Transformatoröl: Typen, Funktionen, Vergleich und Tests

Transformatorölist ein wesentlicher Bestandteil vieler Öltransformatoren. Es hilft bei der Kontrolle der Betriebstemperatur, sorgt für elektrische Isolierung und schützt interne Komponenten vor Beschädigungen. Für Versorgungsunternehmen, Industrieanlagen, Projekte im Bereich erneuerbare Energien und Elektroinstallateure sind die Wahl des richtigen Transformatoröls und die Aufrechterhaltung seiner Qualität für eine zuverlässige Stromverteilung wichtig.

Allerdings bieten nicht alle Transformatorflüssigkeiten die gleiche Leistung. Mineralöl wird aufgrund seiner nachgewiesenen Leistungs- und Kostenvorteile weiterhin häufig verwendet, während natürliche Esterflüssigkeiten und Silikonflüssigkeiten geeignete Alternativen für Anwendungen mit besonderen Brandschutz-, Umwelt- oder Betriebsanforderungen sein können.

In diesem Leitfaden erklären wir die Hauptfunktionen von Transformatorenöl, vergleichen gängige Isolierflüssigkeiten, diskutieren Überlegungen zum Kaltstart und stellen praktische Methoden zum Testen von Transformatorenöl vor.

Der Zweck von Transformatorenöl

Transformatoröl dient in einem Öltransformator mehreren Zwecken. Seine Leistung wirkt sich direkt auf die Zuverlässigkeit der Isolierung, die Temperaturkontrolle und die Lebensdauer der Ausrüstung aus.

Kühlung

Während des Betriebs TransformatorWicklungenund dieMagnetkernDurch elektrische Verluste entsteht Wärme. Wenn diese Wärme nicht effektiv abgeführt werden kann, kann die Temperatur des Isolationssystems über die Auslegungsgrenzen hinaus ansteigen, was die Alterung der Isolierung beschleunigt.

Transformatoröl absorbiert Wärme von internen Komponenten und überträgt sie an die Tankwände.Heizkörperoder andere Kühlgeräte. Je nach Transformatorkonstruktion können zur Verbesserung der Wärmeableitung eine natürliche Ölzirkulation, eine erzwungene Ölzirkulation oder zusätzliche Lüfter und Pumpen eingesetzt werden.

Eine gute Kühlleistung ist besonders wichtig für Leistungstransformatoren, Verteilungstransformatoren, Transformatoren für erneuerbare Energien und andere Geräte, die unter wechselnden oder hohen Lasten betrieben werden.

Der richtige Öltyp, die entsprechende Viskosität, das Transformatordesign und die Kühlanordnung beeinflussen alle die Wärmeübertragungsleistung.

Elektrische Isolierung

Eine weitere Hauptfunktion von Transformatorenöl ist die elektrische Isolierung. Das Öl füllt Räume zwischen unter Spannung stehenden Komponenten, einschließlich Wicklungen, Leitern und anderen Innenteilen, und trägt so zur Vermeidung von Stromausfällen bei.

Bei ordnungsgemäßer Verarbeitung und Wartung kann Transformatoröl den elektrischen Belastungen im Inneren des Transformators standhalten. Allerdings können Feuchtigkeit, Verunreinigungen, gelöste Gase und Alterungsnebenprodukte die Durchschlagsfestigkeit verringern.

Besondere Aufmerksamkeit verdienen Wasserverunreinigungen, da Feuchtigkeit sowohl das Öl als auch die festen Dämmstoffe angreifen kann. Mit der Zeit kann dies das Risiko einer Teilentladung, eines Isolationsausfalls oder eines vorzeitigen Geräteausfalls erhöhen.

Aus diesem Grund legen Transformatorhersteller für jede Konstruktion geeignete Isolierflüssigkeitseigenschaften und Verarbeitungsanforderungen fest.

Schmierung

Transformatorenöl hat auch eine Schmierwirkung für bestimmte bewegliche Komponentenölgefüllte elektrische Geräte, einschließlich Teile von Stufenschaltmechanismen, bei denen die Konstruktion eine Ölschmierung verwendet.

Diese Funktion ist der Kühlung und der elektrischen Isolierung untergeordnet. Transformatorenöl sollte nicht als universelles mechanisches Schmiermittel betrachtet werden, da seine Eignung von der Ausrüstung und den Herstellerangaben abhängt.

