Kesselbruch und innere Lichtbögen bei Transformatoren
Das schwerste Brandszenario beginnt mit einem Lichtbogen im Kessel. Wie es sich entwickelt, wie es verhindert wird – und was eine Esterflüssigkeit ändert.
Aktualisiert am 12. November 2026 · Veröffentlicht von IsoTec
Wie ein Kessel birst
Versagt die Isolation, entsteht in der Flüssigkeit ein Lichtbogen. Seine Energie verdampft und zersetzt die Flüssigkeit innerhalb von Millisekunden zu Gas. Da die Flüssigkeit nahezu inkompressibel ist, läuft eine Druckwelle durch den Kessel und belastet Wände, Deckel und Durchführungsdome. Ist die Lichtbogenenergie groß genug – hoher Fehlerstrom, langsame Abschaltung –, versagt das schwächste Bauteil, und die Flüssigkeit tritt aus, oft als Sprühnebel.
Entscheidende Größen sind die Lichtbogenenergie, der daraus entstehende hydraulische Druck und die Druckfestigkeit des Kessels.
Wie oft und wo
Nach Angaben des Convenors der CIGRE-Arbeitsgruppe zum Transformatorbrandschutz sind Kesselbrüche unter 245 kV selten und treten vor allem über 300 kV auf – meist nach einem Isolationsfehler gegen den Kessel oder in einem Durchführungsdom, nicht infolge innerer Wicklungsfehler.
Maßnahmen nach IEEE C57.156
IEEE C57.156 beschreibt Maßnahmen zur Verringerung des Kesselbruchrisikos durch innere Fehler in vier Bereichen:
- Netzauslegung: Fehlerstrom begrenzen und schnell abschalten – die Lichtbogenenergie wächst mit Strom und Dauer.
- Produktauslegung: Kesselfestigkeit, nachgiebige oder verstärkte Strukturen, Gestaltung von Domen und Deckeln.
- Überwachungs- und Meldeeinrichtungen: Schnelldruckrelais, Buchholz-Relais, Druckentlastungseinrichtungen, Analyse gelöster Gase.
- Auswahl der Isolierflüssigkeit.
Kriterien für FM-Approved-Transformatoren
FM Approvals Class 3990 nennt konkrete Kriterien für Transformatoren mit zertifizierten schwer entflammbaren Flüssigkeiten:
| Element | Anforderung |
|---|---|
| Kessel | Mindestens 7 psi (48 kPa) ohne bleibende Verformung; 15 psi (rechteckig) bzw. 20 psi (zylindrisch) ohne Bersten |
| Druckentlastungseinrichtung | Nenn-Ansprechdruck 10 psi (69 kPa), Mindestdurchfluss je nach Leistung |
| Fehler mit kleinen Strömen | Sicherungen bis 2.500 kVA zulässig; darüber Alarmkontakte und Schnelldruckrelais oder Gleichwertiges |
| Fehler mit großen Strömen | Begrenzte Energie, vor allem durch strombegrenzende Sicherungen (I²t-Grenzen) |
| Flüssigkeit | Zertifiziert nach Class 6933, Brennpunkt mindestens 300 °C |
Was die Flüssigkeit ändert – und was nicht
Die Flüssigkeit verhindert weder den Lichtbogen noch die Gasbildung oder die Druckwelle. Sie ändert, was mit der ausgetretenen Flüssigkeit geschieht. Ein feiner Nebel kann sich entzünden, solange der Lichtbogen brennt – selbst bei Flüssigkeiten mit Flammpunkten über 300 °C. Ist der Lichtbogen abgeschaltet, brennt eine K-Klasse-Flüssigkeit wesentlich unwahrscheinlicher weiter: In veröffentlichten Versuchen erlosch ein Nebel aus synthetischem Ester nach Entfernen der Flamme nach höchstens 7 Sekunden, ein Mineralölnebel brannte bis zu 49 Sekunden weiter. Schneller Schutz und ein standhaltender Kessel sind die erste Verteidigungslinie, die Flüssigkeit die zweite.
Checkliste für die Spezifikation
- Maximaler Fehlerstrom und Abschaltzeit des Schutzes am Transformator
- Druckfestigkeit des Kessels und berstfeste Konstruktion
- Druckentlastungseinrichtung mit Meldekontakt; Schnelldruckrelais
- Durchführungsdome, ausgelegt auf den Druck eines inneren Fehlers; trockene Durchführungen
- K-Klasse-Flüssigkeit im Hauptkessel und im Stufenschalter
- Auffangwanne und Kiesschicht für ausgetretene Flüssigkeit
- Online-Überwachung: Analyse gelöster Gase, Durchführungsüberwachung
Häufige Fragen
Warum bersten Transformatorkessel?
Ein innerer Lichtbogen zersetzt die Flüssigkeit innerhalb von Millisekunden zu Gas. Ist die Lichtbogenenergie groß genug, kann die Druckwelle die Festigkeit des Kessels, eines Deckels oder eines Durchführungsdoms übersteigen.
Verhindert ein Ester den Kesselbruch?
Nein. Die Flüssigkeit verhindert weder den Lichtbogen noch den Druckanstieg. Sie verringert die Wahrscheinlichkeit, dass ausgetretene Flüssigkeit nach dem Abschalten des Lichtbogens weiterbrennt.
Welche Norm behandelt den Kesselbruch?
IEEE C57.156 ist der Leitfaden zur Minderung des Kesselbruchrisikos bei flüssigkeitsgefüllten Transformatoren und Drosselspulen. FM Approvals Class 3990 legt Kessel- und Druckentlastungskriterien für FM-Approved-Transformatoren fest.
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Quellen und weiterführende Literatur
- IEEE C57.156-2016: Guide for Tank Rupture Mitigation of Liquid-Immersed Power Transformers and Reactors
- FM Approvals Class 3990: Examination Standard for Liquid-Insulated Transformers (2022)
- Petersen, A.: Risk Equals Probability Times Consequences – T&D World (2014)
- HSE Research Report RR980: Generation of flammable mists from high flashpoint fluids (2013)
- Reid, J.: The Use of Ester based Transformer Liquids for Reduced Fire Risk and Lower Costs – IChemE Hazards 31 (2021)
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