DE3142012C2 - Verfahren zur Entgasung und gleichzeitigen Entwässerung eines elektrischen Isolieröls - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entgasung und gleichzeitigen Entwässerung eines elektrischen Isolieröls unter verringertem Druck in einem Entgasungsturm, enthaltend im Abstand von dessen Innenwandung eine mit Füllkörpern gepackte Schicht. Ein solches Isolieröl kann in elektrischen Vorrichtungen, wie Kondensatoren, Transformatoren und Kabeln, verwendet werden.

Im allgemeinen enthalten frische elektrische Isolieröle Fremdmaterialien, wie Wasser und Luft oder andere Gase, die darin gelöst sind. Es ist daher notwendig, diese Fremdmaterialien aus den frischen Isolierölen vor deren Anwendung sorgfältig zu entfernen, insbesondere in Kondensatoren oder Kabeln. Falls ein frisches Isolieröl, das derartige Fremdmaterialien enthält, in elektrische Vorrichtungen imprägniert wird, können in dem Imprägnieröl Leerstellen entstehen, wodurch bei Anwendung von Elektrizität auf die elektrischen Vorrichtungen das Potential um die Leerstellen konzentriert wird und ein dielektrischer Zusammenbruch entstehen kann. Insbesondere wurde aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten wegen der Verbesserung der Leistungsfähigkeit und der Verkleinerung der Vorrichtungen übliches Isolationspapier als isolierendes Material oder dielektrisches Material in mit Öl imprägnierten elektrischen Vorrichtungen ersetzt durch Kunststoffolien bzw. -filme, während gleichzeitig hochleistungsfähige synthetische Isolieröle entwickelt und aus Petroleum erzeugt wurden. Die Kunststoffilme, die als Isoliermaterial verwendet werden, können den Gradienten des Potentials steigern. Selbst wenn geringere Leerstellen als bisher in dem imprägnierten Isolieröl erzeugt werden, kann deshalb ein elektrischer Zusammenbruch durch eine Spannungskonzentration um die Leerstellen auftreten. Daher bestand ein großes Bedürfnis nach einem Verfahren zur Verhinderung der Leerstellenbildung in dem imprägnierten Öl und nach einem Verfahren zur Vorbehandlung von elektrischen Isolierölen, einschließlich der Entfernung von Wasser daraus, bei der Herstellung von mit Öl imprägnierten elektrischen Vorrichtungen.

Darüber hinaus sind trotz der Steigerung des Gradienten des Potentials aromatische Isolieröle, die eine geringere Gasmenge bei der Anwendung von Elektrizität ergeben, sowie isolierende Öle mit hoher dielektrischer Konstante, wie für Kondensatoren, erwünscht. Insbesondere umfassen elektrische Isolieröle, die beispielsweise in Kondensatoren verwendet werden, Isolieröle, die Verbindungen mit großen Anteilen an aromatischen Ringen aufweisen, wie Phenylxylylethan, Alkylnaphthaline und Isopropylbiphenyl, sowie aromatische Ester, wie BNC (Benzylneocaprat), TCP (Tricresylphosphat) und chlorierter Diphenylether.

Jedoch weisen diese synthetischen Isolieröle im Vergleich mit üblichen Isolierölen, wie Mineralölen und Polybuten, eine starke Affinität für Wasser auf und absorbieren 100 bis mehrere hundert ppm Wasser während eines kurzen Zeitraums, wenn sie an der Luft belassen werden, wodurch sie nicht leicht zu entwässern sind.

Darüber hinaus umfassen übliche Verfahren zum Entgasen der elektrischen Isolieröle das Aufteilen des Öls in einem Vakuum von 13,3 bis 1,3 Pa in sehr feine Teilchen, oder die Bildung von dünnen Filmen daraus, um die spezifische Oberfläche des Öls zu erhöhen und dessen Volumen zu verringern, um die spezifische Oberfläche des Öls zur Entgasung oder Verdampfung von Wasser und Gasen daraus zu vergrößern und den Diffusionsabstand des Wassers und der Gase in dem Öl zu verringern, wodurch die Wirksamkeit der Entgasung erhöht wird. Beispielsweise wird bei einem üblichen Verfahren zum Entgasen eines elektrisch isolierenden Öls das Isolieröl durch eine Düse gesprüht, die am oberen Teil im Inneren eines Behälters mit verringertem Druck (evakuierte Luft) ausgebildet ist, zur Bildung sehr feiner Teilchen. Jedoch ist dieses Verfahren nachteilig, da die zur Entgasung verfügbare Zeit zu kurz ist, um ein sorgfältiges Entgasen zu bewirken. Selbst wenn die sehr feinen Ölteilchen in der evakuierten Atmosphäre während langer Zeit gehalten werden, um die Ölteilchen sorgfältig zu trocknen, unter Anwendung der Kraft eines in Aufwärtsrichtung geblasenen Trocknungsgases, wie im Falle eines Sprühtrockners für pulverförmiges Material, ist dieser Versuch nicht zufriedenstellend wegen der Unterdruckatmosphäre in dem Behälter oder der Trocknungsvorrichtung.

