Wie wählt man einen Temperatursensor für Transformatorwicklungen aus?
Veröffentlichungsdatum:12. Oktober 2026, 17:07:10 Uhr
- Temperatursensoren für Transformatorwicklungen sollte je nach Transformatorentyp, Messort, Spannungsumgebung und der Frage, ob eine direkte Hot-Spot-Messung erforderlich ist, ausgewählt werden.
- Glasfaser-Temperatursensoren eignen sich für die direkte Messung von Wicklungs-Hotspots in Hochspannungsumgebungen und Umgebungen mit starken elektromagnetischen Feldern.
- PT100 und andere Widerstandsthermometer (RTD) werden üblicherweise an elektrisch geeigneten und zugänglichen Temperaturmessstellen eingesetzt, insbesondere in Trockentransformatoren.
- Bei Heißstellen in den Wicklungen von Öltransformatoren sind andere Methoden zur Sensorinstallation erforderlich als bei Trockenwandlern.
- Die Genauigkeit des Sensors allein reicht nicht aus; auch die Isolierung, die Einbaulage, die Ansprechzeit, die Signalübertragung und die Kompatibilität mit dem Überwachungssystem beeinflussen die Messleistung.
Inhaltsverzeichnis
- 1. Festlegung der Anforderungen an die Messung der Wicklungstemperatur
- 2. Glasfaser- vs. PT100-Wicklungstemperatursensoren
- 3. Direkte Hot-Spot-Messung mit faseroptischen Sensoren
- 4. Wo PT100- und RTD-Sensoren geeignet sind
- 5. Einsatzbereiche von Öltransformatoren und Trockentransformatoren
- 6. Wichtige Faktoren bei der Auswahl von Sensoren
- 7. Anschluss von Sensoren an ein Temperaturüberwachungssystem
- 8. Häufig gestellte Fragen zu Temperatursensoren für Transformatorwicklungen
1. Festlegung der Anforderungen an die Messung der Wicklungstemperatur
Die Temperaturmessung an Wicklungen kann verschiedene Bedeutungen haben. Bei einigen Anwendungen ist eine direkte Messung an einem prognostizierten Hotspot der Wicklung erforderlich, während bei anderen lediglich Temperaturdaten von zugänglichen Wicklungsoberflächen, der Kühlluft, dem Transformatoröl oder nahegelegenen Bauteilen benötigt werden.
Daher sollte vor der Auswahl eines Sensors das Messziel festgelegt werden. Die direkte Messung von Hotspots, der allgemeine Wärmeschutz und die Kühlungssteuerung erfordern nicht unbedingt dieselbe Sensortechnologie.
| Messanforderung | Typischer Standort | Gemeinsamer Sensoransatz |
|---|---|---|
| Direkte Messung von Hotspots in der Wicklung | Ausgewählter Wicklungsleiter oder ausgewählter Wicklungsisolationsort | Glasfaser-Temperatursensor |
| Temperatur der Trockenwicklung | Vorgesehene Position des Wicklungssensors | PT100 / RTD oder Glasfasersensor |
| Öl-Spitzentemperatur | Transformatoröl | RTD, Temperaturanzeige oder anderer Öltemperatursensor |
| Kühlungssteuerung | Wicklungs- oder festgelegter Temperaturmesspunkt | RTD angeschlossen an Temperaturregler |
2. Glasfaser- vs. PT100-Wicklungstemperatursensoren
Sowohl Glasfaser- als auch PT100-Sensoren können zur Temperaturüberwachung von Transformatoren eingesetzt werden, ihre Einsatzbedingungen unterscheiden sich jedoch. Die Wahl des Sensors hängt stark von den Anforderungen an die elektrische Isolierung und davon ab, wo das Sensorelement installiert werden muss.
Bei der faseroptischen Messtechnik kommt ein elektrisch isolierender Lichtweg zum Einsatz, wodurch sie sich besonders für Direktmessungen in Hochspannungswicklungen eignet. PT100-Sensoren ermitteln die Temperatur anhand von Änderungen des elektrischen Widerstands und finden breite Anwendung dort, wo herkömmliche elektrische Verkabelungen sicher in die Transformatorauslegung integriert werden können.
| Funktion | Glasfasersensor | PT100 / RTD |
|---|---|---|
| Elektrische Isolierung | Besonders gut geeignet für Hochspannungsumgebungen | Hängt von der Art der Installation und der Dämmung ab |
| Störfestigkeit gegen elektromagnetische Störungen | Unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Störungen entlang des optischen Messwegs | Für elektrische Signale sind unter Umständen eine geeignete Verkabelung und Abschirmung erforderlich. |
| Direkte Messung von Hotspots in der Wicklung | Geeignet, wenn es bei der Transformatorfertigung oder bei Wickelarbeiten ordnungsgemäß eingebettet wird | Die Anwendung hängt vom Spannungspegel und der Bauart des Transformators ab |
| Einsatz von Trockentransformatoren | Gültig | Häufig verwendet |
| Elektronische Fernanzeige | Erfordert ein optisches Temperaturmessgerät | Erfordert einen RTD-kompatiblen Monitor oder Regler |
3. Direkte Hot-Spot-Messung mit faseroptischen Sensoren
Die direkte Messung von Hotspots in Wicklungen ist einer der wichtigsten Anwendungsbereiche der optischen Sensorik. Ein korrekt positionierter Glasfaser-Temperatursensor kann Temperaturdaten von ausgewählten Stellen innerhalb einer Transformatorwicklung liefern, ohne dass ein leitender elektrischer Messpfad hergestellt werden muss.
