Transformatorenöl – Zweck, Anwendung, Eigenschaften

Transformatorenöl ist eine raffinierte Ölfraktion, also Mineralöl. Es wird durch Destillation von Öl gewonnen, wobei diese Fraktion bei 300–400 °C siedet. Je nach Rohstoffsorte sind die Eigenschaften von Transformatorenölen unterschiedlich. Das Öl hat eine komplexe Kohlenwasserstoffzusammensetzung mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 220 bis 340 amu. Die Tabelle zeigt die Hauptbestandteile und ihren Anteil an der Zusammensetzung von Transformatorenöl.

Die Eigenschaften von Transformatorenöl als elektrischer Isolator werden hauptsächlich durch den Wert bestimmt dielektrischer Verlustfaktor… Daher ist das Vorhandensein von Wasser und Fasern im Öl völlig ausgeschlossen, da mechanische Verunreinigungen diesen Indikator verschlechtern.

Die Austrittstemperatur des Transformatorenöls beträgt -45 °C und niedriger, dies ist wichtig, um seine Mobilität bei Betriebsbedingungen mit niedrigen Temperaturen sicherzustellen. Die niedrigste Viskosität des Öls trägt zu einer effektiven Wärmeableitung bei, auch bei Temperaturen von 90 bis 150 °C im Falle von Ausbrüchen.Bei verschiedenen Ölmarken kann diese Temperatur 150 °C, 135 °C, 125 °C, 90 °C betragen, nicht niedriger.

Eine äußerst wichtige Eigenschaft von Transformatorenölen ist ihre Stabilität unter oxidierenden Bedingungen; Das Transformatorenöl muss über einen langen Betriebszeitraum die erforderlichen Parameter beibehalten.

Was insbesondere RF betrifft, werden alle Marken von Transformatorenölen, die in Industrieanlagen verwendet werden, zwangsläufig durch den antioxidativen Zusatz Ionol (2,6-Di-tert-butylparacresol, auch bekannt als Agidol-1) gehemmt. Das Additiv interagiert mit aktiven Peroxidradikalen, die in der Reaktionskette der Kohlenwasserstoffoxidation auftreten. Daher weisen inhibierte Transformatorenöle eine ausgeprägte Induktionsperiode während der Oxidation auf.

Additivempfindliche Öle oxidieren zunächst langsam, da die entstehenden Oxidationsketten durch den Inhibitor unterbrochen werden. Wenn das Additiv aufgebraucht ist, oxidiert das Öl mit der normalen Geschwindigkeit wie ohne Additiv. Je länger die Induktionszeit der Öloxidation ist, desto höher ist die Wirksamkeit des Additivs.

Ein Großteil der Wirksamkeit des Additivs hängt mit der Kohlenwasserstoffzusammensetzung des Öls und dem Vorhandensein von Nicht-Kohlenwasserstoff-Verunreinigungen zusammen, die die Oxidation fördern. Dabei kann es sich um Stickstoffbasen, Erdölsäuren und sauerstoffhaltige Produkte der Öloxidation handeln.

Bei der Raffination des Erdöldestillats wird der Aromatengehalt reduziert, die Nicht-Kohlenwasserstoff-Einschlüsse entfernt und letztendlich die Stabilität des ionolinhibierten Transformatorenöls verbessert. Mittlerweile gibt es eine internationale Norm „Spezifikation für Frischöl-Isolieröle für Transformatoren und Leistungsschalter“.

Transformatorenöl ist brennbar, biologisch abbaubar, nahezu ungiftig und baut die Ozonschicht nicht ab. Die Dichte von Transformatorenöl variiert zwischen 840 und 890 Kilogramm pro Kubikmeter. Eine der wichtigsten Eigenschaften ist die Viskosität. Je höher die Viskosität, desto höher die Durchschlagsfestigkeit. Allerdings für den Normalbetrieb in Leistungstransformatoren und in Leistungsschaltern darf das Öl nicht sehr viskos sein, da sonst die Kühlung der Transformatoren nicht effektiv ist und der Leistungsschalter den Lichtbogen nicht schnell unterbrechen kann.