Das Entgasungsverfahren unter Bildung dünner Ölfilme zur Erleichterung der Entgasung wurde allein oder in Kombination mit der genannten Sprühmethode durchgeführt.

Eine Form der Entgasung besteht in einem Verfahren, bei dem ein elektrisches Isolieröl auf mehreren leicht geneigten Böden fließt, die so angeordnet sind, daß das Öl von dem obersten Boden in Abwärtsrichtung zu dem untersten hin fließt, unter Bildung dünner Ölfilme zur Entgasung des Öls während dessen Strömung über alle Böden. Bei einem solchen Verfahren wird jedoch kein gleichmäßig dünner Ölfilm gebildet, wodurch eine nicht zufriedenstellende Entgasung erfolgt, wenn die Böden keine sorgfältig glatte und flache Oberfläche aufweisen und in korrekter Weise nur schräg in der Richtung, in der das Öl fließt, gehalten werden. Ein dünner Ölfilm muß flach und einige µm dick sein, um eine verstärkte Verdampfungsfläche für das Öl und einen verkürzten Diffusionsweg für die zu entgasenden Gase zu erzielen. Dies ist jedoch sehr schwierig vom Gesichtspunkt der Herstellung der zu verwendenden Ausrüstung durchzuführen. Die Ausrüstung kann vom mobilen oder feststehenden Typ sein, und selbst eine Ausrüstung vom feststehenden Typ ist in einigen Fällen so hergestellt, daß sie aus Bestandteilen trennbarer Einheiten besteht, derart, daß diese Einheiten zur Reinigung je nach Bedarf voneinander gelöst werden können. Aus der Struktur der Ausrüstung vom Bodentyp ist ersichtlich, daß es mit dieser Vorrichtung nicht möglich ist, das Öl in großer Menge während eines vorbestimmten Zeitraums strömen zu lassen, wodurch die Menge des zu behandelnden Öls begrenzt ist.

Eine andere Form der Entgasung mittels dünner Ölfilme ist ein Verfahren unter Anwendung eines Entgasungsturmes. Der Entgasungsturm weist eine Sprühvorrichtung oder einen Verteiler auf, der an dem oberen Ende innerhalb des Turmes vorgesehen ist und dazu verwendet wird, das Öl wie eine Dusche unter verringertem Druck zu sprühen. Der Turm enthält eine gepackte Schicht unterhalb der Sprühvorrichtung oder des Verteilers. Die Schicht ist mit kugelartigen bzw. perlenartigen Körpern, Raschig-Ringen mit einer größeren spezifischen Oberfläche, federartigen Heli-Füllkörpern, Sattelringen, die aus einem Drahtnetz hergestellt sind, Spiralenringen, Stedman-Füllkörpern, MacMahon-Füllkörpern, oder Octa-Füllkörpern gepackt. Diese Füllkörper weisen jeweils einige Millimeter bis einige Zentimeter Durchmesser auf, und die gepackten Schichten können Höhen von einigen zehn Zentimetern bis ein bis zwei Metern aufweisen. Da das Verfahren vom Füllkörpertyp im Vergleich mit dem vorstehend erwähnten Verfahren vom Bodentyp trotz einer einfachen Ausrüstung leicht entgasen kann und Öl in großen Mengen während eines bestimmten Zeitraumes behandeln kann, ist dieses Verfahren vorteilhaft.

