In elektrischen Betriebsmitteln wird Öl seit mehr als 120 Jahren als Isolier- und Kühlmittel, als Dielektrikum sowie zur Lichtbogenlöschung eingesetzt. Heute dürften weltweit mehrere hunderttausend Tonnen für diesen Zweck im Einsatz sein [1].
Die Verfügbarkeit ölgefüllter Betriebsmittel hängt ganz wesentlich von der Ölqualität ab. Im Laufe Zeit ändert Öl seine Eigenschaften, sodass eine kontinuierliche Überwachung notwendig ist, bevor es zu Störungen kommt.
Mit DIN EN 60422 (VDE 0370-2) [1] steht eine Leitlinie zur Überwachung und Wartung von Isolierölen in elektrischen Betriebsmitteln zur Verfügung.
Sie unterscheidet drei Prüfgruppen:
- Gruppe 1. Routineprüfungen (ein Mindestumfang der Überwachung)
- Gruppe 2. Ergänzende Prüfungen (spezielle Informationen über die Ölqualität)
- Gruppe 3. Besondere investigative (nachforschende) Prüfungen, z. B. nach Ereignissen.
Maßgebliche Öleigenschaften und ihr Einfluss
Farbe und Aussehen des Öls
Die Farbe des Öls wird bei durchscheinendem Licht gegen eine weiße Fläche bestimmt und mit einer Zahl aus der Standardfarbreihe beschrieben. Eine merkliche Zunahme der Dunkelfärbung oder eine hohe Farbzahl können auf Verunreinigungen hindeuten.
Bei dieser Sichtprüfung werden auch eventuelle Trübungen erkannt, die auf Zersetzungsprodukte oder freies Wasser im Öl schließen lassen.
Durchschlagspannung
Auch wegen seiner hohen Durchschlagspannung wurde Mineralöl sehr schnell zu einem bewährten Isolierstoff.
Die Durchschlagspannung ist eine funktionelle Eigenschaft, die das Standvermögen gegen elektrische Spannungsbeanspruchungen beschreibt. Sie hat die Maßeinheit der Feldstärke (z. B. kV/cm) und weist damit auch auf den physikalischen Hintergrund hin, warum Verunreinigungen im Öl die Durchschlagfestigkeit erheblich senken. Solche sind nämlich Orte hoher Feldstärken, von denen aus der Spannungsdurchschlag initiiert wird.
In Datenblättern werden die Durchschlagspannungen oft auf eine Durchschlagstrecke von 2,5 cm bezogen. Das ist der vorgeschriebene Abstand der Elektroden in Prüfgeräten. Leider wird das oft nicht erwähnt, sondern einfach als bekannt vorausgesetzt und führt mitunter zu Missverständnissen.
Im Vergleich zu Luft unter Normalbedingungen mit etwa 30 kV/cm beträgt die Durchschlagspannung bei gebrauchtem Öl mit circa 200 kV/cm das annähernd Siebenfache (neues Öl sogar >280 kV/cm [2]).
Niedrige Werte deuten auf Verunreinigungen im Öl hin, sodass die Messung der Durchschlagspannung vorwiegend dem Nachweis von Zersetzungsprodukten, von freiem Wasser oder anderen Fremdpartikeln dient.
Ölproben sind bei Betriebstemperatur zu entnehmen, da sich gezeigt hat, dass unterhalb der Betriebstemperatur entnommene Öle zu zu optimistischen Prüfergebnissen führen.
Das ist auch für Reservebetriebsmittel wichtig, die nicht unter Spannung gehalten werden und bei denen nach ihrer Inbetriebnahme die Messung der Durchschlagspannung in kurzen Abständen von etwa 14 Tagen erfolgen sollte, bis sich ein unveränderter Dauerzustand nachweisen lässt.
Geforderte Werte für gebrauchtes Öl liegen zwischen 30 bis 60 kV/2,5 cm.
Wassergehalt
Der Wassergalt einer Isolierflüssigkeit hat Einfluss auf deren Durchschlagsfestigkeit und Alterungsverhalten.
Wasser wird durch die Isolierflüssigkeit in das Betriebsmittel eingetragen. Im Öl kann es bis zur Löslichkeitsgrenze in gelöster Form enthalten sein, aber auch gebunden als absorbiertes Hydrat. Ebenso enthält das feste Isoliersystem, z. B. Papier, gebundenes Wasser. Die gelösten Mengen sind stark temperaturabhängig.
Die im Isolieröl enthaltene absolute Wassermenge wird ausgedrückt in mg Wasser/kg Öl. Übersteigt der Wassergehalt die Löslichkeitsgrenze, kann freies Wasser in Form von Tröpfchen oder Eintrübungen beobachtet werden.
Um den Zutritt von Luftfeuchtigkeit in das Isoliersystem zu verringern, werden bei Betriebsmitteln mit Ausdehnungsgefäß in die Atmungsöffnungen Luftentfeuchter eingebaut. Wirksamer jedoch ist ein hermetisch abgeschlossenes Kühlsystem, wie es beispielsweise bei Hermetiktransformatoren zur Anwendung kommt (Bild).
Für gebrauchtes Öl wird ein Grenzwert des Wassergehalts von 15 bis 40 mg/kg bei Betriebstemperatur angegeben.
Neutralisationszahl
Genauer gesagt geht es um den Säuregehalt (Azidität) im Isolieröl.
Im Laufe der Zeit können sich im Isolieröl saure Oxidationsprodukte bilden. Sie führen zur Zersetzung von Isolierstoffen und greifen auch Leiterwerkstoffe an. Der Anstieg des Säuregehaltes ist ein verlässlicher Indikator für die Alterungsgeschwindigkeit und spielt daher für die Wahl der Zeitabstände von Ölprüfungen oder den Zeitpunkt eines Ölwechsels eine große Rolle.
Der Säuregehalt (oft auch Neutralisationszahl oder Säurezahl genannt) wird nach DIN EN 62021-1 (VDE 0370-31) [3] ermittelt und angegeben in mg Kalilauge mit einer Konzentration von 0,05 mol/l, die nötig ist, um einen Ölprobenteil von 1 g bis zu einem pH-Wert von 11,5 zu titrieren.
Für neue Öle in Betriebsmitteln mit einer Nennspannung bis 72,5 kV wird ein Wert von 0,03 mg KOH/g Öl verlangt. Gebrauchtes Öl für diese Betriebsmittel muss einen Wert ≤ 0,1 bis 0,3 mg/g aufweisen.
Autor: F. Schmidt
Literatur:
[1] DIN EN 60422 (VDE 0370-2):2013-11 Isolieröle auf Mineralölbasis in elektrischen Betriebsmitteln – Leitlinie zur Überwachung und Wartung.
[2] DIN EN 60296 (VDE 0370-1):2012-12 Flüssigkeiten für elektrotechnische Anwendungen Neue Isolieröle auf Mineralölbasis für Transformatoren und Schaltgeräte.
[3] DIN EN 62021-1 (VDE 0370-31):2004-06 Isolierflüssigkeiten – Bestimmung des Säuregehaltes – Teil 1: Automatische potentiometrische Titration.
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