Die Sensorsonden werden in der Regel an Stellen angebracht, die bei der thermischen Auslegung des Transformators festgelegt wurden. Die Installation muss daher bereits bei der Herstellung des Transformators, beim Zusammenbau der Wicklungen oder im Rahmen eines geeigneten Sanierungsverfahrens berücksichtigt werden und sollte nicht als einfache nachträgliche externe Nachrüstung betrachtet werden.
INNOFZ bietet außerdem spezielle Temperatursensoren aus Polyimid-Lichtleitfasern für Transformatorwicklungen sowie gepanzerte Ausführungen für Anwendungen, die unterschiedliche mechanische Schutzmaßnahmen und Einbauvarianten erfordern.
3.1 Warum sollte man den Hotspot direkt messen?
Die Temperatur an den Hotspots der Wicklung steht in engem Zusammenhang mit der lokalen thermischen Belastung der Isolierung. Die Temperatur des Oberflächenöls und die modellierte Wicklungstemperatur sind nach wie vor nützliche Betriebsparameter, geben jedoch nicht immer die Temperatur an einer bestimmten Stelle im Inneren der Wicklung wieder.
Direkte Sensoren können daher berechnete thermische Modelle ergänzen, wenn Informationen zur tatsächlichen Wicklungstemperatur benötigt werden. Weitere Einzelheiten zu diesem Messansatz finden Sie im INNOFZ-Bericht Temperaturüberwachung von Hotspots in Transformatorwicklungen technische Ressource.
4. Wo PT100- und RTD-Sensoren geeignet sind
PT100-Sensoren sind nach wie vor weit verbreitet, da sie einfach aufgebaut, ausgereift und mit vielen Temperaturüberwachungs- und -regelgeräten kompatibel sind. In Trockentransformatoren kommen üblicherweise RTD-Sensoren zum Einsatz, die an festgelegten Stellen innerhalb oder in der Nähe der Wicklungen installiert sind.
PT100-Sensoren können auch die Öltemperatur, die Temperatur des Kühlsystems und andere zugängliche Temperaturmessstellen messen, sofern die Bauweise des Transformators dies zulässt. Die elektrische Isolierung und die Verkabelung müssen für die jeweilige Spannungsumgebung geeignet sein.
Herkömmliche Widerstandsthermometer (RTDs) sollten nicht automatisch als gleichwertig mit einem optisch isolierten Sensor angesehen werden, der direkt in eine hochspannungsgeführte, ölgefüllte Wicklung eingebettet ist. Der Messort und die Bauweise des Transformators bestimmen, ob ein PT100, eine Glasfasermessung oder ein anderes Verfahren geeignet ist.
5. Einsatzbereiche von Öltransformatoren und Trockentransformatoren
Die Bauweise des Transformators hat erhebliche Auswirkungen auf die Messstrategie. Ölgefüllte Geräte erfordern häufig direkte Wicklungssensoren, die dem Transformatoröl, den Wicklungsmontageprozessen und Umgebungen mit hohen elektrischen Feldstärken standhalten. Speziell entwickelte Glasfasersensoren für die Wicklungen von Öltransformatoren bieten eine Möglichkeit, wenn eine direkte Messung der Innentemperatur erforderlich ist.
Trockentransformatoren bieten mehr Flexibilität für die herkömmliche RTD-Messtechnik. PT100-Sensoren können in Systeme zur Überwachung der Wicklungstemperatur integriert werden, um Werte anzuzeigen, Alarme auszulösen und Lüfter zu steuern, während die Glasfasermesstechnik weiterhin dort nützlich ist, wo eine elektrische Isolierung oder eine direkte Messung an bestimmten Temperaturpunkten erforderlich ist.
| Anwendung | Glasfaser | PT100 / RTD |
|---|---|---|
| Heißstelle in einer ölgekühlten Wicklung | Gut geeignet für die Direktmessung | Hängt stark von der Auslegung der Transformatorisolierung ab |
| Trockenwicklung | Geeignet | Häufig verwendet |
| Messung des Ölstands | Möglich, aber normalerweise nicht erforderlich | Allgemeine Lösung |
| Starke elektromagnetische Störungen / starkes elektrisches Feld | Deutlicher Vorteil | Erfordert eine entsprechende elektrische Auslegung |
| Steuerung des Lüfters | Kann Messdaten über ein Überwachungsgerät bereitstellen | Wird häufig in Temperaturregler integriert |
6. Wichtige Faktoren bei der Auswahl von Sensoren
Bei der Sensorauswahl sollte man vom Messpunkt ausgehen und nicht allein von der Sensortechnologie. Die direkte Wicklungsmessung stellt andere Anforderungen als die Öltemperaturmessung oder die allgemeine Kühlungsregelung.
