Das Geheimnis Ihres Transformators: Der Alterungsprozess von Isolieröl und wie er die Isolierung von Leistungstransformatoren beeinflusst (und Tipps zur Alterungsbewertung!)

Dieses einzigartige Transformatorenöl ist so etwas wie die Lebensader Ihres Stromtransformators. Es kühlt nicht nur, sondern sorgt auch für die notwendige Isolierung. Aber hier ist der Haken - dieses Transformator-Isolieröl bleibt nicht dauerhaft ideal. Es unterliegt einem Alterungsprozess, ähnlich wie alles andere. Diesen Alterungsprozess des Transformatorenöls zu verstehen, ist unglaublich wichtig. Und warum? Weil es Ihnen in Zukunft viel Ärger und Geld ersparen kann. Wenn das Öl verdirbt, kann es das Isolierpapier und auch den ganzen Transformator beschädigen. Dieser Artikel ist Ihr Leitfaden zu den Reifeeigenschaften von Isolieröl für Leistungstransformatoren. Wir werden einen Blick darauf werfen, wie man den Gesundheitszustand eines Transformators durch die Untersuchung seines Öls beurteilen kann. Ich habe gesehen, was passiert, wenn die Isolierung nachlässt, und ich möchte Ihnen dabei helfen, dass Ihr Transformator noch lange, lange Zeit gut läuft. Wir werden sogar auf Dinge wie Säurebildung eingehen und was das für Ihre elektrischen Geräte bedeutet.

1. Was genau ist das Transformatorenöl, von dem wir hier sprechen, und wie isoliert es?

Man könnte meinen, Öl sei nur etwas für Autos, aber in einem Leistungstransformator ist es ein Superstar. In der Regel handelt es sich um ein sehr fein abgestimmtes Mineralöl, das manchmal auch als Isolieröl bezeichnet wird. Seine Hauptaufgabe besteht darin, die verschiedenen Teile im Inneren des Transformators zu schützen, die unter Hochspannung stehen. Das bedeutet, dass es verhindert, dass elektrische Energie dorthin springt, wo sie nicht hin soll. Denken Sie an die Kabel, die eine große Menge Strom transportieren; dieses Öl hält sie sicher auseinander. Das Öl spielt eine entscheidende Rolle für den sicheren Betrieb von Transformatoren.

Diese flüssige Isolierung hat noch eine weitere sehr wichtige Aufgabe: Sie kühlt den Transformator ab. Wenn der Transformator arbeitet, dampft er. Das Transformatorenöl zirkuliert, nimmt die Wärme aus den Bereichen, wie der Wicklung, auf und führt sie ab. Dadurch bleibt der Transformator auf einer ausgezeichneten Betriebstemperatur. Dieses Öl ist also ein doppelter Held: Es hilft zu schützen und zu kühlen. Die Eigenschaften des Öls sind sehr wichtig, damit der Transformator richtig funktioniert. Ein großer Transformator kann zahllose Liter dieses speziellen Transformatorenöls fassen. Die Isolierung in Transformatoren hängt stark von diesem Öl ab.

2. Warum altert mein Transformer Oil trotzdem? Ist es so, wie wenn Individuen altern?

Das ist eine wunderbare Frage! Und in der Tat, in gewisser Weise ist das Transformatorenöl, das älter wird, ein bisschen wie wir. Mit der Zeit verändert es sich. Das ist der Alterungsprozess. Es gibt eine Reihe von Dingen, die das Transformatorenöl altern lassen. Die großen 3 sind Wärme, Sauerstoff und Feuchtigkeit. Jedes Mal, wenn Ihr Transformator in Betrieb ist, entwickelt er Wärme. Diese thermische Belastung ist nur einer der Hauptgründe, warum das Öl anfängt, sich zu zersetzen. Das Öl ist dem Luftsauerstoff ausgesetzt, insbesondere bei einigen Transformatorentypen.

Wenn sich Sauerstoff und hohe Temperaturen mit dem Transformatorenöl vermischen, kommt es zu einer chemischen Reaktion, die als Oxidation bezeichnet wird. Stellen Sie sich vor, ein Apfel wird braun, wenn Sie ihn anschneiden - das ist Oxidation! Diese Oxidation verändert das Öl, so dass es seine Aufgabe weniger gut erfüllen kann. Feuchtigkeit, auch kleine Mengen Wasser, können zusätzlich in den Transformator gelangen und die Ölalterung verstärken. Das Alter des Öls ist also ein wichtiger Faktor für die Gesundheit Ihres Transformators. Dieser Abbau ist ein schleichender Prozess, der jedoch bei jedem Transformator im Laufe seiner Lebensdauer auftritt. Das Ziel ist es, diese Alterung des Transformatorenöls zu verstehen, um den Transformator zu schützen.

