DE19911579A1 - Trockenhaltung der Isoliersysteme von hermetischen Transformatoren - Google Patents

Abstract

Das Isoliersystem eines Transformators, das aus Zellulose und einer Isolier- und Kühlflüssigkeit besteht, wird durch Mitverwendung eines polymeren und hygroskopischen Werkstoffs, der ständig in Kontakt mit der Isolierflüssigkeit steht, trocken gehalten. Dadurch wird eine Erhöhung der Lebenserwartung des Transformators bzw. der Betrieb bei höherer Temperatur erreicht sowie die Betriebssicherheit erhöht.

Description

Die Erfindung betrifft elektrische Transformatoren hermetischer Bauweise, insbesondere Verteiltransformatoren.

Problemstellung und Erfindungsziel Stand der Technik

Die weitaus meisten elektrischen Transformatoren besitzen ein Isoliersystem aus Zellulose und einer Kühl- und Isolierflüssigkeit.

Aufgrund der thermischen Belastung des Aktivteils altert die Zellulose, wobei sich neben anderen Zersetzungsprodukten Wasser bildet.

Bei gegen die Außenluft dicht bleibenden Hermetiktransformatoren, bei denen jeder Eintrag atmosphärischer Feuchte ausgeschlossen werden kann, andererseits aber auch keine Zellulosealterungsfeuchte über die Isolierflüssigkeit an die Außenluft abgegeben werden kann, kommt der Entfernung oder Bindung der Zellulosealterungsfeuchte höchste Bedeutung zu, da nur ein trockenes Isoliersystem langfristig funktionsfähig bleibt.

"Würde das Isolieröl eines Transformators während seiner gesamten Betriebszeit permanent getrocknet und entgast, könnte man mit einer doppelten, ev. sogar noch höheren Lebenserwartung gegenüber einem normal betriebenen Transformator rechnen. Oder, anders ausgedrückt: Der Transformator mit einem permanenten Wasserentzug aus dem Öl könnte dauernd mit bis zu 10 K Übertemperatur ohne Einbusse der Lebensdauer betrieben werden." (S. 163 aus "Transformerboard II", Weidmann)

Das vorstehende Zitat spiegelt die Meinung der weltweit führenden Autorität auf dem Gebiet der Zellulose/Öl-Mischdielektrika. Es beschreibt auch kurz und bündig das Problem.

Die vom Zellulose-Hersteller Weidmann im oben angeführten Werk vorgeschlagene Lösungs­ möglichkeit, im Transformatorhessel ein sogenanntes Molekularsieb aus Zeolithen zu verwenden, wird von Transformatorenherstellern nicht oder extrem selten befolgt. Auch die Verwendung von sehr hygroskopischem Silikagel im Öl, wie im britischen Patent GB 1,045,313 beschriebenen, erfreut sich sehr geringer Beliebtheit.

Als Gründe für die mangelnde Beliebtheit der vorgeschlagenen Problemlösungen werden angegeben:

• 1. Silikagel ist nicht sehr wirksam bei den typischerweise extrem niedrigen absoluten Wassergehalten.
• 2. Die Wirksamkeit von Zeolithen hängt stark vom auf das zu trocknende Medium ausgeübten Druck ab. Das britische Patent GB 1,084,337 beschreibt ein by-pass-Trocknungsverfahren, bei dem dieser Umstand sinnvoll genutzt wird. Nachteilig bei diesem Verfahren sind Kosten und Energieaufwand.

Bei Hermetik-Transformatoren, bei denen über dem Öl, sei es im Tank oder im Ausdehnungs­ gefäß, ein Gaspolster angeordnet ist, bietet sich das Gas als Medium an, dessen Trockenhaltung die Trocknung der darunter befindlichen Isolierflüssigkeit und der davon trockengehaltenen Zellulose bewirken könnte.

Allerdings hängt die Wirksamkeit dieser Trocknungsart von der mehr oder weniger ausgeprägten Zyklizität der Lastspiele und der Hygroskopizität der Isolierflüssigkeit ab, wie dies in der Beschreibung des Europäischen Patents EP 0 746 000 dargelegt wird.

Die im folgenden beschriebene Erfindung hat zum Gegenstand die Öl- und Zellulosetrocknung in Transformatoren ohne Gaspolster.

Beschreibung der Erfindung

Der in meiner Erfindung verwendete Werkstoff zeichnet sich dadurch aus, daß zwar das Wasser von der Isolierflüssigkeit wie bei Molekularsieben oder Silikagel auf den Empfänger übergeht, jedoch es nicht bei einer adsorptiven Aufnahme bleibt, wie sie Molekularsiebe auszeichnet, sondern die Wassermoleküle das Polymermolekül langsam von außen nach innen durchwandern. Dieser Vorgang ist zwar reversibel, ist jedoch im normalen Betriebstemperaturbereich eines Transformators nur wenig von der Temperatur abhängig. Außerdem sind dafür Tage oder Wochen erforderlich, während die Lastspiele des Transformators gewöhnlich tageszeitenzyklich sind. Anders als beim reversiblen Übergang von Öl auf Zellulose und Zellulose auf Öl, der sehr rasch erfolgt, ist der Feuchteübergang vom Öl auf den polymeren Werkstoff und umgekehrt sehr langsam und weitgehend temperaturunabhängig.

