In Hochspannungsanlagen gibt es eine große Anzahl ölgefüllter Geräte (wie Transformatoren, Transformatoren, Öl-Leistungsschalter). Die Hauptfunktion des Isolieröls in diesen Geräten ist wie folgt.

(1) Damit die ölgefüllten Anlagen über einen guten Wärmezyklus verfügen, um die Kühlung exothermer Prozesse zu gewährleisten. Bei einem ölgefüllten Transformator erfolgt die Wärmeübertragung vom Transformator über das Öl zum Öltank und zur Kühleinrichtung, wo die Wärme anschließend durch die Umgebungsluft oder Kühlwasser abgeführt wird.

(2) Die Isolationskapazität zwischen den Phasen, zwischen den Schichten sowie die Hauptisolationskapazität der Anlage erhöhen und die Isolationsfestigkeit der Anlage verbessern. Beispielsweise die Isolation von Öl-Leistungsschaltern zwischen gleichartigen leitenden Leistungsschaltern.

(3) Die Isolierung der Anlagen ist vor dem Kontakt mit der Luft zu schützen, um Oxidation und das Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern und sicherzustellen, dass die Isolationsleistung nicht beeinträchtigt wird. Insbesondere bei Transformatoren und Kondensatoren in Isolieröl ist nicht nur das Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern, sondern es sind auch die Hohlräume im festen Isoliermaterial zu füllen, damit die Isolierung der Anlagen verstärkt wird.

(4) In der Ölkreislaufvorrichtung dient das Isolieröl nicht nur als Isoliermedium, sondern auch als Lichtbogenlöschmedium, um die Ausbreitung des Lichtbogens zu verhindern und dessen rasches Erlöschen zu bewirken.

Elektrisches Isolieröl

(1) Klassifizierung. Elektrisches Isolieröl, auch als Elektroöl bezeichnet, umfasst Transformatoröl, Öl für Leistungsschalter, Kondensatoröl und Kabelöl sowie vier weitere Ölsorten.

(1) Transformatoröl ist ein Öl mit niedriger Viskosität, das in Transformatoren und anderen Anlagen zur Kühlung und Isolierung verwendet wird.

(2) Das Öl in Öl-Leistungsschaltern ist eine Art Isolieröl, das nicht nur isoliert und kühlt, sondern auch dazu beiträgt, die beim Unterbrechen des Stromkreises entstehenden Lichtbögen (Funken) zu löschen.

(3) Kondensatoröl wird für Kondensatoren (hauptsächlich Leistungskondensatoren oder elektrostatische Kondensatoren) verwendet und dient als Isolierimprägnierung oder Feuchtigkeitsbarriere.

(4) Kabelöl wird zur Isolierung von Kabeln verwendet und besteht aus einer Mischung aus raffiniertem Schmieröl, das eine imprägnierende und kühlende Wirkung hat, sowie Schmieröl und anderen Verdickungsmitteln (wie Weichwachs, Harz, Polymer oder Asphalt usw.). Davon entfielen etwa 80% des gesamten Öls für Elektrogeräte auf Transformatoröl und Öl für Leistungsschalter.

Prüfung des Durchschlagsverhaltens von Isolieröl (BDV-Prüfung)

Warum werden Zersetzungsprüfungen an Transformatoröl durchgeführt?

Es ist äußerst wichtig, eine Druckfestigkeitsprüfung des Isolieröls durchzuführen, da Transformatoröl als zentrales Isoliermedium im Stromnetz eine entscheidende Rolle spielt und seine Leistungsfähigkeit sich unmittelbar auf den sicheren Betrieb und die Lebensdauer des Transformators auswirkt. Im Folgenden sind einige der wichtigsten Gründe für die Durchführung einer Druckfestigkeitsprüfung des Isolieröls aufgeführt:

