So verhindern Sie die Ansammlung von Feuchtigkeit in Transformatorenöl

Feuchtigkeit ist eine der größten Bedrohungen für Leistungstransformatoren. Sie macht sich nur selten durch einen plötzlichen Ausfall oder das sofortige Ansprechen von Schutzeinrichtungen bemerkbar. Stattdessen sammelt sie sich über Jahre hinweg schleichend an, bis sie sich schließlich durch eine verringerte dielektrische Festigkeit der Isolierung, eine verkürzte Lebensdauer oder im schlimmsten Fall durch einen internen Kurzschluss bemerkbar macht.

Warum Feuchtigkeit in der Transformatorisolierung so gefährlich ist

Die Zelluloseisolierung (Papier/Pressspan) im Inneren eines Transformators ist wohl seine wertvollste Komponente. Ihr Zustand bestimmt maßgeblich, wie lange der Transformator sicher betrieben werden kann.

Eine wesentliche Tatsache bei der Alterung der Isolierung ist, dass die Alterungsgeschwindigkeit der Zelluloseisolierung stark von der Temperatur abhängt.

Aus diesem Grund ist es unter normalen Betriebsbedingungen häufig wirtschaftlich nicht sinnvoll, Leistungstransformatoren allein deshalb auszutauschen, weil sie ihre nominelle Lebensdauer von 25 Jahren erreicht haben. In vielen Fällen verfügt die Anlage noch über eine erhebliche Restlebensdauer.

Das Problem besteht darin, dass Feuchtigkeit nicht auf einen günstigen Zeitpunkt wartet. Nach 25 bis 30 Betriebsjahren kann der Feuchtigkeitsgehalt der Isolierung ein Niveau erreichen, das die Zuverlässigkeit und die verbleibende Lebensdauer des Transformators erheblich beeinträchtigt. Die Geschwindigkeit der Feuchtigkeitsaufnahme hängt unmittelbar von der Betriebsbelastung ab, der der Transformator während seiner gesamten Lebensdauer ausgesetzt war.

Warum eine konventionelle Generalüberholung nicht die beste Lösung gegen Feuchtigkeit ist

Um den Feuchtigkeitsgehalt der Isolierung wieder auf ein zulässiges Niveau zu senken, ist in der Regel eine Generalüberholung erforderlich. Die Trocknung der Isolierung gehört dabei zu den zeitaufwendigsten Arbeitsschritten.

• Die Trocknung der Isolierung kann 25–50 % der gesamten Dauer einer Generalüberholung ausmachen.
• Je größer der Transformator ist, desto schwieriger gestaltet sich der Prozess aufgrund des größeren Volumens und der höheren Masse der Isolierung.
• Herkömmliche Trocknungsmethoden (hohe Temperaturen und Vakuum) können die bereits durch Alterung geschwächte Isolierung zusätzlich beschädigen.
• Es ist eine vollständige Überholungsinfrastruktur erforderlich, und die Arbeiten sind häufig auf Jahreszeiten mit Temperaturen über dem Gefrierpunkt beschränkt.
• Das Öffnen des Transformatorkessels unter Einsatzbedingungen bringt zusätzliche Risiken mit sich.

Aus technischer und wirtschaftlicher Sicht ist es wesentlich sinnvoller, den Feuchtigkeitsgehalt der Isolierung kontinuierlich innerhalb sicherer Grenzen zu halten, anstatt das Problem nur während der begrenzten Zeit einer planmäßigen Generalüberholung zu beheben.

Woher die Feuchtigkeit tatsächlich stammt

In einem hermetisch geschlossenen Transformator gibt es im Wesentlichen nur zwei Feuchtigkeitsquellen.

1. Die Atmosphäre

Unvollkommenheiten in Konstruktion oder Wartung des Transformators (Dichtungen, Lufttrockner, Flanschdichtungen) ermöglichen mit der Zeit das Eindringen von Feuchtigkeit aus der Umgebung.

Typische Zunahme: 0,03–0,05 % pro Jahr

2. Alterung als Nebenprodukt

Oxidation und thermische Alterung der Zelluloseisolierung sowie des Transformatorenöls sind während der gesamten Lebensdauer des Transformators unvermeidbar. Feuchtigkeit gehört zu den natürlichen Nebenprodukten dieser Prozesse.

Typische Zunahme: 0,04–0,05 % pro Jahr

Wie sich dies in Zahlen ausdrückt

Ein weit verbreitetes Missverständnis

Das Vorhandensein von Transformatorenöl schützt die Feststoffisolierung nicht vor der Aufnahme von Feuchtigkeit – es verlangsamt den Prozess lediglich. Feuchtigkeit wandert kontinuierlich zwischen Öl und Papier hin und her.

