Isolierölprüfgeräte der Serien OTS PB und OTS AF

Vereinfacht ausgedrückt ist eine dielektrische Durchschlagsspannungsprüfung ein Maß für die elektrische Belastung, der ein Isolieröl standhalten kann, ohne durchzuschlagen. Die Prüfung wird mit einem Prüfgefäß durchgeführt, in dem zwei Elektroden mit einem Spalt zwischen ihnen angebracht sind. Eine Probe des zu prüfenden Öls wird in das Gefäß gegeben, und an die Elektroden wird eine Wechselspannung angelegt. Diese Spannung wird so lange erhöht, bis sich das Öl zersetzt, d. h. bis ein Funke zwischen den Elektroden überspringt. Danach wird die Prüfspannung sofort wieder abgeschaltet. Die Spannung, bei der die Zersetzung stattgefunden hat, ist das Prüfergebnis und wird in der Regel durch einen Vergleich mit den in verschiedenen Normen oder in den Spezifikationen des Ölherstellers festgelegten Richtlinien bewertet.Die genaue Methode zur Durchführung der Prüfung wird durch die verwendete Norm bestimmt. Die Norm definiert in der Regel Parameter wie die Größe und Form der Elektroden, den Abstand zwischen ihnen, die Geschwindigkeit, mit der die Prüfspannung erhöht wird, wie oft die Prüfung wiederholt wird und ob das Öl während der Prüfung gerührt wird oder nicht.

Es gibt viele Arten von Organisationen, die von der Durchführung von Prüfungen an Isolieröl profitieren. Dabei handelt es sich um:

• Auftragnehmer von Energieversorgungsunternehmen (hauptsächlich in Umspannwerken)
• Energieversorgungsunternehmen (hauptsächlich in Kraftwerken und Umspannwerken)
• Eisenbahngesellschaften (Hochspannungsabspanntransformatoren für Lokomotiven und Schaltanlagen)
• Ölprüfungslaboratorien (Erbringung von Prüfdienstleistungen)
• Hersteller von Transformatoren und Schaltanlagen (Qualitätskontrolle von Öl)
• Ölunternehmen (Prüfung von Neuölen während der Herstellung)
• Schwer- und Fertigungsindustrie (Programme zur Instandhaltung von Anlagen)

Während der Oberbegriff „Öl“ fast überall zur Beschreibung von Isolierflüssigkeiten verwendet wird, gibt es derzeit fünf verschiedene Arten von Isolierflüssigkeiten, die allgemein eingesetzt werden. Diese sind:

• Mineralöl
• Hochmolekulare Kohlenwasserstoff-Flüssigkeiten (HMWH)
• Silikonflüssigkeiten
• Synthetische Esterflüssigkeiten
• Natürliche Esterflüssigkeiten (Pflanzenöl)

 Alle diese Ölsorten können mit den Prüfsets der Megger OTS-Serie auf dielektrische Durchschlagsspannung geprüft werden. Mineralöl ist die gängigste Isolierflüssigkeit und wird seit dem späten 19. Jahrhundert eingesetzt. Es gibt viele mit Mineralöl gefüllte Transformatoren, die seit mehr als 50 Jahren im Dauereinsatz sind. Mineralöle werden entweder aus naphthenischem Rohöl oder, in jüngerer Zeit, aus paraffinischem Rohöl raffiniert. HWMH-, Silizium-, synthetische Ester- und natürliche Esterflüssigkeiten sind neuere Entwicklungen und werden oft bevorzugt, weil sie viel weniger brennbar sind als Mineralöl. Laut ASTM D5222 müssen Isolierflüssigkeiten einen Flammpunkt von mindestens 300 ºC haben, um als „schwer entflammbar“ zu gelten. Die fünf Flüssigkeiten sind sehr unterschiedlich in ihrem Verhalten, wenn sie mit Feuchtigkeit in Kontakt kommen. Am wenigsten zufriedenstellend ist Mineralöl, dessen Durchschlagsspannung schon durch geringe Mengen Wasser deutlich reduziert wird. Auch Silikonflüssigkeit wird durch geringe Mengen an Feuchtigkeit schnell beeinträchtigt, während sich Esterflüssigkeiten in Gegenwart von Feuchtigkeit sehr gut verhalten und in der Regel eine Durchschlagsspannung von mehr als 30 kV bei einem Wassergehalt von über 400 ppm aufrechterhalten können. Dies ist einer der Gründe, warum Esterflüssigkeiten viel länger im Einsatz sind.