Jedoch liegen die Betrachtungen zur Erzielung einer hohen Entgasungs-Leistungsfähigkeit dieses Verfahrens nicht nur in der Auswahl wirksamer Füllkörper, sondern auch in der Auswahl einer geeigneten Druckverteilung oder eines geeigneten Druckunterschieds (P). Insbesondere werden vergleichsweise dichte Füllkörper, die jeweils eine spezifische Oberfläche von 200 m²/m³ oder größer aufweisen, gewählt, um eine große spezifische Oberfläche zu erzielen. In diesem Falle ist ΔP gewöhnlich groß, wodurch ein vorbestimmtes Vakuum nicht erzielt wird, was zu einer unzureichenden Entgasung führt. Andererseits führt die Verwendung von vergleichsweise groben Füllkörpern, jeweils mit einer spezifischen Oberfläche von kleiner als 200 m²/m³, in großen Mengen zu einer großen spezifischen Oberfläche zur Bildung einer sehr hochgepackten Schicht und zu einem großen ΔP. Wird in diesem Falle eine gepackte Schicht geringer Höhe verwendet, wird eine unzureichende spezifische Oberfläche erzielt mit dem Ergebnis einer nicht zufriedenstellenden Entgasung. Nach allem ist es wichtig, bei dem Verfahren vom Füllkörpertyp die gesamte spezifische Oberfläche der Füllkörper und ΔP aufeinander abzustimmen.

Ein weiterer Nachteil des Füllkörperverfahrens liegt darin, daß das isolierende Öl in den oberen Teil des Inneren des Entgasungsturmes zu strömen beginnt und ein Teil des Öls sehr schnell längs der inneren Wandung des Turmes nach unten fließt. Somit ist die Verweilzeit dieses Ölanteils sehr gering mit dem Ergebnis, daß dieser Anteil mit geringster Wirkung entgast wird, wodurch die Gesamt-Entgasungswirksamkeit für das Öl verringert wird.

Da die Verfahren vom Duschentyp, Bodentyp und gepackten Typ zur Entgasung nicht völlig zufriedenstellend sind, wird in der Praxis ein mehrstufiges Verfahren, bei dem die verschiedenen Verfahren kombiniert werden, und ein kompliziertes Verfahren, das das mehrfache Rückführen eines zu entgasenden Isolieröls umfaßt, verwendet. Darüber hinaus wird in solchen Fällen, bei denen das Öl nicht durch ein derartiges Entgasungsverfahren völlig entgast wird, ein zusätzliches Entgasen durchgeführt unter Anwendung einer erhöhten Menge an Adsorbentien bei der Ton- oder Aluminiumoxid-Behandlung zur Verbesserung der elektrischen Eigenschaften oder ein Trocknungsmittel, wie Aluminiumoxid oder ein Molekularsieb, wird für die zusätzliche Entwässerung verwendet.

Bei diesen Verfahren erfordert der mehrstufige Typ eine kostspielige Ausrüstung zur Entgasung im großen Maßstab, das Rückführen erfordert eine Ausrüstung zur Entgasung im großen Maßstab, wodurch der Betrieb kompliziert wird, und die Anwendung von Trocknungsmitteln führt zu einer Steigerung der Abfallmaterialien oder erfordert eine komplizierte kostspielige und umfangreiche Ausrüstung zur Regeneration der verwendeten Trocknungsmittel und somit zu gesteigerten Betriebskosten. Diese Ausrüstungen und zusätzlichen Erfordernisse sind ungünstig, jedoch waren sie bisher als unvermeidlich gerechtfertigt, um hochleistungsfähige elektrische Isolieröle zur Anwendung bei der Herstellung von mit Öl imprägnierten elektrischen Vorrichtungen zu erzielen.

Die DE-A-23 58 068 beschreibt eine Vorrichtung zur Vakuumentgasung von elektrischen Isolierölen, bei der das elektrische Isolieröl unter verringertem Druck in einen Entgasungsturm abwärts strömt und die aus dem Isolieröl freigesetzten Gase durch die perforierten Trennwände der mittleren Kammer austreten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfaches und wirksames Verfahren zur Entgasung und gleichzeitigen Entwässerung eines elektrischen Isolieröls zur Verfügung zu stellen, das die Nachteile bekannter Verfahren, wie ungleichmäßig dünne Ölfilme, geringe Verweil- bzw. Entgasungszeit oder die aufwendige Bauweise bei mehrstufigen Verfahren überwindet.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man

