UnterYo-Yo-ShiDiese Checkliste zur Drehmomentkontrolle beim Einbau von Mittelspannungsdurchführungen führt durch die Schritte zur Überprüfung der Dichtungsfläche, zur stufenweisen Drehmomentanwendung und zur Fehlerdiagnose, anhand derer festgestellt wird, ob eine Mittelspannungsdurchführung über Jahrzehnte hinweg thermischen Wechselbelastungen und elektrischen Beanspruchungen standhält.
Die Drehmomentkontrolle ist bei der Montage von MV-Durchführungen keine reine Formalität – sie ist der entscheidende Faktor, der darüber entscheidet, ob die Dichtungsfläche über Jahrzehnte hinweg thermischen Wechselbelastungen und elektrischen Beanspruchungen standhält. Ein zu schwach angezogener Flansch hinterlässt mikroskopisch kleine Spalten an der Dichtungsfläche, während ein zu fest angezogener Flansch zu Rissen im Porzellangehäuse oder zur Verformung von Epoxidharzsystemen führen kann. Beides verkürzt die Lebensdauer auf eine Weise, die sich oft erst Monate nach der Inbetriebnahme bemerkbar macht.
Die Verbindung zwischen Buchse und Drehkranz beruht auf einer Dichtung (in der Regel aus Nitril oder EPDM), die über ihren gesamten Umfang hinweg eine gleichmäßige Kompression gewährleistet. Eine unzureichende Kompression – in der Regel unterhalb der vom Hersteller angegebenen Mindestkraft – ermöglicht das Eindringen von Feuchtigkeit, was die Teilentladungsaktivität (PD) am Flansch beschleunigt. Bei Inbetriebnahmen vor Ort stellen Techniker häufig fest, dass Durchführungen zwar “optisch” fest sitzen, aber die Isolationswiderstandsprüfung nicht bestehen, einfach weil ein Quadrant der Dichtung nie die richtige Kompression erreicht hat – ein Hinweis darauf, dass eine Sichtprüfung allein kein Ersatz für die Überprüfung des Anzugsmoments ist.
Die typischen Durchmesser der Flanschschrauben für Mittelspannungsdurchführungen liegen zwischen 12 mm und 20 mm (M12–M20), wobei die Drehmomentwerte je nach Schraubenqualität und Flanschmaterial in der Regel zwischen 40 N·m und 110 N·m liegen. Vergleichen Sie die Werte stets mit der Drehmomenttabelle des Originalherstellers, anstatt einen allgemeinen Wert anzuwenden.
Ein zu hohes Anzugsmoment kann zudem den Befestigungsflansch verziehen und dadurch den Kriechweg zwischen dem unter Spannung stehenden Ende der Durchführung und dem geerdeten Metall des Turms geringfügig verringern. Dies ist vor allem bei Mittelspannungsdurchführungen für den Außenbereich der Nennspannungsklassen 15 kV bis 38 kV von Bedeutung, bei denen die Kriechwegreserven im Verhältnis zum Verschmutzungsgrad ohnehin bereits knapp bemessen sind.
Die Spannungsverteilung am Flansch lässt sich näherungsweise berechnen, wobei die Druckkraft F in etwa proportional zum angelegten Drehmoment T, zum Reibungskoeffizienten μ der Dichtung und zum Bolzenkreisdurchmesser d ist: F ≈ T / (μ × d). Dieser Zusammenhang erklärt, warum sich der Schmierzustand der Schrauben so auswirkte, dass bereits bei identischen Drehmomentwerten des Drehmomentschlüssels unterschiedliche Klemmkräfte erzielt wurden.
Weitere Informationen zum Aufbau von Durchführungen finden Sie bei ZeeyiElec unter <a href="/de/”https://zeeyielec.com/transformer-accessories/medium-voltage-bushings/”/">Mittelspannungsdurchführungen</a> Serienseite.