Im Gegensatz zur Zellulose, deren Hygroskopizität bei steigender Temperatur drastisch abfällt, nimmt Polyamid im Bereich 20°C bis 70°C bei steigender Temperatur mehr Wasser auf. Da außerdem Wasseraufnahme und -abgabe sehr viel langsamer vor sich gehen - es werden dazu Tage statt Minuten benötigt -, kann es nie zu einer Übersättigung eines Bestandteils des Isolier­ systems kommen, außer bei sehr lang anhaltender ununterbrochener thermischer Belastung der Zellulose in einem sehr hydrophoben Öl. Diese Gefahr besteht nicht bei Lastspielen ausgeprägter Zyklizität; sie besteht aber auch nicht bei einer hygroskopischen Isolierflüssigkeit wie dem Pentaerythrit-Tetraester.

Das Ziel der Erfindung wird beispielhaft mit zwei Ausführungsarten erreicht, die sich dadurch voneinander unterscheiden, daß bei der einen dem polymeren Werkstoff lediglich eine trocknende, bei der anderen eine weitere Funktion, nämlich die der Ablenkung der strömenden Isolierflüssigkeit zukommt.

Bei der ersteren Ausführung wird das Erfindungsziel am einfachsten und kostengünstigsten dadurch erreicht, daß man vor dem Befüllungsvorgang durch den Einfüllstutzen, hinter dem sich eine als Sieb ausgebildete und langgestreckte Tasche befindet, das Granulat eingibt. Der als Tasche bezeichnete, z. B. perforierte Auffangbehälter ist strömungsgünstig so im Transformator angeordnet, daß das Polymer-Granulat mit dem daran vorbeiströmenden Öl in Berührung kommt. Andere Ausführungen, z. B. eine Tasche aus gewirktem oder gewebtem Material und andere Anordnungen sind möglich.

In der zweiten Ausführungsart soll der polymere Werkstoff eine zweite Funktion erfüllen, nämlich die, das Öl so aufwärts und abwärts zu führen, daß die Wärmetauscher-Rippen eine möglichst hohe Durchschnittstemperatur aufweisen.

Es läßt sich zum Beispiel durch senkrecht zwischen Aktivteil und den Kühlrippen eines Wellblechkessel-Transformators angeordnete dünne Polyamidplatten ein besserer Verlust­ wärmetransport bewerkstelligen als dies bei freier Konvektion möglich wäre. Um eine möglichst hohe Hygroskopizität zu gewährleisten, dürfen die Polyamidplatten jedoch nicht in üblicher Weise konditioniert werden. Die übliche Konditionierung besteht darin, daß die mechanischen Eigenschaften des sehr trockenen und spröden Werkstoffs durch Wasseraufnahme wesentlich verbessert werden. Aus den angeführten Gründen soll jedoch eine extrem hohe Hygroskopizität erhalten bleiben; die geringere mechanische Festigkeit ist bei dem gedachten Verwendungs­ zweck ohne Belang. Bei Bedarf kann glasfaserverstärktes Polyamid eingesetzt werden.

Claims (6)

1. Trockenhaltung der Isoliersysteme von hermetischen Transformatoren durch Verwendung eines mit der Isolierflüssigkeit des Transformators ständig in Berührung stehenden hygroskopischen und nicht ionogenen polymeren Chemie-Werkstoffs zur Schaffung eines Feuchteuntersättigungsgefälles vom Polymerwerkstoff zur Isolierflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff aus sehr trockenem und von ionogenen Stoffen freiem hygroskopischen Kunststoff ohne Isolierfunktion besteht.

2. Anspruch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem hygroskopischen Werkstoff um extrem trockenes Polyamid handelt, das nicht durch Feuchteaufnahme konditioniert wurde.

3. Anspruch nach Anspruch 2, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß das Polyamid als sehr trockenes Granulat verwendet wird.

4. Anspruch nach Anspruch 3, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß das trockene Polyamid-Granulat nach abgeschlossener Trocknung des Transformators und vor der Befüllung mit Isolierflüssigkeit eingebracht wird.

5. Verwendung eines polymeren Werkstoffs nach Anspruch 1 oder 2, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß der als Ablenkplatte ausgebildete Polymerwerkstoff neben der wasseraufnehmenden die Funktion hat, die Isolierflüssigkeit auf der Aktivteilseite senkrecht nach oben und auf der Kühlrippenseite senkrecht nach unten zu lenken.

6. Verwendung eines polymeren Werkstoffs nach Anspruch 1-5, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß durch Verwendung von Pentaerythrit-Tetraester als Isolierflüssigkeit der Feuchtetransport von der Zellulose nach dem hygroskopischen Kunststoff besonders wirksam bleibt.