Darüber hinaus trägt das Öl dazu bei, einige innere Metalloberflächen vor Oxidation zu schützen, indem es die direkte Einwirkung von Luft und Feuchtigkeit begrenzt, wenn der Transformator ordnungsgemäß abgedichtet oder mit einem Ausdehnungsgefäß ausgestattet ist.

Arten von Transformatorflüssigkeiten

Drei gängige Kategorien von Transformatorisolierflüssigkeiten sind Mineralöl, natürliche Esterflüssigkeit und Silikonflüssigkeit. Jedes hat unterschiedliche elektrische, thermische, Umwelt- und Brandschutzeigenschaften.

Mineralöl

Mineralöl ist die traditionelle und am häufigsten verwendete Isolierflüssigkeit für Transformatoren. Es wird aus Erdöl raffiniert und so formuliert, dass es eine geeignete Durchschlagsfestigkeit, Wärmeübertragung und Langzeitleistung bietet.

Seine etablierte Lieferkette, die wettbewerbsfähigen Kosten und die umfangreiche Betriebsgeschichte machen es zu einer häufigen Wahl fürVerteilungstransformatoren, Leistungstransformatorenund viele Umspannwerke.

Mineralöl weist außerdem günstige Wärmeübertragungseigenschaften auf. Herkömmliches Mineralöl ist jedoch brennbar, daher müssen Transformatorinstallation und Brandschutz gemäß den geltenden Normen und Standortanforderungen geplant werden.

Die Ölqualität kann sich durch Oxidation, eindringende Feuchtigkeit, thermische Belastung und elektrische Fehler verschlechtern. Regelmäßige Tests und entsprechende Wartung helfen dabei, diese Veränderungen zu erkennen, bevor sie zu ernsthaften Problemen werden.

Natürliche Ester (FR3® Fluid)

Transformatorflüssigkeiten werden im Allgemeinen aus natürlichen Estern hergestelltÖle auf pflanzlicher Basisund werden in geeigneten Anwendungen als Alternative zu herkömmlichem Mineralöl eingesetzt.

FR3®-Flüssigkeit ist ein anerkannter Handelsname für eine natürliche Ester-Isolierflüssigkeit. Es sollte nicht als generische Bezeichnung für jedes natürliche Esterprodukt betrachtet werden, da Formulierungen und Leistungsspezifikationen von Hersteller zu Hersteller unterschiedlich sein können.

Ein wichtiger Vorteil natürlicher Esterflüssigkeiten ist ihr höherer Brennpunkt im Vergleich zu herkömmlichem Mineralöl. Sie sind unter entsprechenden Testbedingungen in der Regel auch leicht biologisch abbaubar und können in entsprechend konzipierten Anlagen günstige Umwelteigenschaften bieten.

Natürliche Esterflüssigkeiten können mehr Wasser absorbieren als Mineralöl und behalten dabei unter geeigneten Bedingungen ihre gute Isolierleistung bei. Dies bedeutet nicht, dass Feuchtigkeit ignoriert werden kann; Die Flüssigkeit und die Feststoffisolierung des Transformators erfordern weiterhin eine ordnungsgemäße Überwachung.

Natürliche Esterflüssigkeiten werden in Anwendungen eingesetzt, bei denen Brandschutz, Umweltaspekte und Anforderungen an den Lebenszyklus der Ausrüstung Priorität haben. Vor der Auswahl sollten Ingenieure die Kompatibilität mit den Isoliermaterialien, Dichtungen, Ausdehnungsanordnungen und dem Betriebstemperaturbereich des Transformators bestätigen.

Silikonflüssigkeit

Silikon-Transformatorflüssigkeit ist eine synthetische Isolierflüssigkeit, die in Anwendungen eingesetzt wird, bei denen Brandschutz und thermische Stabilität wichtig sind.

Es hat im Allgemeinen einen hohen Brennpunkt und eine gute Oxidations- und thermische Stabilität. Diese Eigenschaften können Silikonflüssigkeit für Installationen in Innenräumen, Gewerbegebäuden und anderen Orten mit besonderen Brandschutzanforderungen attraktiv machen.

