Temperatur der Transformatorwicklungen: Leitfaden zur Messung und Überwachung 2027

Veröffentlichungsdatum:6. November 2026, 09:19:15 Uhr

  • Die Wicklungstemperatur beschreibt den thermischen Zustand der Wicklungsleiter und der angrenzenden Isolierung unter Last. Es handelt sich dabei nicht um einen einzigen Wert, da sich dieser je nach Position innerhalb der Wicklung ändert.
  • Der heißeste Punkt innerhalb einer Wicklung ist der „Hot Spot“ der Wicklung. Die durchschnittliche oder angezeigte Wicklungstemperatur entspricht nicht immer der maximalen Innentemperatur.
  • Die Temperatur des oberen Öls und die Wicklungstemperatur hängen zwar zusammen, befinden sich jedoch an unterschiedlichen Stellen im thermischen Pfad und reagieren mit unterschiedlicher Geschwindigkeit.
  • Herkömmliche WTI-Messgeräte ermitteln die Wicklungstemperatur, indem sie einen lastabhängigen Erwärmungseffekt zur Öltemperatur hinzurechnen. Dabei handelt es sich um eine Simulation und nicht um eine Sonde innerhalb der Wicklung.
  • PT100-Fühler messen direkt an der Stelle, an der sie installiert sind, sofern die elektrische Isolierung und die mechanische Bauweise dies zulassen.
  • Glasfasersonden können mit einer optischen, elektrisch isolierenden Messstelle nahe an den prognostizierten Hotspots innerhalb von Hochspannungswicklungen platziert werden.

Inhaltsverzeichnis

1. Was versteht man unter der Wicklungstemperatur eines Transformators?

Überwachung der Temperaturmessung an Transformatorwicklungen

Die Temperatur der Transformatorwicklungen spiegelt die thermischen Bedingungen in den stromführenden Wicklungsleitern und der sie umgebenden Isolierung wider. Der größte Teil der Wärme entsteht durch den Laststrom, der durch das Kupfer fließt. Streu- und Wirbelverluste tragen zusätzlich zur lokalen Erwärmung bei, und das Öl- oder Luftkühlsystem leitet diese Wärme ab. Die Umgebungstemperatur bildet die Grundlage, und die Geometrie der Wicklungen bestimmt, wie sich die Wärme verteilt.

In einer Transformatorwicklung gibt es keine einheitliche Temperatur. Die axialen und radialen Positionen unterscheiden sich, Kühlkanäle verändern die lokale Strömung, und die drei Phasen stimmen selten exakt überein. Daher müssen drei Größen getrennt betrachtet werden: die durchschnittliche Wicklungstemperatur, die angezeigte Wicklungstemperatur und die Temperatur am Heißpunkt der Wicklung.

2. Wicklungstemperatur vs. Oberflächenöltemperatur vs. Hot-Spot-Temperatur

Parameter Was es bedeutet Typische Messung / Schätzung Warum das wichtig ist
Öl-Höchsttemperatur Öl im oberen Bereich des Tanks Öltemperaturanzeige oder -sensor Zeigt den thermischen Gesamtzustand des Ölsystems an
Wicklungstemperatur Durchschnittlicher oder angezeigter thermischer Zustand der Wicklung Widerstandsverfahren, WTI-Indikation, thermische Berechnung Steuert die Kühlung, die Alarm- und Abschaltlogik der Antriebe
Temperatur am Wicklungs-Hotspot Höchste lokale Temperatur in der Wicklung und deren Isolierung Thermisches Modell oder ein eingebetteter Sensor an einer ausgewählten Stelle Am engsten verbunden mit lokalen Dämpfungsspannungen
Umgebungstemperatur Luft rund um die Anlage Umgebungssensor Ausgangswert für jede thermische Berechnung

Die maximale Öltemperatur entspricht nicht der Wicklungstemperatur, und die Wicklungstemperatur entspricht nicht dem heißesten Punkt im Inneren. Bei einer plötzlichen Laststeigerung erwärmt sich die Wicklung innerhalb weniger Minuten, während die Öltemperatur erst mit Verzögerung nachzieht, sodass sich die Differenz zwischen den beiden Messwerten vergrößert. Dieselbe Logik wird ausführlicher erläutert für Temperatur an den Hotspots der Transformatorwicklungen, einschließlich der Frage, warum sich die Position des Hotspots von einem Entwurf zum nächsten ändert.

