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Isolieröl

Die Isolieröluntersuchung

Elektrische, physikalische und chemische Eigenschaften

Isolieröl auf Mineralölbasis ist das am weitest verbreitete flüssige Isolier- und Kühlmittel in elektrischen Betriebsmitteln. Gute Kälteeigenschaften, hoher Flammpunkt, die Verträglichkeit mit anderen Transformatorwerkstoffen, die in Kombination mit Zellulose-Isolierstoffen hervorragenden dielektrischen Eigenschaften und das Preisleistungsverhältnis machen es zu der am häufigsten eingesetzten Isolierflüssigkeit in elektrischen Betriebsmitteln. Der Zustand der Ölfüllung ist für die Betriebstüchtigkeit des Transformators mitentscheidend. Er sollte deshalb in regelmäßigen Abständen (DIN EN 60422) überprüft werden. Auf der Grundlage der Ergebnisse dieser Überprüfung lassen sich frühzeitig weitergehende Untersuchungen und ggf. Servicearbeiten planen.

Die PCL Ilgen GmbH bietet eine Routineuntersuchung nach DIN EN 60422 sowohl für Neu-, als auch für Betriebsöle an. Sie ermöglicht eine Beurteilung der Betriebstüchtigkeit der Ölfüllung hinsichtlich ihrer elektrischen, physikalischen und chemischen Eigenschaften.

Bestimmung des Wassergehaltes

Der Wassergehalt wird nach DIN EN 60814 (Methode nach Karl Fischer) bestimmt. Die Wasserbestimmung ist sehr sensibel gegenüber äußeren Einflüssen. Sie muss deshalb sofort nach Öffnen des Probenbehälters durchgeführt werden, da sonst atmosphärische Feuchtigkeit von der Ölprobe aufgenommen wird. Über die Bestimmung des Wassergehaltes im Öl lässt sich der Feuchtigkeitsgehalt der festen Isolation grob abschätzen [1].

Bestimmung der Durchschlagspannung

Die Durchschlagspannung ist ein Maß für die elektrische Festigkeit des Isolieröls und wird nach DIN EN 60156 durchgeführt. Sie entspricht der VDE-Bestimmung der Klassifikation VDE 0370 Teil 5. Wassergehalt und Partikelgehalt sind die entscheidenden Parameter für die Höhe der Durchschlagspannung eines Isolieröles. Wenn die Durchschlagspannung nicht mehr der Mindestanforderung (abhängig von der Oberspannung des elektrischen Betriebsmittels) entspricht und deutlich unter dem aufgrund des Wassergehaltes zu erwartenden Wert [2] liegt, sind hierfür möglicherweise fein im Öl verteilte Partikel die Ursache. Partikel können bei Servicearbeiten als Fertigungsrückstände in den Transformator eingeschleppt werden, als Folgeprodukte einer fortgeschrittenen Ölalterung während des Betriebes entstehen (Schlammbildung) oder durch Alterung der Papierisolation (Bruch von Zellulosefasern) an das Isolieröl abgegeben werden. Letzteres ist jedoch in der Regel nur bei erhöhtem Abbau der festen Isolation der Fall. Der Grad der Alterung der festen Isolation (Hydrolytischer Abbau) kann über die Bestimmung des Furfurol-Gehaltes des Isolieröles überprüft werden.

Bestimmung des Dielektrischen Verlustfaktors tan delta  (90 °C)

Der Dielektrische Verlustfaktor gibt einen Hinweis auf die Höhe der im Betrieb auftretenden dielektrischen Verluste im Öl-/Zellulose-Dielektrikum. Diese Verluste können zu einer zusätzlichen Erwärmung und damit zu einer beschleunigten thermischen Alterung beitragen. Im ungünstigsten Fall kann ein unzulässig hoher Verlustfaktor des Papier-/Öl-Dielektrikums einen “Wärme-Kipp“ einleiten und zu einem thermischen Durchschlag führen. Der tan delta reagiert sensibel auf Verunreinigungen und Öloxidationsprodukte. So kann nach dem Ausfall von Ölschlamm (feste Ölalterungsprodukte) auch ein Abfall des Dielektrischen Verlustfaktors beobachtet werden.