Allerdings sind die Anschaffungskosten für Silikonöl in der Regel höher als für Mineralöl. Da sich auch seine Viskositäts- und Wärmeübertragungseigenschaften von denen von Mineralöl unterscheiden, muss der Transformator für die ausgewählte Flüssigkeit ausgelegt und ausgelegt sein.

Silikonflüssigkeit ist nicht automatisch die beste Option für jeden Transformator. Bei der endgültigen Auswahl sollten elektrische Leistung, Kühlanforderungen, Umgebungsbedingungen, Wartungspraktiken und Gesamtbetriebskosten berücksichtigt werden.

Vergleich von Transformatorölen

Bei der Auswahl von Transformatorenöl geht es um mehr als den Vergleich der Einkaufspreise. Ingenieure sollten dielektrische Eigenschaften, Brandverhalten, Verhalten bei niedrigen Temperaturen, Umgebungsanforderungen und Kompatibilität mit dem Transformator berücksichtigen.

Flüssigkeitsvergleich

Bei den oben genannten Werten und Beschreibungen handelt es sich um allgemeine Vergleiche und nicht um garantierte Spezifikationen für jedes Produkt. Die tatsächliche Leistung hängt von der Flüssigkeitsformulierung, der Transformatorkonstruktion, der Umgebungstemperatur, der Wartung und den geltenden Normen ab.

Für Beschaffungsteams besteht der praktischste Ansatz darin, das gesamte Transformator-Flüssigkeitssystem zu vergleichen, anstatt eine Flüssigkeit nur auf der Grundlage einer Eigenschaft auszuwählen.

Überlegungen zum Kaltstart mit Mineralöl und FR3®-Flüssigkeit

Bei der Wahl des Transformatorenöls ist dem Betrieb bei kaltem Wetter besondere Aufmerksamkeit zu widmen.

Mit sinkender Temperatur werden Isolierflüssigkeiten im Allgemeinen zähflüssiger. Eine höhere Viskosität kann die Flüssigkeitszirkulation verlangsamen und die Wärmeübertragung während des Startvorgangs verringern, insbesondere bei Konstruktionen, die auf natürlicher Konvektion basieren.

Mineralöl ist in verschiedenen Qualitäten erhältlich und seine Leistung bei niedrigen Temperaturen hängt von der Viskosität, dem Stockpunkt und anderen spezifischen Eigenschaften ab. Bei Installationen, die sehr niedrigen Umgebungstemperaturen ausgesetzt sind, sollten Ingenieure sicherstellen, dass die ausgewählte Sorte den Start- und Betriebsanforderungen des Projekts entspricht.

Natürliche Esterflüssigkeiten, einschließlich FR3®-Flüssigkeiten, können bei niedrigen Temperaturen eine höhere Viskosität als herkömmliches Mineralöl aufweisen. Dies kann die natürliche Ölzirkulation und die Wärmeableitung beim Kaltstart beeinflussen. Die Auswirkungen hängen von der tatsächlichen Flüssigkeitstemperatur, dem Transformatordesign, den Lastbedingungen und dem Kühlsystem ab.

Bevor Sie natürliche Esterflüssigkeit in einem kalten Klima verwenden, prüfen Sie die technischen Daten des Herstellers hinsichtlich Tieftemperaturviskosität, Fließpunkt und empfohlenen Betriebsgrenzen. Überprüfen Sie außerdem, ob der Transformator für die ausgewählte Flüssigkeit ausgelegt und getestet wurde.

Keines der beiden Fluide sollte allein aufgrund eines allgemeinen Vergleichs ausgewählt werden. Der tatsächliche Temperaturbereich, die Transformatornennleistung, die Kühlmethode und das Lastprofil sollten die Entscheidung leiten.

Polychlorierte Biphenyle (PCBs)

Polychlorierte Biphenyle, allgemein bekannt als PCB, sind synthetische Chemikalien, die früher aufgrund ihrer günstigen elektrischen und brandschutztechnischen Eigenschaften in einigen elektrischen Isolierflüssigkeiten verwendet wurden.

PCB gelten mittlerweile als persistente Umweltschadstoffe, die erhebliche Gesundheits- und Umweltrisiken darstellen können. Ihre Herstellung und Verwendung ist in vielen Ländern stark eingeschränkt oder verboten, und Geräte, die PCB-kontaminiertes Öl enthalten, können besonderen Anforderungen an Handhabung, Kennzeichnung, Lagerung, Transport und Entsorgung unterliegen.

