Trockentransformatoren nehmen in der Energieverteilung eine besondere Stellung ein. Sie sind zwar selten das auffälligste Element in einer Umspannstation, bilden aber oft die letzte Barriere zwischen dem Versorgungsnetz und einem Gebäude voller Menschen, empfindlicher Elektronik oder einer Produktionslinie, die keine Ausfälle tolerieren kann. Im Gegensatz zu ölgefüllten Transformatoren ersetzen sie das herkömmliche Kühl- und Isolationsmedium Mineralöl durch Luft und Feststoffisolierungen – meist Gießharz oder vakuumdruckimprägniertes Papier. Dieser eine Unterschied bestimmt alle nachgelagerten Aspekte: das Brandverhalten, die Umweltverträglichkeit und vor allem die Art und Weise, wie der Transformator während seiner Lebensdauer geprüft wird.

Die Prüfung ist kein einmaliger Vorgang. Es handelt sich um einen mehrstufigen Prozess, der bereits vor Verlassen des Werks beginnt und sich über die Inbetriebnahme bis hin zur regelmäßigen Wartung erstreckt. Welche Prüfungen erforderlich sind, hängt von der Bauweise, der Spannungsklasse und der maßgeblichen Norm ab – meist IEC 60076-11 oder IEEE C57.12.01. Unabhängig von der Norm lassen sich die Prüfungen in drei Gruppen einteilen: Stückprüfungen (Routineprüfungen), die jede Einheit bestehen muss; Typprüfungen, die eine Konstruktion qualifizieren; sowie Sonderprüfungen, die spezifische Anforderungen oder Fragestellungen abdecken.

1. Stückprüfungen – Die unverzichtbaren Tests

Stückprüfungen werden vor der Auslieferung an jedem Transformator durchgeführt. Sie dienen als grundlegender Nachweis dafür, dass die Einheit korrekt gefertigt wurde und sich wie vorgesehen verhält. Die folgende Auflistung orientiert sich an der Norm IEC 60076-11 und findet sich analog auch in den IEEE-Normen wieder.

Prüfung	Was geprüft wird	Typisches Abnahmekriterium
Wicklungswiderstand	Leitungsdurchgang, Qualität der Verbindungen, korrekte Anzapfanschlüsse	Messung an jeder Anzapfung; Abweichung zwischen den Phasen innerhalb weniger Prozent
Übersetzungsverhältnis und Phasenverschiebung	Dass das Gerät die bestellte Spannung liefert und die Schaltgruppe (z. B. Dyn11) für den Parallelbetrieb korrekt ist	Messung an jeder Anzapfung; Verhältnis innerhalb der Toleranz nach IEC 60076-1 (typisch ±0,5 %)
Kurzschlussimpedanz und Lastverluste	Begrenzung des Fehlerstroms, Lastaufteilung sowie I²R-Verluste und Zusatzverluste	Impedanz innerhalb ±10 % des garantierten Wertes; Lastverluste innerhalb der Garantie
Leerlaufverluste und Leerlaufstrom	Güte des Kernblechs, Festigkeit der Kernpressung, Magnetisierungsstrom	Innerhalb der Garantie; übliche Toleranz +15 % bei den Leerlaufverlusten
Fremdspannungsprüfung (AV)	Integrität der Hauptisolation gegen Erde und zwischen den Wicklungen	Eine Minute bei der festgelegten Prüfspannung ohne Durchschlag
Induzierte Spannungsprüfung (IV / ACSD)	Windungs- und Lagenisolation, die durch die Fremdspannungsprüfung nicht vollständig beansprucht wird	Kein Durchschlag bei der induzierten Prüfspannung
Teilentladungsmessung (TE)	Hohlräume, Delamination oder Schwachstellen in der Gießharzisolierung	Typischerweise ≤ 10 pC bei Gießharzausführungen
Isolationswiderstand und Polarisationsindex	Feuchtegehalt und allgemeiner Zustand des Isolationssystems	Verhältnis und Absolutwerte nach IEEE 43 bzw. Herstellergrenzwert

Zwei dieser Punkte verdienen besondere Erwähnung. Impedanz und Lastverluste werden bestimmt, indem eine Wicklung kurzgeschlossen und an die andere eine reduzierte Spannung angelegt wird; aus Spannung, Strom und Leistung wird dann die Impedanz abgeleitet. Das Ergebnis bestimmt das Verhalten des Transformators im Fehlerfall sowie seine Lastaufteilung im Verbund mit benachbarten Transformatoren. Leerlaufverluste und Leerlaufstrom werden gemessen, indem eine Wicklung mit Nennspannung beaufschlagt wird, während die andere offen bleibt; die aufgenommene Leistung entspricht im Wesentlichen den Eisenverlusten und ist der aussagekräftigste Indikator für die Qualität des Kernblechs. Ein Transformator mit ungewöhnlich hohen Leerlaufverlusten erwärmt sich stärker und verursacht während seiner gesamten Betriebsdauer höhere Kosten.

Bei Trockentransformatoren erfordert das Thema Teilentladung (TE) besondere Aufmerksamkeit. Teilentladungen sind mikroskopische Entladungen in Hohlräumen oder an Isolationskanten; sie sind sowohl Symptom als auch Ursache für eine Verschlechterung der Isolation. Ein Transformator kann zwar eine Spannungsfestigkeitsprüfung bestehen, aber dennoch einen TE-Defekt aufweisen, der später im Betrieb zu einem Ausfall führt. Bei Gießharztransformatoren liegt der zulässige Grenzwert niedrig – bei etwa 10 pC oder darunter –, weshalb die TE-Messung heute eher Standard als Option ist.