Die Fähigkeit von Transformatorenöl, Wasser zu lösen, hängt stark von der Temperatur ab, während der Feuchtigkeitssättigungspunkt von Papier unabhängig von der Temperatur bei etwa 17 % liegt. Mit anderen Worten: Das Papier nimmt über einen sehr langen Zeitraum weiterhin Feuchtigkeit aus dem Öl auf, bis ein Gleichgewicht erreicht ist.

Warum ein erhöhter Feuchtigkeitsgehalt der Isolierung gefährlich ist

Ein überhöhter Feuchtigkeitsgehalt der Feststoffisolierung ist nicht nur ein weiterer Messwert im Prüfprotokoll. In der Praxis führt er zu:

• einem erhöhten Risiko interner Kurzschlüsse;
• aufwendigeren und zeitintensiveren Reparaturen sowie kürzeren Intervallen zwischen Generalüberholungen;
• einer direkten Verringerung der verbleibenden Lebensdauer des Transformators;
• einer niedrigeren maximal zulässigen Isolierungstemperatur und damit einer reduzierten Überlastfähigkeit des Transformators.

Warum sich Feuchtigkeit nur schwer exakt messen lässt

Zusätzlich wird die Situation dadurch erschwert, dass sich bis zu 98 % der gesamten Feuchtigkeit im Transformator in der Zelluloseisolierung befinden – also gerade in dem Teil, der sich am schwierigsten direkt messen lässt.

In der Praxis wird der Feuchtigkeitsgehalt des Papiers indirekt anhand des Wassergehalts im Transformatorenöl mithilfe von Gleichgewichtskurven bestimmt. Deren Genauigkeit nimmt mit steigender Probentemperatur zu.

Eine praktische Lösung: Kontinuierliche schonende Trocknung statt periodischer Eingriffe

Da sich Feuchtigkeit kontinuierlich ansammelt und der größte Teil davon in der am schwierigsten zu trocknenden Komponente – der Zelluloseisolierung – konzentriert ist, besteht die effektivste Langzeitstrategie nicht in einer einmaligen Trocknung alle paar Jahrzehnte, sondern in einer kontinuierlichen Filtration, die sowohl das Öl als auch die Papierisolierung während der gesamten Lebensdauer des Transformators trocken hält.

Genau diese Aufgabe erfüllt die CMM-260C Anlage zur kontinuierlichen Online-Trocknung von Transformatorenöl.

Funktionsweise

Die Anlage wird direkt an den Transformator angeschlossen.

Das Transformatorenöl zirkuliert kontinuierlich durch Adsorptionssäulen.

Beim Durchströmen der Säulen gibt das Öl Feuchtigkeit ab, die vom Sorptionsmittel aufgenommen wird.

Dank speziell auf Wassermoleküle abgestimmter Porengrößen adsorbiert das Sorptionsmittel weder Oxidationsinhibitoren noch gelöste Gase oder Furanverbindungen. Dadurch beeinflusst es die Ergebnisse der routinemäßigen Transformatorendiagnostik, einschließlich DGA, Furananalyse und anderer Standardprüfungen, nicht.

Warum nicht nur das Öl, sondern auch die Feststoffisolierung getrocknet wird

In einem unter Last betriebenen Transformator wandert Feuchtigkeit ständig zwischen der Wicklungsisolierung und dem Transformatorenöl, um ein Feuchtigkeitsgleichgewicht zu erreichen.

Indem die Anlage das Öl kontinuierlich trocken hält, erzeugt sie dauerhaft einen Konzentrationsgradienten, der die Feuchtigkeit allmählich durch Diffusion aus der Zellulose herauszieht – ohne hohe Temperaturen, ohne Vakuum und ohne Öffnen des Transformatorkessels.

Dieser Prozess ist deutlich schonender als herkömmliche Trocknungsmethoden, was insbesondere bei bereits gealterter und mechanisch geschwächter Isolierung von großer Bedeutung ist.

Die Anlage bietet eine Leistung von mindestens 30 l/h und kann während der Lebensdauer des Sorptionsmittels bis zu 9 Liter Wasser aufnehmen.

Der Anschluss an den Transformator dauert weniger als eine Stunde. Die Anlage ist mit Transformatoren aller Hersteller sowie aller Betriebsjahre kompatibel – sowohl mit neu installierten als auch mit seit Jahrzehnten betriebenen Transformatoren.

Der Prozess erfordert weder eine Erwärmung des Öls noch eine kontinuierliche Überwachung durch das Bedienpersonal. Die Anlage ist in zwei Ausführungen erhältlich: mit oder ohne Schutzgehäuse.

Da sie ohne Erwärmung und ohne permanente Überwachung arbeitet, eignet sich die Anlage auch für Transformatoren an abgelegenen oder schwer zugänglichen Standorten.