Rechner für Gas-in-Öl-Analyse: Gasverhältnisse nach IEC 60599 und Duval-Dreieck
Geben Sie die Konzentrationen aus der Gaschromatographie ein und erhalten Sie das gesamte brennbare Gas, die Stufen nach IEEE C57.104, die Verhältnisse nach IEC 60599 und die Zone im Duval-Dreieck 1.
Gasverhältnisse nach IEC 60599 und Duval-Dreieck
Geben Sie die Konzentrationen aus der Gaschromatographie in ppm ein. Das Werkzeug berechnet das gesamte brennbare Gas, die Stufen der klassischen IEEE-C57.104-Tabelle, die drei Verhältnisse nach IEC 60599 und die Zone im Duval-Dreieck 1.
Ergebnis
Das Dreieck verwendet nur CH₄, C₂H₄ und C₂H₂ als Prozentanteile ihrer Summe. Es liefert immer eine Zone, auch bei Gasen im Rauschbereich: nur bei tatsächlicher Gasbildung auswerten.
Die Stufen stammen aus der klassischen Tabelle der IEEE C57.104 (Ausgabe 1991), die in der Praxis nach wie vor am weitesten verbreitet ist. Die Ausgabe 2019 ersetzt diesen Ansatz durch Perzentile je nach Bauart.
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Was dieser Rechner leistet
Er nimmt die Konzentrationen aus der Gaschromatographie in ppm und liefert vier Auswertungen derselben Analyse: das gesamte brennbare Gas, die Stufe der klassischen IEEE-C57.104-Tabelle, die drei Verhältnisse nach IEC 60599 mit ihrer Diagnose und die Zone im Duval-Dreieck 1 mit dem eingezeichneten Punkt.
Woher die Gase kommen
Jeder Schädigungsmechanismus im Transformator spaltet bestimmte Moleküle und andere nicht — deshalb identifiziert das Gasgemisch den Fehler:
- Wasserstoff (H₂): entsteht bei fast allem und tritt bei Teilentladungen zuerst auf.
- Methan und Ethan (CH₄, C₂H₆): mäßige Erwärmung des Öls.
- Ethylen (C₂H₄): starke Erwärmung, oberhalb von 300 °C.
- Acetylen (C₂H₂): Lichtbogen. Erfordert Temperaturen über 700 °C und entsteht auf keinem anderen Weg.
- Kohlenmonoxid und -dioxid (CO, CO₂): Abbau der Zellulose, also des Isolierpapiers.
Stufen nach IEEE C57.104
Der Rechner ordnet die Analyse anhand der Tabelle der Ausgabe von 1991 in vier Stufen ein; sie ist nach wie vor die verbreitetste Feldreferenz. Maßgeblich ist die Stufe des schlechtesten Gases, nicht der Mittelwert.
| Gas | Grenzwert der Stufe 1 (ppm) |
|---|---|
| H₂ | 100 |
| CH₄ | 120 |
| C₂H₆ | 65 |
| C₂H₄ | 50 |
| C₂H₂ | 1 |
| CO | 350 |
| CO₂ | 2.500 |
| Gesamtes brennbares Gas | 720 |
Die Ausgabe 2019 der IEEE C57.104 hat diesen Ansatz durch Perzentile nach Bauart und Alter ersetzt. Das ist feiner, verlangt aber Angaben, die nicht immer vorliegen; die klassische Tabelle bleibt ein guter erster Filter.
Ein hoher Wert ohne Kontext sagt wenig: entscheidend ist die Bildungsrate, also wie stark jedes Gas seit der vorigen Analyse gestiegen ist. Ein Transformator mit seit fünf Jahren stabilen 600 ppm Wasserstoff ist weit weniger besorgniserregend als einer, der in drei Monaten von 40 auf 120 gestiegen ist.
Verhältnisse nach IEC 60599
Die Norm verwendet drei Quotienten — C₂H₂/C₂H₄, CH₄/H₂ und C₂H₄/C₂H₆ — und eine Tabelle, die sie in sechs Fehlerarten übersetzt: PD (Teilentladungen), D1 und D2 (Entladungen geringer und hoher Energie) sowie T1, T2 und T3 (thermische Fehler unter 300 °C, zwischen 300 und 700 °C und über 700 °C). Passen die drei Verhältnisse in keine Zeile, sagt der Rechner das, statt eine Diagnose zu erfinden: diesen Fall sieht die Norm selbst vor.