Bevor ein Drehmomentschlüssel eine Schraube berührt, müssen die Buchse, die Dichtung und der Befestigungsflansch eine dokumentierte Prüfung bestanden haben. Das Überspringen dieses Schritts ist eine der häufigsten Ursachen, die bei Störungsmeldungen zurückverfolgt werden – eine zerkratzte Dichtfläche oder eine Dichtung, die über Nacht in einer feuchten Kiste liegen gelassen wurde, kann eine ansonsten perfekte Drehmomentsequenz bei der Montage der MV-Buchse zunichte machen.
Überprüfen Sie die gesamte Länge der Buchse auf Haarrisse, Absplitterungen am Flanschsitz oder einen Schmutzfilm. Porzellanbuchsen sollten unter schrägem Licht auf Oberflächenhaarrisse überprüft werden; Epoxidharzbuchsen müssen auf Kreidung oder UV-Zersetzung überprüft werden, wenn sie im Freien gelagert wurden. Lehnen Sie jede Buchse ab, die sichtbare Schäden innerhalb von 5 mm um die Dichtungsnut aufweist – bereits eine kleine Absplitterung an dieser Stelle reicht aus, um den Sitz der Dichtung zu beeinträchtigen.
Dichtungen sollten auf bleibende Verformung durch vorherige Lagerung in gestapeltem Zustand überprüft und aussortiert werden, wenn sich ihre Dicke um mehr als etwa 10–15% gegenüber dem Nennwert verringert hat. Die Flanschflächen auf der Revolver-Seite sollten auf Lochfraß, alte Dichtungsrückstände oder Lackablagerungen von mehr als 0,1 mm bis 0,2 mm überprüft werden, da bereits dünne Beschichtungsschichten die effektive Klemmhöhe an der Verbindungsstelle verändern.
An Standorten in Küstennähe oder mit hoher Luftfeuchtigkeit wischen Techniker üblicherweise unmittelbar vor der Montage beide Passflächen mit Isopropylalkohol ab, da Restfeuchtigkeitsfilme mit einer frühen Teilentladungsaktivität während der Inbetriebnahmeprüfungen in Verbindung gebracht wurden. Eine Umgebungsfeuchtigkeit von über etwa 85% rF ist ein häufiger Grund für die Verschiebung der Installation, insbesondere bei Epoxid-Durchführungen, bei denen Oberflächenfeuchtigkeit die Aushärtung des Harzes an den ausgebesserten Stellen beeinträchtigen kann.
Informationen zu Flanschbefestigungselementen und passenden Dichtungssätzen finden Sie bei ZeeyiElec unter Buchseneinsätze Serie und die Transformatorenzubehör Säulenseite.Die Drehmomentvorgaben für MV-Durchführungsflansche hängen vom Schraubendurchmesser, dem Flanschmaterial und der Dichtungskonstruktion ab – die Anwendung eines “typischen” Werts für alle Durchführungsklassen ist eine häufige Ursache für Ausfälle im Betrieb.
Bei den meisten MV-Durchführungsflanschen kommen Bolzen aus Edelstahl oder verzinktem Kohlenstoffstahl der Güteklasse 8.8 oder A2-70 zum Einsatz. Edelstahlbolzen erfordern aufgrund unterschiedlicher Reibungskoeffizienten der Gewinde im Allgemeinen um etwa 10–15% niedrigere Anzugsmomente als verzinkter Kohlenstoffstahl mit gleichem Durchmesser – was bei der Wiederverwendung einer Anzugsmomenttabelle für gemischte Beschlagchargen im Rahmen von Nachrüstarbeiten leicht übersehen werden kann.