3. Was sind die wichtigsten Feinde, die den Abbau von Transformatorenöl und die Säurebildung auslösen?

Wie bereits erwähnt, ist die Oxidation ein großer Übeltäter. Wenn das Öl Sauerstoff und Hitze ausgesetzt ist, beginnt es zu zerfallen. Bei diesem Ölabbau entstehen gefährliche Nebenprodukte. Eines der unangenehmsten dieser Nebenprodukte ist Säure. Ja, das Öl wird sauer! Diese Säureentwicklung hat negative Auswirkungen auf das gesamte Innere des Transformators. Dieser Säuregehalt ist ein entscheidender Punkt, den wir zur Überprüfung der Ölqualität bestimmen.

Ein weiterer Feind ist die Verschmutzung. Dabei kann es sich um Feuchtigkeit handeln, wie bereits erwähnt, oder um winzige Metallpartikel, die durch Abnutzung im Inneren des Transformators entstehen. Diese Verunreinigungen können den Zersetzungsprozess des Transformatorenöls beschleunigen. Hohe Temperaturen oder thermische Belastungen durch Überlastung des Transformators oder den Betrieb an einem heißen Ort beschleunigen ebenfalls den Alterungs- und Abbauprozess des Öls. Elektrischer Stress, z. B. durch Störungen oder Blitzschlag, kann ebenfalls dazu beitragen. All diese Faktoren wirken zusammen und verringern die Isoliereigenschaften des Öls. Das Öl wird dadurch weniger leistungsfähig.

4. Wie beeinflussen das Alterungsöl und seine Säure das Isolierpapier in meinem Transformator?

An dieser Stelle wird es für Ihren Transformator richtig ernst. Die meisten Transformatoren verwenden nicht nur Öl zur Isolierung, sondern auch spezielles Papier, häufig aus Zellulose, das um die Kabel in der Wicklung gewickelt wird. Dies wird als Papierisolierung oder Isolierpapier bezeichnet. Dieses Öl-Papier-Isolationssystem ist sehr verbreitet. Erinnern Sie sich noch an die Säure, von der wir sprachen und die sich bildet, wenn das Transformatorenöl altert? Diese Säure ist furchtbar für das Zellulose-Isolierpapier.

Die Säure greift die Zellulosefasern an und macht die Papierisolierung schwach und brüchig. Es ist ein bisschen so, wie wenn alte Zeitungen vergilben und zerbrechen. Dieser Abbau der Zellulose beschädigt die primäre elektrische Isolierung des Transformators. Die Isolierung des Transformators kann schließlich so schwach sein, dass sie normalen elektrischen oder mechanischen Belastungen nicht mehr standhält. Das Erschreckende daran ist, dass, wenn das Zellulosepapier erst einmal beschädigt ist, man es nicht mehr reparieren kann, ohne den Transformator einer größeren, teuren Reparatur zu unterziehen. Diese direkte Auswirkung auf die Lebensdauer des Transformators ist der Grund, warum wir das Öl so genau im Auge behalten.

5. Kann altes, abgebautes Transformatorenöl wirklich meinen gesamten Transformator beschädigen? Was ist die Auswirkung?

Und ob es das kann! Ich habe es schon erlebt. Altes, verdorbenes Transformatorenöl ist nicht nur ein kleines Problem, sondern eine ernste Gefahr für den gesamten Transformator. Wenn das Öl altert und sich zersetzt, entwickelt es nicht nur Säure, sondern auch etwas, das man Schlamm nennt. Dieser Schlamm ist ein klebriges, dunkles Material, das die Kühlkanäle im Transformator verstopfen kann. Wenn die Kühlung behindert wird, wird der Transformator noch heißer, was das Öl noch schneller altern lässt! Das ist ein schrecklicher Kreislauf. Dies führt zu einer verstärkten Alterung des Transformators selbst.

