunternehmen Vorrang haben, sofern diese davon abweichen.
Typenprüfungen bestätigen einmal pro Konstruktionsvariante, dass eine Buchsenkonstruktion den Anforderungen der IEC oder ANSI entspricht, während Routineprüfungen an jedem Serienprodukt bzw. jeder Charge durchgeführt werden; Käufer sollten nicht nur Typenprüfbescheinigungen, sondern auch speziell auf ihre Lieferung bezogene Routineprüfberichte anfordern.
Die Preise variieren je nach Hersteller und Bestellmenge, doch Buchsen aus Epoxidharzguss weisen oft höhere Stückkosten auf als vergleichbare Porzellanbuchsen, was Käufer in der Regel durch die geringere Wartungshäufigkeit und das geringere Bruchrisiko bei Transport und Montage ausgleichen.
Die Lieferzeiten hängen von der Spannungsklasse, den kundenspezifischen Anpassungen und dem Auftragsvolumen ab; Käufer sollten die Fertigungszeit und die Zeit für die Erstellung der Exportunterlagen separat abklären, da Zoll- und Bankformalitäten die Lieferzeit um mehrere Wochen verlängern können, wenn sie nicht frühzeitig beantragt werden.
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