Hier ist ein Kompromiss hinsichtlich der Viskosität erforderlich. Die typische kinematische Viskosität bei 20 °C liegt bei den meisten Transformatorenölen im Bereich von 28 bis 30 mm2/s.

Bevor das Gerät mit Öl befüllt wird, wird das Öl durch eine tiefe thermische Vakuumbehandlung gereinigt. Gemäß diesem Leitfaden „Geltungsbereich und Standards für die Prüfung elektrischer Geräte“ (RD 34.45-51.300-97) darf die Luftkonzentration im Transformatoröl, das in Stickstoff- oder Filmtransformatoren eingefüllt wird, in abgedichteten Messtransformatoren und in abgedichteten Durchführungen nicht zu hoch sein größer als 0,5 sein (bestimmt durch Gaschromatographie) und der maximale Wassergehalt 0,001 Gew.-% beträgt.

Für Leistungstransformatoren ohne Folienschutz und für durchlässige Durchführungen ist ein Wassergehalt von maximal 0,0025 Masse-% zulässig. Der Gehalt an mechanischen Verunreinigungen, der die Reinheitsklasse des Öls bestimmt, sollte für Geräte mit einer Spannung von bis zu 220 kV nicht schlechter als der 11. und für Geräte mit einer Spannung über 220 kV nicht schlechter als der 9. sein . Die Durchbruchspannung in Abhängigkeit von der Betriebsspannung ist in der Tabelle aufgeführt.

Beim Einfüllen des Öls ist die Durchschlagsspannung um 5 kV niedriger als die des Öls vor dem Einfüllen des Geräts. Es ist zulässig, die Reinheitsklasse um 1 zu reduzieren und den Luftanteil um 0,5 % zu erhöhen.

Oxidationsbedingungen (Methode zur Bestimmung der Stabilität – gemäß GOST 981-75)

Der Leckpunkt des Öls wird durch einen Test bestimmt, bei dem ein Rohr mit versiegeltem Öl um 45° geneigt wird und das Öl eine Minute lang auf dem gleichen Niveau bleibt. Bei frischen Ölen sollte diese Temperatur nicht unter -45 °C liegen.

Dieser Parameter ist der Schlüssel zu Ölschalter… Unterschiedliche Klimazonen haben jedoch unterschiedliche Anforderungen an den Stockpunkt. In den südlichen Regionen darf beispielsweise Transformatorenöl mit einer Gießtemperatur von -35 °C verwendet werden.

Abhängig von den Betriebsbedingungen des Geräts können die Standards variieren und es kann zu Abweichungen kommen. Beispielsweise sollten sich arktische Transformatorölsorten bei Temperaturen über -60 °C nicht verfestigen, und der Flammpunkt sinkt auf -100 °C (der Flammpunkt ist die Temperatur, bei der erhitztes Öl Dämpfe erzeugt, die beim Mischen mit Luft entzündlich werden). .

Grundsätzlich sollte die Zündtemperatur nicht unter 135 °C liegen. Eigenschaften wie die Zündtemperatur (das Öl entzündet sich und brennt damit für 5 oder mehr Sekunden) und die Selbstentzündungstemperatur (bei einer Temperatur von 350–400 °C). (C, das Öl entzündet sich auch in einem geschlossenen Tiegel in Gegenwart von Luft).

Transformatorenöl hat eine Wärmeleitfähigkeit von 0,09 bis 0,14 W/(mx K) und nimmt mit steigender Temperatur ab.Die Wärmekapazität steigt mit steigender Temperatur und kann zwischen 1,5 kJ/(kg x K) und 2,5 kJ/(kg x K) liegen.

Der Wärmeausdehnungskoeffizient hängt von den Normen für die Größe des Ausdehnungsgefäßes ab und liegt im Bereich von 0,00065 1/K. Der Widerstand des Transformatoröls bei 90 °C und unter Bedingungen der elektrischen Feldbelastung beträgt 0,5 MV/m sollte in keinem Fall höher als 50 Ghm*m sein.