Schlimmer noch: Wenn das Öl seine Schutzwirkung verliert (seine Durchschlagsfestigkeit nimmt ab), steigt die Gefahr eines elektrischen Fehlers im Transformator. Dabei kann es sich um einen kleinen Lichtbogen handeln, aber auch um eine erhebliche innere Explosion, die zu einem vollständigen Ausfall des Transformators führt. Ein ausgefallener Transformator bedeutet Stromausfälle, teure Reparaturen oder sogar die Notwendigkeit eines völlig neuen Transformators. Die Auswirkungen auf die Zuverlässigkeit des Transformators und Ihren Betrieb können erheblich sein. Deshalb ist der Zustand des Transformatorenöls für die Leistung von Transformatoren, die in der Energieverteilung eingesetzt werden, von entscheidender Bedeutung.

6. Was sind die verräterischen Anzeichen für die Alterung von Transformatorenöl? Wie kann ich eine Zerstörung erkennen?

Es ist wichtig zu wissen, wonach man suchen muss. Eines der ersten Anzeichen dafür, dass Transformatorenöl zu altern beginnt und schwächer wird, ist ein Anstieg des Säuregehalts. Dies können wir testen. Ein weiteres Anzeichen ist eine Veränderung der Farbe. Neues Transformatorenöl ist normalerweise klar und hellgelb. Wenn es altert, kann es dunkler, sogar bräunlich oder schwarz werden. Dies ist in der Regel ein Anzeichen für Oxidation und Schlammbildung. Möglicherweise stellen Sie auch fest, dass das Öl den Transformator nicht mehr richtig kühlt, was zu höheren Öltemperaturwerten führt.

Bei der Zersetzung von Transformatorenöl und Zelluloseisolierung entstehen häufig bestimmte Gase. Diese Gase lösen sich im Öl auf. Wir können die Art und Menge dieser gelösten Gase bestimmen. Dies ist ein sehr leistungsfähiges Instrument, die so genannte Analyse gelöster Gase (oder DGA). Anhand der verschiedenen Gase können wir feststellen, ob es Überhitzungen, Lichtbögen oder Probleme mit dem Isolierpapier im Transformator gibt. Eine niedrige Durchschlagfestigkeit ist ebenfalls ein klares Anzeichen dafür, dass das Öl seine Aufgabe der Abschirmung nicht mehr richtig erfüllt. Diese Verschlechterung des Öls ist ein Warnzeichen für den Transformator.

7. Wie genau bewerten wir das Transformatorenöl, um sein Alter und seine Probleme zu verstehen?

Um wirklich zu verstehen, was mit dem Transformatorenöl und seinem Alter geschieht, nehmen wir eine Ölprobe aus dem Transformatorentank. Danach wird diese Ölprobe höchstwahrscheinlich für eine Reihe von Tests in ein Labor geschickt. Eine typische Untersuchung ist die Bestimmung des Säuregehalts des Öls. Ein höherer Säuregehalt bedeutet eine stärkere Verschlechterung. Außerdem untersuchen wir die Durchschlagfestigkeit, die uns sagt, wie gut das Öl vor Hochspannung schützen kann. Eine niedrige Durchschlagsfestigkeit ist ein Warnsignal für die Isolierung des Transformators.

Wir messen auch den Wassergehalt im Öl, da Wasser die Ölalterung beschleunigt und die Zelluloseisolierung beschädigt. Und die Analyse der gelösten Gase (DGA) ist ein wichtiger Faktor. Durch die Untersuchung der Gasarten und -mengen im Öl können wir Hinweise auf Probleme wie Überhitzung in der Wicklung oder den Abbau der Papierisolierung erhalten. Diese Untersuchungen helfen uns bei der Bewertung der gesamten Ölqualität und des Zustands des Transformators. Diese Zustandsanalyse ist für jeden Transformator wichtig. Sie ist Teil einer guten elektrischen Konstruktionspraxis.

8. Kann ich irgendetwas tun, um die Alterung meines Transformatorenöls zu verringern und seine Isolierung zu schützen?

Ja, zum Glück gibt es Dinge, die wir tun können! Es geht vor allem darum, den Alterungsprozess zu verlangsamen. Zu den besten Maßnahmen gehört es, das Transformatorenöl sauber, kühl und trocken zu halten. Das bedeutet, dass man sich vergewissern sollte, dass die Dichtungen des Transformators gut sind, um Feuchtigkeit fernzuhalten. Wenn der Transformator über ein Konservierungssystem mit einem Entlüfter verfügt, muss sichergestellt werden, dass das Trockenmittel (das Trocknungsmittel) im Entlüfter energiereich ist. Dies hilft bei der Reduzierung des Wassergehalts im Öl. Wenn der Transformator nicht häufig überlastet wird, kann dies ebenfalls dazu beitragen, die thermische Belastung zu bewältigen und seine Lebensdauer zu verlängern.