- Transformatorentyp: Ölgekühlte und trockenlaufende Ausführungen erfordern unterschiedliche Installationsverfahren.
- Messort: Ermitteln Sie, ob es sich bei dem Ziel um einen Überhitzungspunkt in der Wicklung, die allgemeine Wicklungstemperatur, das Öl an der Oberseite oder einen anderen thermischen Punkt handelt.
- Elektrische Isolierung: An Orten mit Hochspannungswicklungen muss die Verlegung der Leitungen für leitfähige Sensoren sorgfältig geplant werden.
- Temperaturbereich: Sensor und Messgerät müssen den erwarteten Betriebsbereich abdecken.
- Genauigkeit und Auflösung: Die Auswahl sollte sich nach dem Überwachungsziel richten, anstatt unnötige Spezifikationen zu verwenden.
- Antwortzeit: Eine schnellere Reaktion kann nützlich sein, wenn sich Belastung und Temperatur rasch ändern.
- Mechanische Konstruktion: Die Messfühler müssen den bei der Montage auftretenden Kräften, der Isolationsverarbeitung und dem langfristigen Transformatorbetrieb standhalten.
- Überwachungsschnittstelle: Überprüfen Sie die Kompatibilität mit der erforderlichen Anzeige-, Alarm-, Relais-, Kommunikations- oder SCADA-Schnittstelle.
7. Anschluss von Sensoren an ein Temperaturüberwachungssystem
Ein Temperatursensor liefert lediglich den Messwert. Für eine praxisgerechte Transformatorüberwachung sind darüber hinaus Signalverarbeitung, Anzeige, Alarmlogik und Kommunikation erforderlich, insbesondere wenn eine Fernüberwachung notwendig ist.
An einen können mehrere Wicklungssensoren angeschlossen werden. Temperaturüberwachungssystem für Transformatoren So lassen sich Temperaturtrends mit der Transformatorauslastung und dem Kühlstatus vergleichen. Langfristige Trenddaten sind oft aussagekräftiger als die Auswertung eines einzelnen Temperaturmesswerts.
Die Alarm- und Abschalteinstellungen sollten den Auslegungsanforderungen des Transformators, den Empfehlungen des Herstellers und der Schutzphilosophie des Standorts entsprechen. Universelle Temperaturgrenzwerte sollten nicht pauschal auf jeden Transformator angewendet werden, ohne die Isolationsklasse, die Kühlungsart, die Belastung und die Position des Sensors zu berücksichtigen.
8. Häufig gestellte Fragen zu Temperatursensoren für Transformatorwicklungen
8.1 Welcher Sensor wird zur Messung der Temperatur der Transformatorwicklungen verwendet?
Es kommen sowohl PT100-Widerstandsthermometer als auch faseroptische Temperatursensoren zum Einsatz. PT100-Sensoren werden häufig in Trockentransformatoren und an anderen elektrisch geeigneten Messstellen verwendet, während faseroptische Sensoren sich besonders für die direkte Messung von Hotspots in Wicklungen in Hochspannungsumgebungen und Umgebungen mit starken elektromagnetischen Feldern eignen.
8.2 Kann ein PT100-Fühler die Temperatur der Transformatorwicklungen messen?
Ja. PT100-Sensoren werden üblicherweise an den vorgesehenen Messstellen in den Wicklungen von Trockentransformatoren installiert. Die Eignung für den Einsatz in Hochspannungs-Ölwicklungen hängt von der Isolierung und der elektrischen Auslegung des Transformators ab, weshalb eine herkömmliche PT100-Installation nicht automatisch als gleichwertig mit einem eingebetteten Glasfasersensor angesehen werden sollte.
8.3 Warum sollten für die Erkennung von Hotspots in Transformatorwicklungen faseroptische Sensoren verwendet werden?
Die faseroptische Messtechnik gewährleistet elektrische Isolation und Störfestigkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen entlang des optischen Messwegs. Dank dieser Eigenschaften können Messsonden an ausgewählten Stellen der Wicklung positioniert werden, an denen der sichere Einsatz herkömmlicher, elektrisch angeschlossener Sensoren schwierig sein kann.
8.4 Wo sollte ein Wicklungstemperatursensor eingebaut werden?
Die Position des Sensors hängt von der thermischen Auslegung des Transformators und der beabsichtigten Messung ab. Direkte Hot-Spot-Fühler sollten an den Stellen angebracht werden, an denen hohe Temperaturen in der Wicklung zu erwarten sind, während RTDs, die zur allgemeinen Wicklungsüberwachung oder zur Kühlungsregelung dienen, an den vom Transformatorhersteller oder vom Konstrukteur vorgegebenen Stellen installiert werden.