Neben der Viskosität nimmt auch die Ölbeständigkeit mit steigender Temperatur ab. Dielektrizitätskonstante – im Bereich von 2,1 bis 2,4. Der Tangens des Winkels der dielektrischen Verluste hängt, wie oben erwähnt, mit dem Vorhandensein von Verunreinigungen zusammen, sodass er bei reinem Öl bei 90 ° C und einer Feldfrequenz von 50 Hz 0,02 nicht überschreitet und bei oxidiertem Öl 0,2 überschreiten kann .

Die Durchschlagsfestigkeit des Öls wurde während eines 2,5-mm-Durchschlagtests mit einem Elektrodendurchmesser von 25,4 mm gemessen. Das Ergebnis sollte nicht niedriger als 70 kV sein und dann beträgt die Spannungsfestigkeit mindestens 280 kV/cm.

Trotz der getroffenen Maßnahmen kann Transformatorenöl Gase absorbieren und einen erheblichen Teil davon lösen. Unter normalen Bedingungen lösen sich 0,16 Milliliter Sauerstoff, 0,086 Milliliter Stickstoff und 1,2 Milliliter Kohlendioxid problemlos in einem Kubikzentimeter Öl. Offensichtlich beginnt der Sauerstoff etwas zu oxidieren. Im Gegenteil, wenn Gase freigesetzt werden, ist dies ein Zeichen für einen Spulendefekt. Aufgrund des Vorhandenseins von im Transformatorenöl gelösten Gasen werden Defekte an Transformatoren durch chromatographische Analyse aufgedeckt.

Die Lebensdauer von Transformatoren und Öl hängt nicht direkt zusammen. Wenn der Transformator 15 Jahre lang zuverlässig arbeiten kann, wird empfohlen, das Öl jedes Jahr zu reinigen und nach 5 Jahren zu regenerieren. Um eine schnelle Erschöpfung der Ölressource zu verhindern, sind bestimmte Maßnahmen vorgesehen, deren Umsetzung die Lebensdauer des Transformatorenöls deutlich verlängert:

• Installation von Expandern mit Filtern zur Absorption von Wasser und Sauerstoff sowie von Öl abgetrennten Gasen;

• Vermeidung einer Überhitzung des Arbeitsöls;

• Regelmäßige Reinigung;

• Kontinuierliche Ölfiltration;

• Einführung von Antioxidantien.

Hohe Temperaturen, die Reaktion von Öl mit Drähten und Dielektrika fördern die Oxidation, die durch das eingangs erwähnte Antioxidantienpräparat verhindert werden soll. Dennoch ist eine regelmäßige Reinigung erforderlich. Durch eine hochwertige Ölreinigung wird es wieder in einen gebrauchsfähigen Zustand versetzt.

Was könnte der Grund für die Ausmusterung des Transformatorenöls sein? Dabei kann es sich um eine Verunreinigung des Öls mit permanenten Substanzen handeln, deren Vorhandensein nicht zu tiefgreifenden Veränderungen im Öl geführt hat, dann reicht es aus, eine mechanische Reinigung durchzuführen. Im Allgemeinen gibt es mehrere Reinigungsmethoden: mechanisch, thermophysikalisch (Destillation) und physikalisch-chemisch (Adsorption, Koagulation).

Wenn sich ein Unfall ereignet hat, ist die Durchschlagsspannung stark abgefallen, es sind Kohlenstoffablagerungen aufgetreten oder chromatographische Analyse Sollte sich ein Problem ergeben, wird das Transformatoröl direkt im Transformator oder im Schalter gereinigt, indem einfach das Gerät vom Netz getrennt wird.

Die Lebensdauer von Öl in Transformatoren kann durch den Einsatz von Antioxidationszusätzen, Thermosiphonfiltern usw. verlängert werden. Dies alles schließt jedoch nicht aus, dass Altöle regeneriert werden müssen.

