Inhalt:
Kurzfassung:
Die Durchschlagspannung von Isolieröl sinkt unter dem Einfluss von Feuchte, Säure, Partikeln und Druck.
Einleitung:
Die Durchschlagspannung eines mineralischen Isolieröls wurde unter dem Einfluss von Feuchte, Säure, Druck und Partikeln untersucht. Die Normen IEC156/95 (VDE0370/Part5/96 und ASTM D1816) legen die Prüfbedingungen fest, die Ölprüfgeräte einhalten müssen. Feuchte liefert Ladungsträger: Steigt die Feuchtesättigung von 0 auf 20 %, so sinkt die Durchschlagspannung von 72 auf 61 kV.
Auch Säure als Abbauprodukt verringert die dielektrische Festigkeit aus demselben Grund. Ausschlaggebend ist nicht die Gesamtsäurezahl TAN: je geringer die Wirkung der molekularen Säuren, desto größer der Abfall. Da der Durchschlagvorgang mit einer mikroskopischen Blase beginnt, steigt mit zunehmendem Druck auch die Durchschlagspannung. Der beobachtete asymptotische Verlauf scheint bei etwa 150 kV einen maximalen Endwert der Durchschlagspannung zu erreichen. Niedriger Druck begünstigt die Blasenbildung und verringert die verfügbare dielektrische Festigkeit. Trockene Partikel (Zellulosefasern) senken die Durchschlagspannung nur bei niedrigem Druck; bei Atmosphärendruck wurde praktisch kein Einfluss beobachtet.
Mineralöl, Durchschlag, Partikel, Säure, Feuchte, Druck
Durchschlag in Isolieröl
- Einleitung
Das Isolieröl in Leistungstransformatoren dient als Wärmeträger und als flüssiges Isoliermittel. Aus diesen beiden Gründen wurden seine Isoliereigenschaften untersucht. Erstens werden Leistungstransformatoren in der Regel unter Alterungsbedingungen betrieben. Mit steigendem Feuchtegehalt im Öl lösen sich die Alterungs- bzw. Abbauprodukte, und die Partikel verteilen sich. Zweitens werden Transformatoren unter neuen Umgebungsbedingungen betrieben, bei denen niedrige und hohe Drücke auftreten. Sicherer Betrieb und sichere Instandhaltung erfordern eine sorgfältige Untersuchung dieser Einflüsse.
Theoretische Betrachtungen
Isolierflüssigkeiten beziehen ihre dielektrische Festigkeit aus der im Vergleich zu Gasen höheren Dichte. Der Durchschlagvorgang beginnt mit einer mikroskopischen Blase, also einem Bereich mit großen Abständen zwischen den Korpuskeln, in dem Ionen und Elektronen Lawinen auslösen können. Diese mikroskopischen Blasen entstehen durch Stromimpulse an einer Elektrode. Der folgende Stromimpuls injiziert Ladungsträger in die Blase, was zur Stromverstärkung und schließlich zum Durchschlag führt [1]. Aus diesen Überlegungen ist Folgendes zu erwarten:
- Feuchte liefert Ladungsträger und verringert damit die verfügbare dielektrische Festigkeit.
- Auch Oxidationsprodukte wie Säuren liefern durch Dissoziation Ladungsträger. Zudem sind sie oberflächenaktiv und senken die Oberflächenspannung. Sie begünstigen so die Entwicklung der Blase, worauf die dielektrische Festigkeit abnimmt.
- Auch der Druck beeinflusst die Entwicklung der Blase. Mit steigendem Druck sollte die Durchschlagspannung zunehmen. Bei Drücken unterhalb des Atmosphärendrucks sollte sie abnehmen.
- Partikel wandern je nach ihrer Permittivität im Verhältnis zu der des Öls in Bereiche hoher Feldstärke. Sind sie stark leitfähig oder feucht, ist ein Absinken der Durchschlagspannung zu erwarten.
- Einfluss von Feuchte und Säure
- Messgerät
Die Durchschlagspannung bei unterschiedlichen Feuchte- und Säuregehalten wurde mit einem herkömmlichen dielektrischen Prüfsystem gemessen, dem Ölprüfgerät Portatest. Das System arbeitet vollautomatisch, was bei langen Prüfzeiten sehr praktisch ist. Der besondere Vorteil liegt in der schnellen Erkennung des Durchschlags und der Abschaltung des Stroms in weniger als 1 ms. Zusammen mit der geringen Energie im Prüfkreis verhindert dies die Verkohlung des Mineralöls: Selbst hunderte Prüfungen an derselben Ölprobe verringerten die Durchschlagspannung durch Verbrennungsprodukte nicht.
Abbildung 1: automatisches Prüfsystem Portatest für Isolierflüssigkeiten
Die Prüfungen wurden nach IEC156/95 Bild II (VDE0370/Teil5/96 und ASTM D1816) durchgeführt, das heißt mit Kugelelektroden von 25 mm Radius. Abbildung 1 zeigt das automatische Prüfsystem. Die Säure der Öle wurde mit einem automatischen potentiometrischen Titrationssystem "Titrino SM 702 mit Wechseleinheit 806" von Metrohm gemessen (Abbildung 2). Dabei wurde die Gesamtsäurezahl TAN durch volumetrische Titration mit Pottasche zur Neutralisation der Carbonsäuren bestimmt.
Abbildung 2
Die Feuchte der Öle wurde als Feuchtegehalt bezogen auf die Sättigung (RS in %) mit kapazitiven Sensoren Vaisala HMP 228 bestimmt. Um zuverlässige Ergebnisse zu erhalten, wurden die Sensoren sorgfältig mit gesättigten Salzlösungen aus Lithiumchlorid und Natriumchlorid kalibriert. Der auf die Sättigung bezogene Feuchtegehalt (%) sagt mehr über die entscheidende Wirkung der Feuchte auf die Durchschlagspannung aus als der übliche, auf das Gewicht bezogene Feuchtegehalt in ppm. Er wurde daher durch Messung der Feuchte in ppm überprüft. Dieser Wert lässt sich gleichwohl über Absorptionsisothermen berechnen, wie in [2] veröffentlicht.