Rechner für Feuchtigkeit im Öl: ppm, relative Sättigung und Sättigungstemperatur

Rechnen Sie den Wassergehalt eines Öls zwischen mg/kg und relativer Sättigung bei beliebiger Temperatur um und bestimmen Sie, bei welcher Temperatur freies Wasser auftreten würde.

Wasser im Mineralöl: ppm, relative Sättigung und Sättigungstemperatur

Rechnen Sie den Wassergehalt zwischen mg/kg (ppm) und relativer Sättigung bei Öltemperatur um und prüfen Sie, bei welcher Temperatur dasselbe Wasser das Öl sättigen würde.

Optional: dasselbe Wasser bei einer anderen Temperatur. Zeigt, was beim Abkühlen geschieht.

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Was dieser Rechner leistet

Er rechnet den Wassergehalt eines Mineralöls zwischen Milligramm je Kilogramm (was eine Karl-Fischer-Titration liefert) und relativer Sättigung in Prozent (was eine kapazitive Sonde im Ölkreis liefert) bei der angegebenen Temperatur um. Und er berechnet zwei Größen, die im Prüfbericht fast nie stehen: die Löslichkeit des Öls bei dieser Temperatur und die Sättigungstemperatur, unterhalb derer dasselbe Wasser als freies Wasser auszufallen beginnt.

Warum ppm in die Irre führen

Gelöstes Wasser im Öl zählt nicht wegen seiner absoluten Menge, sondern weil es das Öl der Sättigung nähert. Und die Löslichkeit hängt sehr stark von der Temperatur ab:

log₁₀(Ws) = 7,42 − 1670 / T

mit T in Kelvin und Ws in mg/kg. Das sind etwa 53 mg/kg bei 20 °C, 255 bei 60 °C und 490 bei 80 °C.

Die praktische Folge: eine Analyse von 25 mg/kg, entnommen bei warmem Transformator, wirkt beruhigend — unter 10 % Sättigung —, doch dasselbe Wasser liegt nach dem Abkühlen auf 20 °C bei fast 50 % Sättigung. Deshalb ist eine Probe ohne notierte Öltemperatur wertlos, und deshalb geben Online-Sonden relative Sättigung statt ppm aus.

Die Formel gilt für neues Mineralöl. Gealtertes oder oxidiertes Öl löst mehr Wasser, die tatsächliche Sättigung läge also etwas niedriger als hier angegeben: das Ergebnis bleibt auf der sicheren Seite.

Die Sättigungstemperatur

Das ist die nützlichste Zahl dieses Rechners — und die, die kaum je ermittelt wird. Aus dem gemessenen Wassergehalt ergibt sich, bei welcher Temperatur das Öl 100 % Sättigung erreichen würde. Darunter kann freies Wasser auftreten, und freies Wasser ist es, was die Durchschlagfestigkeit einbrechen lässt und Ausfälle bei Kaltstart oder nach langem Winterstillstand verursacht.

Ein Transformator mit 40 mg/kg sättigt bei rund 14 °C. Steht er in einem Raum, der darunter fällt, ist das Risiko nicht theoretisch.

Gelöstes Beispiel

Probe mit 20 mg/kg, entnommen bei 60 °C Öltemperatur, an einer Einheit, die im Stillstand auf 20 °C abkühlt.

  • Löslichkeit bei 60 °C: 255 mg/kg → Sättigung 7,8 %: trockenes Öl.
  • Löslichkeit bei 20 °C: 53 mg/kg → Sättigung 37,9 %: sehr feuchtes Öl.
  • Sättigungstemperatur: 8,6 °C.

Dasselbe Öl, dasselbe Wasser, zwei gegensätzliche Befunde. Wird die Einheit im Winter abgeschaltet und fällt der Raum unter 9 °C, tritt freies Wasser auf.

Was dieser Rechner nicht leistet

Er sagt nicht, wie viel Wasser im Papier steckt — dort liegt der größte Teil, und dort muss getrocknet werden. Das Gleichgewicht zwischen Papier und Öl stellt sich über Tage oder Wochen ein und hängt von Temperatur und Lastverlauf ab; die Papierfeuchte aus einer einzigen Ölprobe abzuschätzen ist daher wenig verlässlich. Dafür dienen Gleichgewichtskurven und besser noch kontinuierliche Messungen. Er deckt auch keine Ester und Silikonöle ab, deren Löslichkeit sich stark von Mineralöl unterscheidet, und er ersetzt keine Durchschlagspannungsprüfung.

Womit gemessen wird

Der Wassergehalt wird im Labor durch Karl-Fischer-Titration bestimmt, die relative Sättigung mit kapazitiven Sonden im Ölkreis — nur so sieht man den Verlauf statt einer Momentaufnahme. Der Analysator für Isolieröl und die übrigen Messgeräte für Öl decken die Prüfseite ab; Trocknen und Entgasen die Aufbereitungsseite. Ist das Öl feucht, lohnt auch ein Blick auf die Gas-in-Öl-Analyse: der Abbau des Papiers hinterlässt Spuren in CO und CO₂.

Häufige Fragen

Warum sind zwei Öle mit gleichem ppm-Wert nicht gleich feucht?
Weil nicht die absolute Wassermenge die Isolierung schädigt, sondern wie nah das Öl an der Sättigung ist — und die Löslichkeit hängt stark von der Temperatur ab: etwa 53 mg/kg bei 20 °C gegenüber rund 255 bei 60 °C. Zwanzig mg/kg sind in kaltem Öl 38 % Sättigung und in Öl auf Betriebstemperatur unter 8 %.
Welche relative Sättigung ist akzeptabel?
Die verbreitetste Instandhaltungspraxis gilt ein Öl unter 5 % als trocken, zwischen 5 % und 20 % als mäßig feucht, zwischen 20 % und 30 % als feucht und über 30 % als sehr feucht. Grenzwerte in mg/kg nach Spannungsklasse stehen in IEC 60422, der maßgeblichen Referenz für ein normatives Kriterium.
Woher kommt das Wasser in einem Transformator?
Aus drei Quellen: aus der Umgebung über Dichtungen, Trockner oder bei Arbeiten an der Einheit; aus dem alternden Isolierpapier, weil der Abbau der Zellulose Wasser freisetzt; und aus Restfeuchte seit der Fertigung oder der letzten Aufbereitung. Der größte Teil des Wassers steckt im Papier, nicht im Öl: das Öl zeigt nur den Anteil, der mit ihm im Gleichgewicht steht.