Daher besteht die Aufgabe der Altölregeneration darin, ein gut gereinigtes Regenerat zu erhalten, das allen Frischölstandards entspricht. Die Stabilisierung instabiler Regenerationsstoffe durch Zugabe von Frischöl oder antioxidativen Zusätzen ermöglicht die Verwendung einfachster und kostengünstigster Methoden zur Regeneration gebrauchter Transformatorenöle.

Bei der Regeneration von Transformatorenöl ist es wichtig, unabhängig von der Regenerationsmethode und dem Alterungsgrad des Öls gut gereinigte Regenerationsmittel zu erhalten, und die Stabilisierung muss bei geringer Stabilität des Öls künstlich erfolgen – durch Zugabe von Frischöl oder Zusatz mit hoher stabilisierender Wirkung, wirksam für regenerierte Öle.

Bei der Aufbereitung von gebrauchtem Transformatorenöl werden bis zu 3 Fraktionen Grundöle für die Aufbereitung weiterer handelsüblicher Öle wie Motoren-, Hydraulik-, Getriebeöle, Schneidflüssigkeiten und Fette gewonnen.

Im Durchschnitt werden nach der Regeneration je nach angewandter technologischer Methode 70-85 % des Öls gewonnen. Die chemische Regeneration ist teurer. Bei der Regeneration von Transformatorenöl ist es möglich, bis zu 90 % des Grundöls in frischer Qualität zu erhalten.

Zusätzlich

Eine Frage

Ist es möglich, Öl in einem funktionierenden Transformator zu trocknen, indem man bei trockenem Wetter die Abdeckung anhebt? Verdunstet das Wasser aus dem Öl oder wird das Öl im Gegenteil feucht?

Antworten

Trockenes Öl mit einer Durchbruchspannung von 40-50 kV enthält Tausendstel Prozent Feuchtigkeit. Zur Befeuchtung des Öls, gekennzeichnet durch eine Abnahme der Durchschlagsfestigkeit des Öls auf 15 - 20 kV, sind Hundertstel Prozent Feuchtigkeit erforderlich.

Bei Transformatoren, die über einen Expander (oder unter einer Abdeckung) freie Verbindung mit der atmosphärischen Luft haben, findet ein kontinuierlicher Feuchtigkeitsaustausch mit der Luft statt. Wenn die Temperatur des Öls sinkt und der Feuchtigkeitsgehalt darin geringer ist als in der Luft, nimmt das Öl gemäß dem Gesetz der Partialdrücke des Feuchtigkeitsdampfes Feuchtigkeit aus der Luft auf. Dadurch wird die Durchschlagsspannung des Öls reduziert.

Außerdem findet ein Feuchtigkeitsaustausch zwischen dem Öl und der im Öl eingelegten Transformatorisolierung (Baumwolle, Bakelit) statt. Feuchtigkeit wandert in der Isolierung von heißen zu kalten Teilen. Erhitzt sich der Transformator, gelangt Feuchtigkeit von der Isolierung in das Öl, kühlt er ab, umgekehrt.

Da in den Sommermonaten die Luftfeuchtigkeit hoch ist, sinkt die Durchschlagsspannung des Öls bei freiem Feuchtigkeitsaustausch im Vergleich zu den Wintermonaten.

Im Winter, wenn die Luftfeuchtigkeit am niedrigsten und der Temperaturunterschied zwischen Luft und Öl am größten ist, trocknet das Öl etwas aus. Im Sommer, wenn Blitzüberspannungen die Transformatorisolierung eher beeinträchtigen, ist die Durchschlagfestigkeit des Transformatorenöls am niedrigsten, obwohl sie am höchsten sein sollte.

Um den freien Feuchtigkeitsaustausch zwischen Luft und Öl zu verhindern, werden Lufttrockner mit Öldichtung eingesetzt.

Daher kann es bei geöffnetem Transformatordeckel zum Austrocknen oder Benetzen des Öls kommen.

Bei Frost trocknet das Öl besser, wenn die Luft am wenigsten Feuchtigkeit enthält und der Temperaturunterschied zwischen Öl und Luft am größten ist. Eine solche Trocknung ist jedoch ineffizient und ineffektiv und wird daher in der Praxis nicht eingesetzt.