Messgerät für Leitfähigkeit, relative Permittivität und tanδ von Isolierölen nach IEC 61620
Um die Qualität eines Isolieröls anhand von Leitfähigkeit und Verlustfaktor (tanδ) auch bei Raumtemperatur zu beurteilen, braucht man ein Messgerät nach IEC 61620, das eine Wechselrechteckwelle niedriger Amplitude und niedriger Frequenz anlegt – ein Verfahren, das wesentlich empfindlicher ist als die Brückenmethode. Das TAND220A regt die 210-ml-Probe mit ±30 V bei 0,5 Hz ohne Gleichanteil an und misst die Leitfähigkeit von 0,01 bis 20.000 pS/m mit ±1 Digit ±1 % vom Messwert, die relative Permittivität bis 5,00 mit ±1 Digit ±0,2 % und tanδ-Werte bis 10−6 (bei 50 Hz), mit Prüfspannung und Prüfstrom, die das Bedienpersonal nicht gefährden.
TAND220A – Tan-δ-Messgerät für Isolieröl
Das Messgerät TAND220A entspricht der internationalen Norm IEC 61620.
Das Gerät arbeitet nach dem sogenannten "Wechselrechteckwellenverfahren mit niedriger Amplitude und niedriger Frequenz" und erlaubt genaue Messungen von Leitfähigkeit und relativer Permittivität. Die Leitfähigkeitsmessung im Bereich von 0,01 pS/m bis 20.000 pS/m ermöglicht den Einsatz des Geräts zur Qualitätskontrolle hochohmiger Flüssigkeiten auch bei Raumtemperatur.
Das TAND220A arbeitet mit einer niedrigen Prüfspannung und einem ebenso niedrigen Prüfstrom. Eine Gefährdung des Bedienpersonals besteht damit nicht.
Messverfahren
Die Flüssigkeit im Prüfgefäß wird mit einer Rechteckwechselwelle niedriger Amplitude (30 V) und niedriger Frequenz (0,5 Hz) ohne Gleichanteil angeregt (siehe Abbildung 1).
Aus dem durch die Flüssigkeit fließenden Strom werden die Kapazität C und der Leitwert G bestimmt; die relative Permittivität εr und die Leitfähigkeit σ ergeben sich nach den folgenden Gleichungen
εr = C/Co
σ = εo.G/Co
Der abgeleitete Verlustfaktor tanδ für eine gegebene Frequenz f wird mit der folgenden Gleichung bestimmt:
tanδ = G/C-2
Für die Bestimmung der Leitfähigkeit oder von tanδ ist das Wechselrechteckwellenverfahren wesentlich empfindlicher als die Brückenmethode. Es erlaubt die Bestimmung der Leitfähigkeit bis 0,01 pS/m und von tanδ bis 10-6 (bei 50 Hz). Durch diese hohe Empfindlichkeit lassen sich Leitfähigkeit und tanδ bei niedrigen Temperaturen messen; die Charakterisierung von Flüssigkeiten bei Raumtemperatur ist damit sicher durchführbar.
Prüfgefäß
Die rechteckförmige Anregungsspannung mit einer Amplitude von nur ±30 V erlaubt ein Prüfgefäß mit einfachem, bedien- und reinigungsfreundlichem Aufbau. Das Prüfgefäß des TAND220A besteht aus nur zwei Teilen: einem Behälter und einem Aktivteil. In dem ebenfalls aus Edelstahl gefertigten Gefäß sind zwei koaxiale Elektroden aus Edelstahl eingebaut. Das Gefäß trägt zudem zwei BNC-Anschlüsse, die mit den beiden Elektroden verbunden sind. Die Elektroden haben eine saubere, polierte Oberfläche. Gefäß und Aktivteil werden nach den in Anhang A beschriebenen Verfahren gereinigt. Ein Zerlegen des Aktivteils zur Reinigung ist weder möglich noch erforderlich.
Die für die Prüfung erforderliche Flüssigkeitsmenge beträgt 210 ml. Dazu wird das Gefäß bis 23 mm vor dem Gefäßende mit Flüssigkeit gefüllt.
Die Temperatur der Flüssigkeit wird mit einem elektronischen Thermometer bestimmt, das durch die Öffnung im Deckel in das Gefäß eingeführt wird.
Anwendung
Eine typische Anwendung des TAND220A ist die Qualitätskontrolle von Mineralöl, das als dielektrische Flüssigkeit in Hochspannungsschaltanlagen eingesetzt wird – etwa in Leistungs- oder Messwandlern, Kondensatoren, Endverschlüssen usw.