• Bewertung der Isolationseigenschaften: Mit der Spannungsfestigkeitsprüfung wird geprüft, ob die Isolationseigenschaften des Transformatoröls den Anforderungen entsprechen. Verschlechtern sich die Isolationseigenschaften des Öls, kann dies zu einem elektrischen Durchschlag und einem Ausfall der Anlage führen.
• Vermeidung von Störungen: Durch regelmäßige Prüfungen lassen sich potenzielle Probleme im Öl, wie beispielsweise Feuchtigkeit, Verunreinigungen oder Alterungsprodukte, rechtzeitig erkennen, wodurch mögliche Störungen und Unfälle verhindert werden können.
• Verlängerung der Lebensdauer der Anlagen: Eine gute Isolierung verringert Lichtbogenbildung und Teilentladungen im Inneren des Geräts und verlängert so die Lebensdauer des Transformators.
• Überwachung des Alterungsprozesses: Transformatoröl altert im Betrieb, und Spannungsprüfungen tragen dazu bei, diesen Prozess zu überwachen, um sicherzustellen, dass die Alterung des Öls dessen Isolationseigenschaften nicht beeinträchtigt.
• Einhaltung der Sicherheitsstandards: Die Sicherheitsstandards in der Energiewirtschaft schreiben vor, dass Transformatorenöle regelmäßig auf ihre Spannungsfestigkeit geprüft werden müssen, um den sicheren Betrieb der Anlagen zu gewährleisten.
• Aufrechterhaltung der Stabilität des Stromnetzes: Die Isolationseigenschaften von Transformatoröl sind für die Stabilität von Stromnetzen von entscheidender Bedeutung. Druckfestigkeitsprüfungen tragen dazu bei, die Stabilität des Stromnetzes aufrechtzuerhalten.
• Einfluss von Umweltfaktoren: Wie Sie bereits erwähnt haben, werden Transformatorenöle während des Betriebs durch Sauerstoff, Feuchtigkeit, hohe Temperaturen, Sonnenlicht, starke elektrische Felder und Verunreinigungen beeinträchtigt, was allesamt zu einer Verschlechterung der Öleigenschaften führen kann. Mit Druckfestigkeitsprüfungen lässt sich der Einfluss dieser Faktoren auf die Öleigenschaften beurteilen.
• Wirtschaft: Durch regelmäßige Prüfungen und Wartungsarbeiten lassen sich Reparaturkosten und Verluste durch Stromausfälle aufgrund von Geräteausfällen reduzieren, was sehr wirtschaftlich ist.

Die Definition der Isolieröl-Durchschlagprüfung (BDV-Prüfung)

Die Durchschlagfestigkeitsprüfung für Transformatorisolieröl ist eine Bewertung der elektrischen Eigenschaften, die als Messung der maximalen Spannung definiert ist, der das Öl unter festgelegten Prüfbedingungen zwischen zwei Elektroden standhalten kann, bevor es zu einem elektrischen Durchschlag kommt. Die Ergebnisse dieser Prüfung werden in Kilovolt pro Millimeter (kV/mm) angegeben und als Durchschlagfestigkeit oder Isolationsfestigkeit bezeichnet. Diese Messung ist ein wichtiger Indikator für die Beurteilung der Qualität des Isolieröls, seines Verschmutzungsgrades und seines Alterungszustands. Sie ist entscheidend für die Gewährleistung des sicheren Betriebs von Leistungstransformatoren und die Vermeidung elektrischer Ausfälle.

Das Prinzip der BDV-Prüfung

In reinem Transformatoröl sind von Natur aus bereits einige freie Elektronen vorhanden. Diese freien Elektronen dienen als Ausgangspunkt für die Auslösung des Durchschlagsprozesses, sobald ein elektrisches Feld angelegt wird. Unter dem Einfluss dieses elektrischen Feldes beginnen sich die freien Elektronen zu bewegen. Durch die Beschleunigung dieser Elektronen gewinnen sie genügend Energie, um mit anderen Molekülen oder Atomen zu kollidieren, wodurch in einem als Stoßionisation bezeichneten Prozess weitere freie Elektronen entstehen.