Die folgenden Angaben spiegeln die allgemeine Branchenpraxis wider; bitte überprüfen Sie diese vor dem Einsatz vor Ort stets anhand des spezifischen Datenblatts des jeweiligen Buchsenherstellers.
| Schraubengröße | Spannungsklasse der Durchführungen | Typischer Drehmomentbereich |
|---|---|---|
| M12 | 15 kV-Klasse | 40 N·m – 55 N·m |
| M16 | 25 kV-Klasse | 65 N·m – 85 N·m |
| M20 | 38 kV-Klasse | 90 N·m – 110 N·m |
Diese Werte gelten für trockene, ungeschmierte Gewinde. Bei Verwendung von Anti-Seize-Paste werden die Drehmomentwerte in der Regel um 15–20% reduziert, um eine gleichwertige Klemmkraft zu erzielen, da die Schmierung den zuvor genannten Reibungskoeffizienten senkt. Vor-Ort-Teams wenden manchmal unabhängig vom Schmierzustand das gleiche Drehmoment an, was zu einer Überkompression der Dichtung und bei Porzellanbuchsen zu Haarrissen am Flansch führen kann, die erst bei einer späteren Wartungsinspektion sichtbar werden.
Das Anziehen mit dem Enddrehmoment in einem einzigen Durchgang ist eine der schnellsten Methoden, um eine ungleichmäßige Dichtungspressung zu erzielen – selbst wenn der angestrebte Drehmomentwert korrekt ist. Die Reihenfolge und die schrittweise Vorgehensweise sind ebenso wichtig wie der auf dem Schraubenschlüssel angegebene Wert.
Die Schrauben sollten nicht nacheinander entlang des Flanschumfangs, sondern sternförmig oder kreuzweise angezogen werden. Bei einem typischen 8-Schrauben-MV-Durchführungsflansch bedeutet dies, zunächst Schraube 1, dann die ihr ungefähr gegenüberliegende Schraube (Schraube 5), anschließend 3, dann 7 usw. festzuziehen – wodurch die Druckverteilung gleichmäßig erfolgt, anstatt die Dichtung schrittweise ungleichmäßig in den Sitz zu “drücken”. Das Nichtbeachten dieses Musters ist ein häufig auftretendes Problem bei Einsätzen zur Fehlerbehebung, insbesondere bei Nachrüstarbeiten, bei denen die Teams eher aus dem Gedächtnis arbeiten als nach einer dokumentierten Vorgehensweise.
Das Enddrehmoment sollte in mindestens drei Durchgängen erreicht werden: ein erster Durchgang bei etwa 30% des Zielwerts, um die Dichtung einzupassen, ein zweiter Durchgang bei 70% und ein letzter Durchgang bei 100% – wobei jedes Mal das gleiche Sternmuster zu befolgen ist. Ein vierter “Prüfdurchgang” mit vollem Drehmoment, der durchgeführt wird, nachdem sich die Verbindung einige Minuten lang gesetzt hat, gleicht die Relaxation aus, die auf natürliche Weise auftritt, wenn sich die Dichtung unter Belastung zusammenpresst. Bei einer M16-Schraube im Bereich von 65 N·m bis 85 N·m bedeutet dies typischerweise Drehmomente von etwa 20 N·m, 55 N·m und schließlich das Enddrehmoment.
Kalte Umgebungstemperaturen, insbesondere unter 0 °C, führen dazu, dass Dichtungsmaterialien steifer werden und sich weniger gut an geringfügige Unebenheiten der Flansche anpassen können, was selbst bei korrekten Drehmomentwerten zu einer unzureichenden Abdichtung führen kann. Unter diesen Bedingungen führen einige Teams eine Nachprüfung des Anzugsmoments durch, sobald der Transformator seine normale Betriebstemperatur erreicht hat, da die thermische Ausdehnung des Flansches und der Dichtung die erzielte Klemmkraft gegenüber dem kalten Zustand bei der Montage geringfügig verschiebt.
Die meisten drehmomentbedingten Ausfälle von Buchsen lassen sich auf eine Handvoll wiederkehrender Muster zurückführen, und durch frühzeitiges Erkennen der Symptome kann verhindert werden, dass ein kleiner Montagefehler Monate später zu einem Ausfall im Betrieb führt.