Mehrere Studien haben gezeigt, dass die Leitfähigkeit des Öls von Verunreinigungen und ionischen Bestandteilen beeinflusst wird, die in das Öl eingebracht oder darin gebildet wurden. Die Leitfähigkeit charakterisiert die Ölqualität daher gut. Umgekehrt ist nachgewiesen, dass im Öl gelöste Feuchte die Leitfähigkeit nicht wesentlich beeinflusst. Die folgenden Leitfähigkeitswerte bei Raumtemperatur sind je nach Einsatz typisch:
- Neues Öl (Laborqualität) ≤ 0,05 pS/m
- Neues Öl (Industriequalität) 0,05...0,1 pS/m
- Wenig gebrauchtes Öl in gutem Zustand 0,1...1,0 pS/m
- Durchschnittlich gebrauchtes Öl in akzeptablem Zustand 1,0...5,0 pS/m
- Stark gebrauchtes Öl in schlechtem Zustand > 5,0 pS/m
Technische Daten
Messbereich der Leitfähigkeit | 10-14 ... 2'10-8 S/m in vier Bereichen |
Unsicherheit der Leitfähigkeitsmessung | ±1 Digit ±1 % des Messwerts |
Messbereich der relativen Permittivität | bis 5,00 |
Auflösung der Permittivitätsmessung | 0,001 für relative Permittivität bis 1,999 |
Unsicherheit der Permittivitätsmessung | ±1 Digit ±0,2 % des Messwerts |
Frequenz der Messspannung | 0,5 Hz |
Messspannungsbereich | ±30 V Rechteckwelle ohne Gleichanteil |
Analogausgänge | 2 V von 0 bis 100 %. |
Gewicht | 2,6 kg |
Abmessungen (Breite ' Tiefe ' Höhe in mm) | 260 ´ 283 ´ 115 |
Versorgung im Feld | vier AA-Batterien |
Versorgung im Labor | 100 ... 240 Vac 50/60 Hz |
Betriebstemperatur | 0¼35°C |
Gefäß | |
Erforderliche Flüssigkeitsmenge | 210 ml |
Leerkapazität | ≈ 60 pF |
Kapazitätsdrift mit der Temperatur | < 50 ppm/°C |
Elektrodenabstand | 1,5 mm |
Temperaturmessung | elektronisches Thermometer |
Gewicht | 1,2 kg |
Abmessungen (Höhe ' Durchmesser in mm) | 125 ´ 82 |
Tabelle 1: Elektronisches Messgerät | |
Optionales Zubehör
Z1 Gefäßheizung Das Gerät erwärmt die Proben auf 90 °C ± 0,1 °C und hält diese Temperatur, um die Messung normgerecht nach IEC durchzuführen. | Z2 Gefäß für kontinuierliche Messung Das Gefäß für die kontinuierliche Messung von tanδ in einem Ölkreis, etwa dem einer Ölaufbereitungsanlage. Die Sonde für die kontinuierliche Messung wird am Auslass eines Ölkreises hinter der Pumpe installiert. Ein bestimmter Ölanteil durchströmt die Sonde für die kontinuierliche tanδ-Messung. |
Eckdaten des TAND220A
- Messverfahren: Das TAND220A entspricht IEC 61620 und regt die Flüssigkeit mit einer Wechselrechteckwelle von ±30 V und 0,5 Hz ohne Gleichanteil an; aus dem Strom bestimmt es Kapazität und Leitwert und daraus relative Permittivität, Leitfähigkeit und tanδ.
- Leitfähigkeit: von 0,01 bis 20.000 pS/m (10−14 bis 2 × 10−8 S/m) in vier Bereichen, mit einer Unsicherheit von ±1 Digit ±1 % vom Messwert.
- tanδ und Permittivität: tanδ bis 10−6 (bei 50 Hz); relative Permittivität bis 5,00, mit 0,001 Auflösung bis 1,999 und einer Unsicherheit von ±1 Digit ±0,2 % vom Messwert.
- Öldiagnose: typische Leitfähigkeiten bei Raumtemperatur von ≤ 0,05 pS/m bei neuem Öl in Laborqualität, 0,05-0,1 pS/m bei neuem Öl in Industriequalität, 0,1-1,0 pS/m bei wenig gebrauchtem, 1,0-5,0 pS/m bei durchschnittlich gebrauchtem und über 5,0 pS/m bei stark gebrauchtem Öl; gelöste Feuchte hat keinen wesentlichen Einfluss.
- Prüfgefäß: 210 ml Probe, zwei koaxiale Elektroden aus poliertem Edelstahl mit 1,5 mm Abstand, Leerkapazität ≈ 60 pF, Kapazitätsdrift mit der Temperatur unter 50 ppm/°C und BNC-Anschlüsse; 1,2 kg und 125 × 82 mm (Höhe × Durchmesser), mit elektronischem Thermometer durch die Deckelöffnung.
- Optionen: Z1, eine Heizung, die die Probe für normgerechte Messungen nach IEC auf 90 °C ± 0,1 °C hält, und Z2, ein Gefäß für die kontinuierliche tanδ-Messung in einem Ölkreis, am Pumpenauslass installiert, etwa in einer Ölaufbereitungsanlage.
- Messgerät: 2,6 kg und 260 × 283 × 115 mm, Versorgung über vier AA-Batterien im Feld oder mit 100-240 V AC, 50/60 Hz, im Labor, Analogausgang 2 V für 0-100 % und Betrieb von 0 bis 35 °C.
Häufige Fragen
Welche Leitfähigkeit zeigt, dass Transformatorenöl gealtert ist?
Als Richtwert bei Raumtemperatur liegt neues Öl in Laborqualität bei ≤ 0,05 pS/m, neues Öl in Industriequalität bei 0,05-0,1 pS/m, wenig gebrauchtes Öl bei 0,1-1,0 pS/m, durchschnittlich gebrauchtes bei 1,0-5,0 pS/m, und stark gebrauchtes Öl in schlechtem Zustand übersteigt 5,0 pS/m. Das TAND220A misst von 0,01 bis 20.000 pS/m und deckt damit den gesamten Bereich mit ±1 Digit ±1 % vom Messwert ab.
Lässt sich das TAND220A vor Ort oder für kontinuierliche Messungen einsetzen?
Ja. Das TAND220A wiegt 2,6 kg und arbeitet im Feld mit vier AA-Batterien oder im Labor mit 100-240 V AC. Mit der Option Z2, einem am Pumpenauslass eines Ölkreises wie dem einer Aufbereitungsanlage installierten Gefäß, misst es tanδ kontinuierlich.