Bestimmung des Säuregehaltes

Der Säuregehalt - vormals Neutralisationszahl - des Öles ist ein Maß für die im Öl gelösten sauren Oxidationsprodukte (Carbonsäuren), die bei der Alterung der Kohlenwasserstoffe unter dem Einfluss von Sauerstoff aus der Luft, Temperatur und metallischer Katalysatoren gebildet werden. Sie ist somit ein Maß für den Alterungszustand der Ölfüllung. Die sauren Anteile greifen Metallflächen (Kontakte) korrosiv an und katalysieren neben Wasser den Abbau der festen Isolation [3]. Mit dem Anteil dieser und anderer polaren Komponenten (Alkohole, Aldehyde und Ketone, Vorstufen der Carbonsäuren) im Öl steigt die Wasseraufnahmefähigkeit des Isolieröls an. Die Bestimmung des Säuregehaltes erfolgt nach DIN EN 62021 Teil 1 und gibt die Alkalimenge (KOH) in mg/kg an, die nötig ist, um die im Öl enthaltenen sauren Bestandteile zu neutralisieren.

Bestimmung der Reinheit (Aussehen)

Isolieröl kann durch Schmutz, Ruß und Ölschlamm verunreinigt sein. Schmutzpartikel, Lack und Zellulosefasern können auf Fabrikationsmängel, mitunter auch auf eine nicht korrekt durchgeführte Probenentnahme zurückzuführen sein. Ruß wird häufig in Ölen aus Lastumschaltern und bei akuten elektrischen Fehlern nachgewiesen. Ölschlamm bildet sich infolge fortgeschrittener Alterung fein verteilt im Isolieröl, er setzt sich erst im Laufe der Zeit ab. Geschieht dies in den Kühlkanälen der Wicklungen, kann es zu Wärmestau und im schlimmsten Fall zum Wärmedurchschlag kommen. Da die Löslichkeit von hochmolekularen Ölalterungsprodukten (Schlamm) in Isolieröl mit abnehmender Temperatur sinkt, kommt es bevorzugt an kühlen Stellen, wie den Kühlrippen des Transformators, zu Schlammablagerungen. In ungünstigen Fällen führt dies zu einem deutlichen Rückgang der Kühlleistung. Die qualitative Bestimmung des Schlammgehaltes erfolgt visuell und ggf. durch Filtration eines Aliquots der Ölprobe. Auf Wunsch kann die Bestimmung auch quantitativ durchgeführt werden. Hat die Ausfällung von Ölschlamm erst begonnen, so kann der Umfang der durchzuführenden Servicearbeiten (Ölwechsel, Reinigung und Trocknung des Aktivteils, ...) nicht unerheblich sein, ganz abgesehen von der hierbei zu erwartenden Ausfallzeit des Umspanners. Dennoch kann eine konsequente Beobachtung des Dielektrischen Verlustfaktors tan delta (90 °C) und des Säuregehaltes, sowie die Prüfung auf Farbe, Reinheit und Geruch einen Hinweis auf eine zu erwartende Bildung von Schlamm geben. Bei entsprechenden Hinweisen sollte eine Ölprobe auf in n-Heptan fällbaren Schlamm geprüft werden. Hierdurch wird eine Änderung der Polarität des Isolieröls bewirkt und damit das vorzeitige Ausfällen evtl. im Öl vorhandener Oxidationsprodukte erzwungen. Ist die Prüfung positiv, muss in der näheren Zukunft mit der Bildung von Ölschlamm gerechnet werden. So lassen sich die durchzuführenden Servicearbeiten besser planen.

Bestimmung von Farbe und Geruch

Die Prüfung der Ölprobe auf Farbe und Geruch rundet das Untersuchungsergebnis der Isolieröl- probe ab.

Beurteilung der Ölprobe

Nach Abschluss der Routineuntersuchung wird der Zustand der Ölfüllung aufgrund der dann vorliegenden Ergebnisse nach DIN EN 60422 beurteilt und ggf. werden Empfehlungen für not- wendige Maßnahmen gegeben.

Literatur

  1. Piper J.D, AIEE Transactions 65, pp. 791-797 (1946
  2. VDEW-Ölbuch, Band 2, p. 82, 7. Ausgabe 1996, VWEW-Verlag Frankfurt
  3. Vergne J. et al., REE, (2) 1995, pp. 75-83