Ein zu hohes Drehmoment äußert sich meist in Form von Haarrissen am Porzellanflanschsitz oder, bei Epoxidbuchsen, als Spannungsweißfärbung um die Befestigungslöcher herum. In einem immer wieder auftretenden Fall haben Techniker, die bei der Montage von Mehrfachbuchsen aus “Geschwindigkeitsgründen” einen Schlagschrauber anstelle eines kalibrierten Drehmomentschlüssels verwendeten, Klemmkräfte erzeugt, die 20–30% über dem Sollwert lagen – was oft erst dann erkennbar wird, wenn die Buchse eine nachfolgende PD-Prüfung nicht besteht, und nicht bereits zum Zeitpunkt der Montage. Jede Buchse, die mit einem nicht kalibrierten Werkzeug montiert wurde, sollte zur Nachprüfung gekennzeichnet werden.
Zu schwach angezogene Flansche lassen Spalten entstehen, in denen sich Luft oder Feuchtigkeit an der Dichtungsfläche ansammelt; diese werden zu Entstehungsstellen für Teilentladungen, sobald die Durchführung unter Spannung steht. Ein PD-Test bei der Inbetriebnahme, der bei Nennspannung einer neuen Anlage eine geringe, aber von Null verschiedene Aktivität anzeigt, sollte nicht automatisch als bestanden gewertet werden – dies hängt oft eher mit einem zu geringen Anzugsmoment bei der abschließenden Montage als mit einem Herstellungsfehler zusammen und sollte vor der Abnahme anhand der für das Projekt festgelegten PD-Abnahmekriterien überprüft werden.
In beiden Fällen ist die Abhilfemaßnahme dieselbe: Alle Schrauben im umgekehrten Sternmuster lösen, die Dichtung auf sichtbare Schäden oder bleibende Verformung prüfen, sie austauschen, wenn die Kompressionsverformung den zuvor genannten Grenzwert von 10-15% überschreitet, und die gesamte stufenweise Drehmomentsequenz erneut durchführen, anstatt einfach etwas mehr Drehmoment auf eine bereits festgezogene Verbindung aufzubringen.
Die Vorschriften zur Montage und zum Anzugsmoment von MV-Durchführungen fügen sich in einen umfassenderen Rahmen von Normen für Transformatorzubehör ein und bieten den Installationsteams damit eine dokumentierte Grundlage für ihre Vorgehensweisen, anstatt sich allein auf eine Hersteller-Tabelle zu verlassen.
Die Norm IEEE C57.19.01 regelt die Leistungsmerkmale und Maßnormen für Durchführungen von Freiluftgeräten, einschließlich der Anforderungen an den Kriechweg nach Spannungsklassen – es handelt sich dabei um dieselben Sicherheitsabstände, auf die zuvor im Zusammenhang mit der Verformung von Flanschen durch zu hohes Anzugsmoment Bezug genommen wurde. Die Norm IEC 60137 deckt einen vergleichbaren Anwendungsbereich für Durchführungen in Wechselstromsystemen über 1 kV ab, einschließlich der Anforderungen an Routine- und Typprüfungen, die eine Durchführung vor der Installation vor Ort bestanden haben muss. Wenn eine Projektspezifikation eine Norm gegenüber der anderen bevorzugt – was in Regionen mit gemischter IEC-/IEEE-Anwendung wie Teilen des Nahen Ostens und Lateinamerikas üblich ist –, sollten die Installationsteams überprüfen, nach welchem Regelwerk die jeweilige Durchführung hergestellt und zertifiziert wurde, da sich die Drehmoment- und Dichtungssitz-Toleranzen zwischen den beiden Normen geringfügig unterscheiden können.
Die von der Arbeitsgruppe A2.43 zur Zuverlässigkeit von Transformator-Durchführungen erstellte CIGRE-Fachbroschüre 755 dokumentiert anhand internationaler Erhebungsdaten die Ausfallmechanismen von Durchführungen im Betrieb und deren Zusammenhang mit umfassenderen Statistiken zu Transformatorausfällen. Damit wird untermauert, warum die Drehmomentkontrolle bei der Inbetriebnahme dieselbe verfahrenstechnische Sorgfalt verdient wie elektrische Prüfungen.