3. Wie wird die Temperatur der Transformatorwicklungen gemessen?

Vier Ansätze sind gängig: ein Wicklungstemperaturindikator (WTI), PT100- oder RTD-Sensoren, Glasfasersonden und ein berechnetes thermisches Modell. Sie liefern Antworten auf unterschiedliche Fragen. Ein WTI liefert einen praktischen Anhaltspunkt für die Regelung und den Schutz. Ein RTD- oder Glasfasersensor meldet die Temperatur an seinem physikalischen Standort. Ein thermisches Modell schätzt, was kein Sensor erfasst.

Es gibt keine Methode, die in allen Fällen die beste ist. Die Wahl hängt vom Transformatorentyp, der Spannungsebene, der Zugänglichkeit der Wicklung und dem Ort der Messung ab. Die Auswahl einer Temperatursensor für Transformatorwicklungen Das ergibt erst dann Sinn, wenn diese Punkte geklärt sind.

4. WTI-, PT100- und Glasfasermessung

Verfahren Was damit gemessen wird Direkt oder indirekt Elektrische Isolierung Typische Anwendungsbereiche für Transformatoren
Traditioneller WTI Öl-Höchsttemperatur plus belastungsbedingte Erwärmung Indirekt (simuliert) Die Glühbirne befindet sich in der Öldecke, abseits der Wicklung Ölgefüllte Transformatoren: Anzeige, Kühlungssteuerung, Alarm, Abschaltung
PT100 / RTD Temperatur am Einbauort Direkt, zu diesem Zeitpunkt Hängt von der Auslegung und der Installation der Dämmung ab Trockenwicklungen, Öl und zugängliche Bauteile
Glasfasersensor Temperatur an der Sondenspitze Direkt, zu diesem Zeitpunkt Optischer, elektrisch isolierender Messpunkt Eingebettete Hotspots in Hochspannungswicklungen
Thermisches Modell Geschätzte Temperatur am Hotspot Berechnet Kein Sensor an der Wicklung In Betrieb befindliche Einheiten ohne integrierte Sensoren

WTI-Messgeräte arbeiten mit Wärmebildtechnik. Ein Stromwandler versorgt eine kleine Heizvorrichtung neben dem Sensorelement, und die Skala zeigt die Temperatur des obersten Ölschichts sowie den simulierten Wicklungsgradienten an. A Anzeige der Wicklungstemperatur ist zuverlässig für die Lüftersteuerung und Übertemperaturkontakte, verfügt jedoch nicht über eine Sonde am Leiter. Seine Genauigkeit hängt von der Kalibrierung anhand des werkseitigen Temperaturgradienten ab.

PT100-Sensoren sind ausgereift, kostengünstig und mit den meisten Reglern kompatibel. In Trockentransformatoren werden sie an vorgegebenen Positionen in oder neben den Wicklungen angebracht und versorgen Anzeige-, Alarm- und Lüftersteuerungsfunktionen mit Daten. Bei Hochspannungswicklungen in Öltauchausführung hängt die Eignung von der Isolations- und Verdrahtungsauslegung ab – hier entscheidet sich die Frage, ob PT100 oder Glasfaser zum Einsatz kommt.

Glasfasersonden übertragen das Signal in Form von Licht, sodass sich am Messpunkt kein Metall befindet. Die Vorteile sind elektrische Isolation, Unempfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen, eine kompakte Sonde sowie die direkte Messung an einer im Entwurf festgelegten Hot-Spot-Position. Diese Stärken beziehen sich auf die Umgebung innerhalb einer unter Spannung stehenden Wicklung und nicht darauf, jeden RTD in puncto Genauigkeit zu übertreffen. INNOFZ erläutert das Messprinzip auf seiner Temperaturüberwachung mittels Glasfaser Seite.

5. Direkte vs. berechnete Temperatur am Wicklungs-Hotspot

Ein berechneter Hotspot basiert auf der Öltemperatur an der Oberfläche, dem Laststrom, dem Gradienten zwischen Wicklung und Öl sowie den thermischen Parametern des Transformators. Er funktioniert bei Geräten ohne integrierte Sensoren und liefert eine kontinuierliche Schätzung. Seine Qualität hängt von den Modell-Eingabedaten ab sowie davon, ob Kühlung und Belastung den Annahmen entsprechen.