Die Prüfsequenz schließt mit der Messung des Isolationswiderstands ab – oft ergänzt durch die Berechnung des Polarisationsindex zur Feuchtigkeitserkennung – sowie mit Isolations- und Funktionsprüfungen des Zubehörs, wie Temperatursensoren, Lüfter und Stufenschalter (sofern vorhanden).

2. Typprüfungen – Nachweis der Konstruktion

Typprüfungen werden nicht an jeder einzelnen Einheit durchgeführt. Sie erfolgen an einem repräsentativen Muster, um nachzuweisen, dass die Konstruktion die spezifizierten Leistungsanforderungen erfüllt; Serienexemplare einer bereits qualifizierten Konstruktion werden normalerweise nicht erneut dieser Prüfung unterzogen.

Am anspruchsvollsten ist der Temperaturanstiegstest. Er ist für Trockentransformatoren wichtiger als für alle anderen Typen, da die Isolationslebensdauer direkt mit der Betriebstemperatur zusammenhängt. Die Einheit wird mit Nennlast – manchmal mit einer spezifizierten Überlast – betrieben, bis thermisches Gleichgewicht erreicht ist, was viele Stunden dauern kann. Die Wicklungstemperatur wird mit eingebetteten Sensoren oder durch die Widerstandsmethode gemessen, bei der der Anstieg des Wicklungswiderstands in eine durchschnittliche Wicklungstemperatur umgewandelt wird. Der Anstieg muss innerhalb der Grenzen für die Isolationsklasse bleiben – beispielsweise 100 K für Klasse F unter Nennbedingungen. Der Test validiert sowohl das thermische Design als auch die Kühlanordnung.

Der Blitzstoßtest ist das zweite Säulen, obwohl er für kritische Anwendungen manchmal als Routineprüfung durchgeführt wird. Eine Standardwellenform von 1,2/50 µs wird an jede Hochspannungsterminal angelegt, und die resultierenden Spannungs- und Stromverläufe werden aufgezeichnet. Abweichungen von der erwarteten Wellenform – wie beispielsweise ein plötzlicher Spannungsrückfall – deuten auf einen Durchschlag irgendwo in der Wicklung hin. Der Stoßtest ist für trockene Bauformen anspruchsvoller, da feste Isolierungen anders als Öl verhalten, aber er bleibt das beste Indiz für die Überspannungsfestigkeit.

Die Bestimmung des Schallpegels hat an Bedeutung gewonnen, da Trockentransformatoren zunehmend in der Nähe von Aufenthaltsbereichen aufgestellt werden. Ein Transformator, der in einem separaten Betriebsraum mit 65 dB brummt, ist eine Sache; dasselbe Gerät neben einer Krankenhausstation oder einem Großraumbüro eine ganz andere. Der Schalldruck wird bei Nennspannung an definierten Punkten rund um den Transformator gemessen – sowohl zur Überprüfung des garantierten Pegels als auch zur Identifizierung ungewöhnlicher Geräuschquellen.

3. Sonderprüfungen – Wenn die Norm nicht ausreicht

Sonderprüfungen sind weder Routine- noch allgemein vorgeschriebene Prüfungen. Sie werden durchgeführt, wenn der Käufer sie spezifiziert, die Anwendung dies erfordert oder wenn Routine- und Typprüfungen offene Fragen hinterlassen.

Die Prüfung der Kurzschlussfestigkeit ist die anspruchsvollste Prüfung. Dabei wird eine Wicklung kurzgeschlossen, während an die andere die Nennspannung angelegt wird; die entstehenden Ströme erreichen ein Vielfaches des Nennstroms, und die elektromagnetischen Kräfte im Inneren der Wicklungen sind enorm. Die Prüfung weist nach, dass die Wicklungen und ihre Stützkonstruktion den Belastungen ohne Verformung oder Isolationsschäden standhalten. Dies ist besonders für Trockentransformatoren relevant, da Feststoffisolierungen nicht über die Selbstheilungseigenschaften von Öl verfügen. Eine Wicklung, die sich unter Kurzschlusskräften leicht verschiebt, fällt zwar möglicherweise nicht sofort aus, doch die dadurch in der Isolierung verbleibende mechanische Spannung führt zu einem vorzeitigen Ausfall.

Die Frequenzganganalyse (FRA) hat sich zu einem Standardverfahren zur Überprüfung der mechanischen Integrität entwickelt. Dabei wird ein Frequenzspektrum in eine Wicklung eingespeist und die Reaktion an einer anderen Wicklung gemessen; so entsteht eine Signatur, die die physikalische Geometrie von Wicklungen und Kern widerspiegelt. Durch den Vergleich mit einer Referenzmessung (aus dem Werk oder von einem früheren Zeitpunkt) lassen sich Wicklungsverformungen, Kernverschiebungen oder andere mechanische Veränderungen erkennen, die herkömmlichen elektrischen Prüfungen verborgen bleiben. Die FRA ist besonders wertvoll nach einem Durchgangsfehler oder nach unsachgemäßer Behandlung beim Transport.

Ist eine Einheit für raue oder ungewöhnliche Einsatzbedingungen vorgesehen, können Prüfungen hinsichtlich Klima, Umweltbedingungen und Brandverhalten vorgeschrieben werden. Die Norm IEC 60076-11 legt die nachstehenden Klassifizierungen fest.