Mit zunehmender Stärke des elektrischen Feldes werden mehr Elektronen beschleunigt und tragen zur Stoßionisation bei, was zu einem raschen Anstieg der Anzahl freier Elektronen führt. Erreicht die elektrische Feldstärke einen kritischen Wert, reicht die Menge an freien Elektronen im Öl aus, um einen leitenden Kanal zu bilden, was zum Verlust der isolierenden Eigenschaften des Öls und schließlich zum Durchschlag führt.

Bei der Prüfung der Durchschlagspannung (BDV) wird die an die Ölprobe angelegte Spannung schrittweise erhöht, bis es zum Durchschlag kommt; der zu diesem Zeitpunkt gemessene Spannungswert wird als Durchschlagspannung des Öls erfasst.

Durchschlagfestigkeit von Isolieröl

Die Durchschlagfestigkeit ist ein Maß dafür, inwieweit das Isolieröl in elektrischen Anlagen der Spannung standhält, ohne zerstört zu werden. Sie dient zudem als wichtiger Indikator für die Leistungsfähigkeit des Isolieröls und lässt sich anhand verschiedener Faktoren wie Verschmutzung, Feuchtigkeit und Alterung beurteilen, die zu einer Verschlechterung der Isolationseigenschaften führen können.

Durchschlagspannung in Öl

Definition: Die Durchschlagspannung ist der Spannungswert, bei dem unter festgelegten Prüfbedingungen ein elektrischer Durchschlag zwischen zwei Elektroden auftritt. Ein elektrischer Durchschlag tritt auf, wenn die elektrische Feldstärke die Isolationsfestigkeit des Materials übersteigt, was zu einem Verlust der Isolationseigenschaften und einem plötzlichen Anstieg des Stroms führt.

Einflussfaktoren:

• Elektrische Feldstärke: Höhere elektrische Feldstärken führen zu höheren Durchbruchspannungen.
• Materialeigenschaften: Verschiedene Isoliermaterialien weisen unterschiedliche Durchbruchspannungen auf.
• Temperatur: Eine steigende Temperatur kann die Durchbruchspannung des Isoliermaterials verringern.
• Luftfeuchtigkeit: Eine erhöhte Luftfeuchtigkeit kann die Durchschlagspannung bestimmter Isoliermaterialien verringern.
• Elektrodenform und -abstand: Auch die Geometrie der Elektroden und der Abstand zwischen ihnen beeinflussen die Durchbruchspannung.
• Durchschlagfestigkeit
• Definition: Die Durchschlagfestigkeit ist die maximale elektrische Feldstärke, der ein Material pro Dickeneinheit (oder Abstand) standhalten kann, ohne dass es zum Durchschlag kommt. Sie wird in der Regel in Kilovolt pro Millimeter (kV/mm) angegeben und dient als entscheidender Maßstab für die Beurteilung der Isolationseigenschaften von Materialien.

Berechnungsformel:

Durchschlagfestigkeit = Durchbruchspannung / Abstand zwischen den Elektroden

Einflussfaktoren:

• Materialart: Verschiedene Isoliermaterialien weisen unterschiedliche Durchschlagfestigkeiten auf.
• Temperatur: Die Durchschlagfestigkeit nimmt im Allgemeinen mit steigender Temperatur ab.
• Luftfeuchtigkeit: Eine höhere Luftfeuchtigkeit kann die Durchschlagfestigkeit einiger Materialien beeinträchtigen.
• Elektrodenmaterial und -form: Auch das Material und die Bauform der Elektroden können die Messungen der Durchschlagfestigkeit beeinflussen.
• Die Durchschlagfestigkeit ist ein entscheidender Parameter bei der Auslegung und Auswahl von Isoliermaterialien, insbesondere bei Hochspannungsanlagen wie Transformatoren, Kabeln und Kondensatoren. Materialien mit hoher Durchschlagfestigkeit bieten einen hervorragenden Isolationsschutz, verringern das Risiko eines elektrischen Durchschlags und erhöhen die Zuverlässigkeit und Sicherheit der Anlagen.