Regelmäßige Tests des Transformatorenöls sind von entscheidender Bedeutung. Wenn die Tests zeigen, dass das Öl anfängt, schwächer zu werden, aber noch nicht zu stark abgenutzt ist, können wir manchmal eine so genannte Ölregeneration oder Rückgewinnung durchführen. Bei diesem Verfahren wird das Öl gereinigt, von Säure und Schlamm befreit und seine dielektrischen Eigenschaften können wiederhergestellt werden. Dies ist häufig kostengünstiger, als das gesamte Öl in einem großen Leistungstransformator auszutauschen. Eine gute Wartung kann die Lebensdauer sowohl des Öls als auch des Transformators selbst verlängern. Ziel ist es, den Alterungsprozess des Öls in den Griff zu bekommen und das Isoliersystem des Transformators zu schützen.

9. Wann sollte ich über Ölnachwuchs oder Ersatz für meinen Transformator nachdenken?

Dies ist ein wichtiger Entscheidungspunkt für jeden Transformatorbesitzer. Im Allgemeinen schauen wir uns die Ergebnisse der Transformatorenöltests an. Wenn der Säuregehalt zu hoch wird, die Durchschlagfestigkeit sinkt oder sich viel Schlamm bildet, ist es Zeit zu handeln. Gelegentlich, wenn die Verschlechterung nicht so extrem ist, ist die Ölaufbereitung eine gute Alternative. Bei diesem Verfahren kann das vorhandene Öl gereinigt werden, während es sich noch im Transformator befindet, oder es wird entnommen, behandelt und wieder eingesetzt. Dadurch können die Eigenschaften des Öls erheblich verbessert und die Lebensdauer des Transformators verlängert werden.

Wenn das Öl jedoch sehr alt und stark geschwächt ist oder wenn das Isolierpapier (die Zellulose) derzeit stark beschädigt ist, reicht die Ölaufbereitung möglicherweise nicht aus. In diesen Fällen kann ein vollständiger Ölaustausch erforderlich sein. Durch den Ölwechsel erhält der Transformator einen Neuanfang mit neuem, sauberem Isolieröl. Denken Sie jedoch daran, dass neues Öl in einem Transformator mit beschädigter Papierisolierung das Papier nicht schont. Deshalb ist es für den Transformator so wichtig, den Ölverschleiß frühzeitig zu erkennen. Wir wollen einen ständigen Ölaustausch vermeiden, wenn eine hervorragende Wartung und Regeneration die Arbeit erledigen kann.

10. Warum ist die Verschlechterung der Zellulosequalität ein so großes Problem für das Isoliersystem meines Transformators?

Zellulose- und Papierisolierung sind unglaublich wichtig für Ihren Transformator. Diese Zellulose-Isolierung, in der Regel in Form von Papier oder Pressspan, ist die wichtigste starke Isolierung für die Wicklungen des Transformators. Sie schafft die erforderlichen dielektrischen Isolationsbarrieren, die Kurzschlüsse zwischen den Windungen der Wicklung und zwischen der Wicklung und anderen Transformatorteilen verhindern. Der Zustand dieser Zelluloseisolierung entscheidet praktisch über die Nutzungsdauer des Transformators.

Wenn das Transformatorenöl altert und Säure und Feuchtigkeit produziert, beginnt diese Zelluloseisolierung zu zerfallen. Die langen Ketten, aus denen die Zellulose besteht, zerfallen und machen das Isolierpapier mechanisch schwach. Es kann zerbrechlich werden und durch Vibrationen oder die starken Kräfte, die bei einem Kurzschluss auftreten, leicht beschädigt werden. Sobald der Zelluloseabbau einen bestimmten Punkt erreicht hat, besteht für den Transformator ein hohes Ausfallrisiko. Man kann zwar das Öl austauschen, aber man kann nicht so schnell das gesamte Isolierpapier tief im Inneren eines großen Leistungstransformators austauschen. Deshalb ist die Sicherung der Zellulose durch die Gesunderhaltung des Transformatorenöls für das Alterungsmanagement von Transformatoren absolut entscheidend. Das Öl-Papier-Gemisch ist entscheidend für das Isoliersystem des Transformators.