Duval-Dreieck 1
Das Dreieck verwendet nur CH₄, C₂H₄ und C₂H₂, drückt sie als Prozentanteil ihrer Summe aus und platziert den Punkt in einem in sieben Zonen geteilten Dreiecksdiagramm. Der Rechner zeichnet das Dreieck mit den Zonen und markiert den Punkt der Analyse.
Seine Grenzen sind die veröffentlichten: 98 % CH₄ für PD; 4 %, 13 %, 15 % und 29 % C₂H₂; sowie 20 %, 23 %, 40 % und 50 % C₂H₄. Die Zone DT zwischen den thermischen und den elektrischen Bereichen erfasst Mischungen beider Mechanismen.
Gelöstes Beispiel
Transformator mit H₂ 180, CH₄ 95, C₂H₆ 30, C₂H₄ 210, C₂H₂ 4 und CO 320 ppm.
- Gesamtes brennbares Gas: 839 ppm → Stufe 2 nach der Summe, Stufe 3 nach Ethylen und Stufe 3 nach Acetylen.
- Verhältnisse: C₂H₂/C₂H₄ = 0,02; CH₄/H₂ = 0,53; C₂H₄/C₂H₆ = 7,0.
- Duval: CH₄ 31 %, C₂H₄ 68 %, C₂H₂ 1 % → Zone T3.
Auswertung: thermischer Fehler über 700 °C, mit so viel Acetylen, dass engmaschig überwacht werden muss. Die üblichen Verdächtigen sind eine schlechte innere Verbindung oder ein Kreisstrom im Kern.
Was dieser Rechner nicht leistet
Er kennt den Verlauf nicht und berechnet daher keine Bildungsraten — und genau die entscheiden. Er weiß nicht, ob der Transformator seinen Stufenschalter im selben Ölvolumen hat, was völlig normale Acetylenwerte erklärt, ob die Probe korrekt entnommen wurde oder ob die Einheit nach einer Reparatur erst kurz wieder in Betrieb ist. Und er deckt weder die Duval-Dreiecke 4 und 5 noch das Duval-Pentagon ab, die die Diagnose bei Fehlern niedriger Temperatur verfeinern.
Womit gemessen wird
Die Analyse führt ein Labor an einer Ölprobe durch, oder ein Analysator für Isolieröl direkt in der Anlage. Bei kritischen Einheiten ist die Online-Überwachung die Alternative: Wasserstoff- und Gas-in-Öl-Sensoren melden eine Trendänderung zwischen zwei Probenahmen, statt die halbjährliche Analyse abzuwarten. Die Ölaufbereitung — Trocknen und Entgasen — ist die andere Hälfte der Arbeit.
Häufige Fragen
- Welches Gas weist auf den schwersten Fehler im Transformator hin?
- Acetylen (C₂H₂). Für seine Bildung braucht es einen Lichtbogen, daher erfordert jede nennenswerte Menge in einem Transformator ohne Stufenschalter im selben Ölvolumen eine Untersuchung. Der Grenzwert der Stufe 1 in der klassischen IEEE-C57.104-Tabelle liegt bei 1 ppm: der strengste aller Gase.
- Taugt das Duval-Dreieck bei niedrigen Konzentrationen?
- Nein. Das Dreieck normiert die drei Gase auf Prozentanteile ihrer Summe und liefert daher immer eine Zone, selbst wenn alle drei im Rauschen des Chromatographen liegen. Zuerst muss belegt sein, dass es tatsächlich Gasbildung gibt — Konzentrationen über den typischen Werten oder eine nennenswerte Bildungsrate —, erst dann wird die Zone gelesen.
- Worin unterscheiden sich die Verhältnisse nach IEC 60599 und das Duval-Dreieck?
- Die Verhältnisse arbeiten mit Quotienten zwischen Gaspaaren und lassen Lücken: manche Kombinationen fallen in keine Zeile der Tabelle. Das Dreieck liefert immer eine Antwort, weil es den gesamten Raum abdeckt — Vorteil und Risiko zugleich. Sinnvoll ist, beide anzuwenden und misstrauisch zu werden, wenn sie nicht übereinstimmen.