Die Prüfung der dielektrischen Durchschlagsspannung ist eine relativ schnelle und einfache Methode, um den Grad der Verschmutzung im Isolieröl zu bestimmen. Bei den Verunreinigungen handelt es sich in der Regel um Wasser, aber auch leitfähige Partikel, Schmutz, Ablagerungen, Isolationspartikel und Nebenprodukte der Oxidation sowie Alterung des Öls können eine Rolle spielen. Bei in Betrieb befindlichen Geräte bietet die Prüfung der dielektrischen Durchschlagsspannung eine nützliche und bequeme Möglichkeit, Feuchtigkeit und andere Verunreinigungen im Öl zu erkennen, bevor sie zu einem katastrophalen Ausfall führen. Die aus der Prüfung gewonnenen Informationen können auch als Hilfestellung verwendet werden, um:

• die verbleibende Nutzungsdauer eines Transformators zu prognostizieren
• die Betriebssicherheit zu erhöhen
• Brände in der Anlage zu verhindern
• die Zuverlässigkeit aufrecht zu erhalten

Die Prüfung der dielektrischen Durchschlagsspannung wird auch an Neuöl vor der Befüllung von Anlagen und als Teil der Abnahmeprüfung für Lieferungen von Neu- und wiederaufbereitetem Öl durchgeführt.

Die Prüfung der dielektrischen Durchschlagsspannung ist ein wichtiger Bestandteil des Wartungsprogramms für alle ölisolierten elektrischen Geräte. Um jedoch den größtmöglichen Nutzen aus dieser Art der Prüfung zu ziehen, empfiehlt Megger dringend, das Öl mindestens einmal und vorzugsweise zweimal im Jahr zu prüfen. Die Ergebnisse sollten aufgezeichnet werden, da es durch die Aufzeichnung der Daten einfacher wird, plötzliche oder unerwartete Veränderungen zu erkennen. Wenn eine plötzliche Veränderung der Ergebnisse gefunden wird, sollte der Transformator auf Lecks untersucht, der Ölstand kontrolliert und der Wassergehalt des Öls bewertet werden. Wenn eine Verunreinigung bestätigt wird, ist es oft möglich, das Öl zu trocknen und zu filtern und es so wieder aufzubereiten, anstatt es durch teures Neuöl ersetzen zu müssen.

ASTM D877 ist eine ältere Norm, deren Prüfverfahren im Allgemeinen nicht sehr empfindlich auf das Vorhandensein von Feuchtigkeit reagiert. Deswegen findet sie nicht oft für Geräte im Betrieb Anwendung. Im Jahre 2002 hat die IEEE die Norm C51.106, „Guide for the Acceptance and Maintenance of Insulating Oil in Equipment“, überarbeitet. Die IEEE hat dabei die Werte für D877 aus ihren Kriterien für die Bewertung von in Betrieb befindlichen Ölen in Transformatoren entfernt. Im Allgemeinen wird die ASTM D877 nur für die Abnahmeprüfung von Neuöl empfohlen, das von einem Lieferanten in Großgebinden oder Containern geliefert wird, um sicherzustellen, dass das Öl korrekt gelagert und transportiert wurde. Üblicherweise wird ein minimaler Durchschlagswert von 30 kV angegeben. Laut der Norm ASTM D877 sind scheibenförmige Elektroden mit einem Durchmesser von 25,4 mm (1 Zoll) und einer Stärke von mindestens 3,18 mm (0,125 Zoll) vorgeschrieben. Diese Elektroden sind aus poliertem Messing gefertigt und werden so montiert, dass ihre Flächen parallel und horizontal ausgerichtet im Prüfbehälter liegen. Die Kanten müssen scharf sein und dürfen einen Radius von 0,254 mm (0,010 Zoll) nicht überschreiten. Es ist empfehlenswert, die scharfen Kanten regelmäßig zu überprüfen, um sicherzustellen, dass sie nicht zu sehr abgerundet sind. Bei zu stark abgerundeten Kanten wird die Durchschlagsspannung fälschlicherweise erhöht, so dass möglicherweise Öl die Prüfung besteht, das eigentlich nicht bestehen sollte. Außerdem ist die sorgfältige Pflege der Elektroden von großer Bedeutung. Es sollten keinerlei Lochfraß oder sonstige Anzeichen von Korrosion zu erkennen sein, da sonst die Durchschlagswerte fälschlicherweise zu niedrig ausfallen können.