Nicht jeder ältere Öltransformator enthält PCB. Allerdings sollte bei Geräten ungewisser Herkunft oder Alter nicht ohne entsprechende Aufzeichnungen oder Tests davon ausgegangen werden, dass sie PCB-frei sind.

Wenn der Verdacht besteht, dass ein Transformator PCB enthält, darf das Öl nicht abgelassen, gemischt oder wie gewöhnliches Transformatorenöl entsorgt werden. Qualifiziertes Personal sollte die Probenahme und Laboranalyse unter Anwendung der geltenden Verfahren veranlassen. Wenn eine Kontamination bestätigt wird, befolgen Sie die örtlichen Vorschriften und beauftragen Sie autorisierte Abfallentsorgungsspezialisten.

Für Transformatorbesitzer, die gebrauchte Geräte kaufen oder in die Jahre gekommene Umspannwerke verwalten, ist die Überprüfung der Ölhistorie und des PCB-Status ein wichtiger Bestandteil einer verantwortungsvollen Anlagenverwaltung.

So testen Sie Transformatoröl

Die Prüfung des Transformatoröls hilft bei der Beurteilung des Zustands der Isolierflüssigkeit und kann potenzielle Probleme im Transformator aufdecken. Regelmäßige Tests sind besonders wichtig für kritische Leistungstransformatoren, stark belastete Verteilungstransformatoren und Geräte, die in anspruchsvollen Umgebungen betrieben werden.

Der geeignete Testplan hängt von der Transformatorspannung, der Kapazität, dem Alter, den Betriebsbedingungen, früheren Testergebnissen und den Empfehlungen des Herstellers oder Anlageneigentümers ab.

1. Dielektrischer Durchschlagspannungstest

Bei der Prüfung der dielektrischen Durchschlagsspannung wird die Spannung gemessen, bei der eine Ölprobe unter festgelegten Laborbedingungen elektrisch durchbricht.

Ein niedriges Ergebnis kann auf Feuchtigkeit, Partikel, Verunreinigungen oder eine Verschlechterung der Isolierflüssigkeit hinweisen. Der Test identifiziert jedoch nicht jedes mögliche Isolationsproblem und die Ergebnisse sollten anhand der geltenden Prüfnorm interpretiert werden.

2. Feuchtigkeitsgehaltstest

Der Wassergehalt wird üblicherweise in Teilen pro Million (ppm) gemessen. Übermäßige Feuchtigkeit kann die Leistung der Ölisolierung und den Zustand der Papierisolierung des Transformators beeinträchtigen.

Der Feuchtigkeitsgehalt sollte zusammen mit der Öltemperatur, der Flüssigkeitsart und dem Zustand der Feststoffisolierung bewertet werden. Natürliche Esterflüssigkeiten können beispielsweise mehr gelöstes Wasser aufnehmen als Mineralöl, sodass der gleiche Feuchtigkeitswert nicht unbedingt für beide Flüssigkeiten die gleiche Bedeutung hat.

3. Analyse gelöster Gase (DGA)

Die Analyse gelöster Gase misst im Transformatoröl vorhandene Gase, die durch Überhitzung, Teilentladung oder elektrische Fehler entstehen können.

Zu den häufig bewerteten Gasen gehören Wasserstoff, Methan, Ethan, Ethylen, Acetylen, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid. Ihre Konzentrationen und sich ändernden Muster können Ingenieuren dabei helfen, sich entwickelnde Fehler zu erkennen.

DGA ist besonders wertvoll für die Überwachung kritischer Leistungstransformatoren. Die Ergebnisse sollten von qualifiziertem Personal unter Verwendung geeigneter Diagnosestandards, historischer Trends und Betriebsinformationen interpretiert werden, anstatt sich auf einen einzelnen Gasmesswert zu verlassen.

4. Säurezahltest

Die Säurezahl gibt den Anteil saurer Stoffe im Öl an. Mit zunehmender Alterung des Isolieröls können durch Oxidation saure Verbindungen entstehen, die zur Schlammbildung beitragen und interne Materialien angreifen können.