Bei der Direktmessung wird ein Sensor an einer ausgewählten Stelle der Wicklung angebracht, sodass der Messwert die tatsächliche Temperatur an der installierten Messstelle angibt. Dieser Wert gibt jedoch nur Auskunft über diese Stelle. Eine Sonde, die 50 mm vom tatsächlich heißesten Leiter entfernt ist, liefert einen anderen Messwert, weshalb die Platzierung den Vorgaben des thermischen Designs folgt.

Berechnete und direkt gemessene Werte geben Aufschluss über unterschiedliche Aspekte. Das Modell erfasst die gesamte Einheit; die Sonde überprüft, was an ausgewählten Stellen geschieht. Ein Vergleich beider Werte über mehrere Lastzyklen hinweg liefert oft aussagekräftigere Erkenntnisse als jeder Wert für sich allein. Weitere Informationen zu dieser Kombination finden Sie unter Überwachung von Hotspots in Transformatorwicklungen.

In der Praxis stützt man sich bei einer bereits in Betrieb befindlichen Anlage in der Regel auf WTI-Messungen und ein thermisches Modell, da das Öffnen einer Wicklung selten realistisch ist. Bei neuen Hochspannungs- oder kritischen Transformatoren können eingebettete Glasfasersonden bereits bei der Erstellung der Wicklungszeichnungen eingeplant werden. Bei Trockentransformatoren werden typischerweise PT100-Fühler an vorgegebenen Positionen eingesetzt, wobei Glasfasersonden dort hinzugefügt werden, wo Isolationsdaten oder direkte Hotspot-Daten benötigt werden. Nicht jeder Transformator benötigt eingebettete Wicklungssensoren.

6. Was führt zu einem Anstieg der Wicklungstemperatur?

Zustand Temperatureinfluss Hinweis zur Überwachung
Hoher Laststrom oder Überlastung Die Kupferverluste steigen mit dem Quadrat des Stroms Die Wicklungstemperatur steigt mit zunehmender Last
Oberschwingungsstrom Zusätzliche Wirbel- und Streuverluste Eine höhere Temperatur als die der Last allein lässt darauf schließen, dass
Ausfall eines Lüfters oder einer Pumpe Die Wärmeabfuhr nimmt ab Es sollte kein Temperaturabfall auftreten, wenn die Kühlung einsetzt
Behinderter Luftstrom oder Heizkörper Langsamere Wärmeabgabe Langsame Erholung nach Lastreduzierung
Hohe Umgebungstemperatur Erhöht die thermische Basislinie Gleichmäßige Verschiebung nach oben über alle Kanäle hinweg
Probleme mit der Ölzirkulation Lokale Strömungsdrosselung Eine Phase oder ein Abschnitt wird heißer
Kontaktwiderstand, unsymmetrische Belastung, lokale Verluste Gebietsbezogene konzentrierte Wärmeversorgung Anhaltende Phasenverschiebung

7. Online-Überwachung der Wicklungstemperatur

Ein einzelner Temperaturwert sagt ohne Kontext nur wenig aus. Die Online-Überwachung ist vor allem hinsichtlich des Trends, der Anstiegsrate, des Zusammenhangs mit der Last, der Unterschiede zwischen den Phasen, des Kühlzustands und der Alarmhistorie von Nutzen. Die Kombination aus Temperatur, Last und Kühlstatus beschreibt den tatsächlichen thermischen Zustand weitaus besser als ein fester Schwellenwert.

Eine Wicklung, die sich bei gleicher Belastung schneller als gewöhnlich erwärmt oder nach dem Anlaufen der Lüfter nicht abkühlt, deutet auf ein Kühlungs- oder Strömungsproblem hin, noch bevor ein Alarmschwellenwert erreicht wird. Die Alarm- und Abschalteinstellungen richten sich weiterhin nach den Herstellerangaben und den vor Ort geltenden Schutzkonzepten. Eine Systemübersicht über Öl, Wicklung und Hotspots finden Sie unter Temperaturüberwachung von Transformatoren.

8. Produkte zur Überwachung der Wicklungstemperatur

Die folgenden Werte stammen aus den aktuellen INNOFZ-Produktseiten. Glasfasersonden und WTI-Messgeräte werden separat aufgeführt, da sie unterschiedliche Größen messen.