Die Norm ASTM D1816 ist in Nordamerika weit verbreitet, auch außerhalb der in der Norm festgelegten Anwendung von Isolierölen aus Erdöl und deren Viskositätsgrenzen. Die D1816 ist empfindlicher als D877 gegenüber Feuchtigkeit, Ölalterung und Oxidation und wird stärker durch das Vorhandensein von Partikeln im Öl beeinträchtigt. Die IEEE-Revision C51.106 von 2002 fügte Durchschlagsspannungsgrenzen für Neuöl und in Betrieb befindlichem Öl unter Anwendung der D1816 hinzu. Die ASTM D1816 schreibt die Verwendung von pilzförmigen Elektroden mit einem Durchmesser von 36 mm vor. Wie bei der D877 sind die Elektroden aus Messing und müssen poliert werden, um frei von Ätzungen, Kratzern, Löchern oder Kohlenstoffansammlungen zu sein. Das Öl wird während der gesamten Prüfung gerührt. Dafür ist ein zweiblättriges, motorgetriebenes Flügelrad vorgesehen. Die Norm schreibt die Abmessungen und den Neigungswinkel des Flügelrads sowie die Betriebsdrehzahl vor, die zwischen 200 U/min und 300 U/min liegen muss. Der Prüfbehälter muss mit einer Abdeckung oder einem Ablenkblech versehen sein, um zu verhindern, dass Luft mit dem in Umwälzung befindlichen Öl in Berührung kommt. Die Norm D1816 wird zwar allgemein als aussagekräftiger als die Norm D877 angesehen, hat jedoch eine wesentliche Einschränkung: Beim Prüfen von in Betrieb befindlichem Öl ist diese Prüfmethode sehr empfindlich gegenüber gelösten Gasen. Ein zu hoher Gasanteil im Öl kann die Prüfergebnisse so weit verschlechtern, dass eine hervorragende Ölprobe mit geringem Feuchtigkeits- und Partikelgehalt die Prüfung nicht besteht. Es ist wichtig, dies bei der Prüfung von Öl aus kleinen gasgedeckten Transformatoren und in einigen Fällen auch aus frei atmenden Transformatoren zu berücksichtigen.

Die IEC 60156 ist eine internationale Norm, die in zahlreichen Ausführungen vorliegt, da sie von nationalen IEC-Mitgliedsausschüssen aus verschiedenen Ländern übernommen wurde. Beispiele dafür sind die britische Norm BS EN 60156 und die deutsche VDE 0370, Teil 5. Die IEC 60156 schreibt den Einsatz von entweder kugelförmigen oder pilzförmigen Elektroden vor, wie sie auch in der Norm ASTM D1816 zum Einsatz kommen. Die IEC-Norm unterscheidet sich in mehreren Punkten von der D1816, aber der Hauptunterschied besteht darin, dass die IEC-Norm die optionale Verwendung eines Flügelrads oder eines Magnetkugelrührers oder sogar überhaupt kein Rühren erlaubt. Die Norm besagt, dass die Unterschiede zwischen Prüfungen mit oder ohne Rühren statistisch nicht signifikant sind. Ein Magnetrührer ist nur zulässig, wenn kein Risiko besteht, dass magnetische Partikel aus der zu prüfenden Ölprobe entfernt werden. Wird das Öl als Kühlmittel eingesetzt und zirkuliert, dann wird es während der Prüfung umgerührt. Transformatorenöl zirkuliert zum Beispiel, wenn es als Kühlmittel verwendet wird. Deshalb sollte eine Ölprobe aus einem Transformator gerührt werden, um die besten Chancen für den Nachweis von Partikelkontaminationen zu gewährleisten. Das Öl aus einem Leistungsschalter befindet sich normalerweise in Ruhe, so dass die Partikel natürlich auf den Boden des Tanks absinken würden, wo sie wahrscheinlich kein Problem darstellen. Daher werden Ölproben bei statischen Anwendungen normalerweise nicht gerührt. Die Werte für den dielektrischen Durchschlag, die nach der IEC-60156-Methode ermittelt werden, sind in der Regel höher als die nach den ASTM-Methoden ermittelten Werte. Die höheren Werte für den dielektrischen Durchschlag sind zum Teil auf die Unterschiede bei der Geschwindigkeit des Spannungsanstiegs und dem Elektrodenabstand im Vergleich zur D1816 sowie bei der Elektrodenform im Vergleich zur D877 zurückzuführen (die IEC-Elektrodenform bietet ein gleichmäßigeres elektrisches Feld). Die Folge ist, dass bei gut gewarteten Transformatoren die Durchschlagsspannungen höher sein können, als ein 60-kV-Prüfgerät erreichen kann. Die Unfähigkeit, eine Durchschlagsspannung von mehr als 60 kV zu quantifizieren, ist möglicherweise kein Problem, wenn Sie Neuöl von einem Lieferanten oder sogar in Betrieb befindliches Öl bewerten wollen. Häufig wird jedoch der tatsächliche Durchschlagsspannungswert benötigt. Daher ist es ratsam, bei Prüfungen gemäß IEC 60156 ein Gerät zu verwenden, das höhere Spannungen anlegen kann. Wie bei der D1816 kann in der Ölprobe gelöstes Gas die Durchschlagswerte verringern, aber der Effekt ist bei der Norm IEC 60156 viel weniger ausgeprägt.