Die Drehmomentkontrolle endet nicht, sobald der Schraubenschlüssel bei der Montage einer MV-Buchse aus der Hand gelegt wird – erst eine ordnungsgemäße Inbetriebnahme gewährleistet, dass die Montage nicht nur zum Zeitpunkt der Montage, sondern auch bei Temperaturwechselbeanspruchung und Belastung standhält.
Nach dem abschließenden stufenweisen Drehmomentdurchlauf hilft eine dokumentierte Stichprobenprüfung mit einem kalibrierten Drehmomentschlüssel an mindestens 25% Schrauben (wobei bei den Wartungsbesuchen abwechselnd unterschiedliche Schrauben geprüft werden), alle Verbindungen zu erkennen, die sich nach dem anfänglichen Anziehen gelockert haben. Dies wird in der Regel wiederholt, sobald der Transformator seine normale Betriebstemperatur erreicht hat, da sich die Klemmkraft durch thermische Ausdehnung gegenüber dem kalten Einbauzustand verschieben kann.
Vor der Einschaltung sollte eine Isolationswiderstandsprüfung – in der Regel bei 5 kV bis 10 kV Gleichstrom, je nach Durchführungs-Klasse – zusammen mit einer Teilentladungsprüfung durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass die zuvor hergestellte Dichtungsverbindung keine messbare Feuchtigkeit oder Luftspalten am Flansch hinterlassen hat.
Um die Drehmomentwerte gleich beim ersten Mal richtig zu ermitteln, muss man zunächst Buchsen und Dichtungen verwenden, die für die jeweilige Anwendung die richtige Größe haben. ZeeyiElec’s Mittelspannungsdurchführungen Die technischen Unterlagen enthalten herstellerspezifische Drehmomenttabellen, und das Team kann Ihnen bereits vor dem Montagetermin dabei helfen, die Flanschabmessungen und Dichtungsspezifikationen an Ihren vorhandenen Transformator-Turm anzupassen. Die vollständigen Produktspezifikationen sowie Unterstützung bei Angebotsanfragen finden Sie auf der Website von ZeeyiElec unter Transformatorenzubehör Seite.Die Drehmomentwerte reichen in der Regel von mäßig bis hoch, je nach Schraubendurchmesser und Buchsenklasse, und sollten stets der vom Originalhersteller angegebenen Tabelle entsprechen und nicht einem allgemeinen Wert, da die Flanschkonstruktion je nach Hersteller variiert.
Ja – ein zu hohes Drehmoment kann zu Rissen in Porzellangehäusen oder zu Verformungen an Epoxid-Verbindungsstellen führen, insbesondere bei kälteren Umgebungsbedingungen, wenn die Materialien weniger nachgiebig sind.
Eine korrekt sitzende Dichtung weist über den gesamten Umfang eine gleichmäßige Anpressung ohne sichtbare Lücken auf, wobei die endgültige Bestätigung in der Regel eine erneute Drehmomentprüfung nach dem anfänglichen Einsetzen erfordert.
Häufige Ursachen sind zu schwach angezogene Schrauben oder verschmutzte Dichtflächen, da durch eine unvollständige Kompression der Dichtung mikroskopisch kleine Luftspalten entstehen können, die unter Spannungsbelastung ionisieren.
Ja, ein Stern- oder Kreuzmuster ist bei den meisten Flanschbuchsen gängige Praxis, um eine gleichmäßige Kompression der Dichtung zu gewährleisten, wobei die genaue Reihenfolge von der Anzahl der Schrauben und der Flanschgeometrie abhängt.
Viele Außendiensttechniker überprüfen das Anzugsmoment nach einer kurzen Einlaufphase nach der ersten Inbetriebnahme erneut, da sich Dichtungsmaterialien unter thermischen Wechselbelastungen geringfügig ausdehnen können.
Ja – bei kalten Temperaturen können Dichtungen steifer und Porzellan spröder werden; daher sollte das Drehmoment im Allgemeinen eher konservativ angewendet und erneut überprüft werden, sobald sich die Temperaturen stabilisiert haben.
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