Produkt Messverfahren Sensortyp Temperaturbereich Genauigkeit Typische Anwendungsbereiche für Transformatoren
Temperatursensor aus Polyimid-Lichtleitfaser Nachleuchtdauer der Fluoreszenz Spitzensonde, 2–3 mm, Faser 0–80 m -40 °C bis +260 °C ±0,5 °C bis ±1 °C Heißpunkt in einer ölgekühlten Wicklung, Abstandhalterbereich, flexible Verlegung
Gepanzerter Glasfaser-Temperatursensor Nachleuchtdauer der Fluoreszenz Spitzsonde, gepanzert, 2–3 mm, Faserlänge 0–80 m -40 °C bis +260 °C ±0,5 °C bis ±1 °C Ölgekühlte Wicklung, Anschlussbereich, anspruchsvolle interne Verdrahtung

Beide Sonden basieren auf demselben optischen Prinzip. Der Unterschied liegt in der Mechanik: Die Glasfasersensor für Transformatorwicklungen Die Ausführung mit Polyimid-Schutzschicht ist dünner und flexibler und eignet sich daher besser für die Verlegung durch Wickeln, während die gepanzerte Version für längere oder schwierigere Verlegewege im Innenbereich geeignet ist.

Produkt Messverfahren Kanäle / Kontakte Temperaturbereich Genauigkeit Kommunikation / Ausgabe Typische Anwendungsbereiche für Transformatoren
BWR2 Wicklungstemperaturanzeige Thermische Simulation anhand der Temperatur des oberen Öls und des Laststroms 4 einstellbare Schaltkontakte 0 °C bis 160 °C Klasse 1,5, maximaler Fehler ±2,4 °C Pt100 oder 4–20 mA je nach Modell; optionales Digitaldisplay mit RS485 Anzeige für Öltransformatoren, Kühlungssteuerung, Alarm, Abschaltung
3-Kanal-Glasfaser-Temperaturmessumformer Optische Sensorik mit fluoreszierenden Punktelementen 3 -40 °C bis 260 °C ±0,5 °C bis ±1 °C RS485; Anzeigemodul und Überwachungssoftware Überwachung von Hotspots in Drehstromwicklungen
Mehrkanaliges Glasfaser-Temperaturmesssystem Punktförmige optische Messung 1 bis 64, konfigurierbar -40 °C bis +240 °C ±1 °C Standard RS485, Modbus, optional 4–20 mA, Alarmausgang Trockenwicklungen, ölgekühlte Wicklungen, Mehrpunktüberwachung

Die Temperaturanzeige für die Transformatorwicklungen des BWR2 gehört zur WTI-Kategorie: Er zeigt die simulierte Wicklungstemperatur an und betätigt Kontakte. Bei dreiphasigen Hot-Spot-Daten gilt für den 3-Kanal-Glasfaser-Temperaturtransmitter Es ist für jeweils eine Sonde pro Phase ausgelegt, und das Mehrkanalsystem deckt eine größere Anzahl von Messpunkten ab. Ein Messumformer, ein Anzeigegerät oder ein System sollte auf den jeweiligen Messpunkt abgestimmt werden und nicht als austauschbar betrachtet werden.

9. Häufig gestellte Fragen zur Temperatur der Transformatorwicklungen

Was versteht man unter der Temperatur der Transformatorwicklungen?

Es handelt sich um den thermischen Zustand der Wicklungsleiter und der angrenzenden Isolierung unter Last. Da der Wert je nach Position variiert, wird er als Durchschnitts-, angezeigte oder Hot-Spot-Temperatur angegeben.

Was ist der Unterschied zwischen Wicklungstemperatur und Hot-Spot-Temperatur?

Die Wicklungstemperatur ist ein Durchschnittswert oder ein angezeigter Wert für die Wicklung. Die Hot-Spot-Temperatur ist die höchste lokale Temperatur im Inneren der Wicklung und kann über dem angezeigten Wert liegen.

Wie wird die Temperatur der Transformatorwicklungen gemessen?

Über eine WTI-Anzeige, PT100- oder RTD-Sensoren an zugänglichen Stellen, eingebettete Glasfasersonden oder ein thermisches Modell. Die richtige Wahl hängt vom Transformatorentyp, der Spannung und der Installationsphase ab.

Können Glasfasersensoren Hotspots in Transformatorwicklungen direkt messen?

Ja, an der Stelle, an der die Sondenspitze angebracht ist. Die Platzierung sollte sich nach dem thermischen Design richten, da eine Sonde nur ihre eigene Position meldet.