Durch die Überwachung der Säurezahl im Laufe der Zeit lässt sich feststellen, ob die Flüssigkeit altert und ob weitere Untersuchungen, eine Sanierung oder ein Austausch angebracht sein könnten.

5. Grenzflächenspannungstest

Die Grenzflächenspannung misst die Wechselwirkung zwischen Transformatoröl und Wasser. Bei Mineralöl kann ein sinkendes Ergebnis auf das Vorhandensein polarer Verunreinigungen und Oxidationsnebenprodukte hinweisen.

Dieser Test wird häufig zusammen mit Messungen der Säurezahl, der Farbe und anderer Ölzustandsmessungen verwendet, um ein vollständigeres Bild der Flüssigkeitsalterung zu erhalten.

6. Tests der Ölqualität und der physikalischen Eigenschaften

Abhängig von der Anwendung können zusätzliche Tests die Viskosität, den Flammpunkt, den Fließpunkt, die Dichte, die Farbe, das visuelle Erscheinungsbild sowie die Partikel- oder Kontaminationsanalyse umfassen.

Mithilfe dieser Eigenschaften lässt sich überprüfen, ob die Flüssigkeit für die erwarteten Betriebsbedingungen geeignet bleibt. Bei Ester- und Silikonflüssigkeiten sollten die Prüfmethoden und Akzeptanzkriterien für den jeweiligen Flüssigkeitstyp geeignet sein.

Häufigkeit der Transformatorölprüfung

Es gibt kein einzelnes Prüfintervall, das für jeden Transformator geeignet ist. Kritische Anlagen erfordern möglicherweise eine häufigere Überwachung als kleinere Einheiten mit weniger anspruchsvollem Betrieb.

Ein praktisches Wartungsprogramm kann Basistests bei der Inbetriebnahme der Ausrüstung, regelmäßige Probenahmen während des Betriebs und zusätzliche Tests nach ungewöhnlichen Temperaturereignissen, elektrischen Fehlern, Öllecks oder ungewöhnlichen DGA-Ergebnissen umfassen.

Ölproben müssen in sauberen, geeigneten Behältern gesammelt werden und dabei Verfahren anwenden, die Feuchtigkeit und äußere Kontamination verhindern. Schlechte Probenahmepraktiken können zu irreführenden Ergebnissen führen, selbst wenn die Labortests selbst korrekt sind.

Am wichtigsten ist, dass Öltests ein umfassenderes Wartungsprogramm für Transformatoren unterstützen, das Inspektionen, Temperaturüberwachung, elektrische Tests und die Überprüfung der Betriebshistorie umfasst.

Auswahl des richtigen Transformators und der richtigen Isolierflüssigkeit

Das richtige Transformatoröl hängt von der Anwendung des Transformators, der Spannung und Kapazität, der Kühlanordnung, der Installationsumgebung, den Brandschutzanforderungen und der Wartungsstrategie ab. Mineralöl bleibt für viele Anwendungen eine praktische Wahl, während natürliche Ester- und Silikonflüssigkeiten bei besonderen Umwelt- oder Brandschutzanforderungen Vorteile bieten können.

Für Käufer von Transformatoren lohnt es sich, die Flüssigkeitsauswahl frühzeitig im Konstruktionsprozess zu besprechen, anstatt sie erst nach der Fertigstellung des Transformatordesigns als untergeordnetes Detail zu behandeln. Flüssigkeitseigenschaften können sich auf Kühlberechnungen, die Kompatibilität von Isoliersystemen, Installationsanforderungen und langfristige Betriebskosten auswirken.

Jiangsu Yawei Transformer Co., Ltd.Das 1993 gegründete Unternehmen stellt Transformatorlösungen für Versorgungs-, Industrie- und erneuerbare Energieanwendungen her. Mit mehr als 30 Jahren Erfahrung in der Herstellung unterstützt Yawei Kunden bei der Suche nach Transformatorausrüstung, die auf ihre Projektanforderungen abgestimmt ist.

Unabhängig davon, ob Sie einen Verteilungstransformator, einen Leistungstransformator oder einen maßgeschneiderten Öltransformator beschaffen, ist die Auswahl der geeigneten Isolierflüssigkeit ein wesentlicher Faktor für einen zuverlässigen Betrieb und eine lange Lebensdauer.

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