Wie misst man die Durchschlagspannung von Öl?

Prüfgerät für den Durchschlag von Transformatoröl Schritt

Die Prüfung der Durchschlagfestigkeit von Transformatoröl ist ein standardisiertes Prüfverfahren zur Bewertung der Isolationseigenschaften des Öls. Im Folgenden sind die einzelnen Schritte der Druckprüfung aufgeführt:

1. Vorbereitung:

• Stellen Sie sicher, dass die Testumgebung die Anforderungen erfüllt, beispielsweise hinsichtlich der Temperatur- und Feuchtigkeitsregelung innerhalb des vorgegebenen Bereichs.
• Bereiten Sie saubere Probenbecher und Elektroden vor und stellen Sie sicher, dass diese frei von Verunreinigungen sind und dass das Innere der Probenbecher sowie die Elektrodenoberflächen trocken sind.
• Entnehmen Sie eine angemessene Menge der Ölprobe und geben Sie diese in den Probenbecher; die Ölprobe sollte die Elektrode vollständig bedecken.

2. Legen Sie die Testparameter fest:

• Stellen Sie den Probenbecher auf das Prüfgerät, vergewissern Sie sich, dass die Elektroden korrekt angebracht sind und dass der Abstand zwischen den Elektroden den normativen Anforderungen entspricht.
• Richten Sie die Versuchsanordnung so ein, dass eine Wechselspannung von 50 Hz angelegt wird.
• Stellen Sie die Anstiegsgeschwindigkeit so ein, dass sie bei (2 ± 0,2) kV/s gehalten wird.

3. Starten Sie den Test:

• Schalten Sie die Prüfvorrichtung ein und erhöhen Sie die Spannung schrittweise.
• Beobachten Sie das Voltmeter und das Amperemeter und notieren Sie den Spannungswert, wenn die Spannung so weit ansteigt, dass es im Ölspalt zum Durchschlag kommt.

4. Notieren Sie die Durchbruchspannung:

• Wenn die Ölspalte durchschlägt, zeichnet das Prüfgerät den zu diesem Zeitpunkt vorliegenden Spannungswert auf.
• Unter Durchschlag versteht man das Phänomen, dass die Ölprobe unter Einwirkung eines elektrischen Feldes ihre Isolierfähigkeit verliert und der Strom stark ansteigt.

5. Wiederholen Sie den Test:

Wiederholen Sie die oben beschriebenen Schritte für 6 separate Tests. Nach jedem Test muss die Ölprobe aufgefüllt werden, und es ist darauf zu achten, dass die Elektroden und die Probenbecher sauber sind.

6. Berechnen Sie den Durchschnittswert:

Addieren Sie die aus den 6 Tests ermittelten Durchschlagspannungswerte und dividieren Sie diese durch 6, um den Durchschnittswert zu erhalten.

Dieser Durchschnittswert entspricht der Durchschlagfestigkeit der Ölprobe.

7. Auswertung der Ergebnisse:

Der Durchschnittswert der Durchschlagfestigkeit wird analysiert und mit Norm- oder historischen Daten verglichen, um festzustellen, ob sich die Isolationseigenschaften der Ölprobe verschlechtert haben.

Liegt die Durchschlagfestigkeit unter dem Normwert, kann dies darauf hindeuten, dass die Ölprobe verschmutzt, feucht oder gealtert ist.

8. Prüfbericht:

Erstellen Sie einen Prüfbericht, der die Prüfbedingungen, die Durchschlagspannungswerte für jede Prüfung, die berechneten Durchschnittswerte sowie etwaige festgestellte Anomalien enthält.