• a) als Füllkörper Wellblech oder sich berührende gewellte Platten aus Metall oder synthetischem Material oder aus einem Material, das selbstbenetzend und von texturierter oder faseriger Natur ist, einsetzt,
• b) ein elektrisches Isolieröl einsetzt, das Verbindungen mit großen Anteilen an aromatischen Ringen enthält,
• c) die Gase nicht nur durch das obere und das untere Ende der gepackten Schicht, sondern auch durch deren Seitenwandungen austreten läßt und
• d) das Öl im wesentlichen ohne Kontakt mit der Innenwandung des Entgasungsturms abwärts strömen läßt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die mit Füllkörpern gepackte Schicht in einem Entgasungsturm derart angeordnet, daß sie abseits von der Innenwandung des Entgasungsturms liegt, wobei die gepackte Schicht so aufgebaut ist, daß Gase, die aus einem elektrischen Isolieröl freigesetzt werden, nicht nur durch das obere und das untere Ende der gepackten Schicht austreten, sondern auch durch deren Seite, worauf das elektrische Isolieröl durch die gepackte Schicht nach unten im wesentlichen ohne Kontakt mit der Innenwandung des Entgasungsturms unter einem verringerten Druck fließen kann.

Der verringerte Druck kann gewöhnlich 1,3 bis 1333 Pa, vorzugsweise 13,3 bis 133 Pa, betragen. Vorzugsweise wird das Verfahren bei einer erhöhten Temperatur, wie bis zu 100°C, vorzugsweise bis zu 80°C, durchgeführt. Die gepackte Schicht mit den Füllkörpern liegt so in dem Entgasungsturm, daß sie von dessen Innenwandung entfernt ist. Es können zahlreiche Füllkörper verwendet werden, die jeweils eine wesentlich geringere Größe als der Durchmesser des Entgasungsturms aufweisen, um eine größere spezifische Oberfläche der gepackten Schicht zu erzielen. In diesem Fall befinden sich die Füllkörper in einem geeigneten Behälter, wie einem Korb. Dieser geeignete Behälter wird im Abstand von dem Entgasungsturm gehalten unter Verwendung geeigneter Einrichtungen, wie einer Klammer oder stützenden Füßen.

Wenn der Füllkörper große Abmessungen aufweist, jedoch in dem Entgasungsturm ohne Kontakt mit dessen Innenwandung eingebracht ist, wird er in dem Entgasungsturm in der gleichen Weise wie der Korb, der mit den Füllkörpern gepackt ist, gehalten. Behälter, die wie der Korb gewählt werden, sind solche, deren Seitenwandung derart perforiert ist, daß die Gase, die von dem Isolieröl freigesetzt werden, durch die Perforationen der Seitenwandung hindurchtreten können, im Gegensatz zu dem Weg der Strömung des Isolieröls. Sie sollten daher aus porösen Rahmen, Drahtnetzen oder perforierten Platten hergestellt sein. Falls ein Füllkörper große Abmessungen aufweist, kann er als solcher in den Turm eingesetzt werden und erfordert keinen Korb, um darin aufgenommen zu werden; der Füllkörper sollte darüber hinaus derart beschaffen sein, daß Gase, die aus dem Isolieröl freigesetzt werden, ebenfalls durch die Seite austreten können, die der Innenwandung des Turmes gegenüberliegt, unabhängig von dem Durchtritt längs des Strömungswegs des Öls.

Erfindungsgemäß wird das Isolieröl im wesentlichen ohne Kontakt mit der Innenwandung des Entgasungsturms entgast. Dies wird erzielt dadurch, daß die Füllkörper oder der Korb, der damit gepackt ist, mindestens 5 mm, vorzugsweise mindestens 10 mm entfernt von der Innenwandung des Entgasungsturms gehalten werden.

Erfindungsgemäß kommt die gepackte Schicht nicht in Kontakt mit der Innenwandung des Entgasungsturmes, und ein Gasweg ohne Auftreten von ΔP liegt längs der Innenwandung des Turmes vor, wodurch keine Probleme bezüglich ΔP, die für Entgasungstürme spezifisch sind, auftreten. Das gesamte Innere des Turmes kann ein hohes Vakuum erreichen, so daß ein sorgfältiges Entgasen möglich wird, und ΔP wird nicht groß, selbst wenn große Mengen an Füllkörpern verwendet werden, um große spezifische Oberflächen zu erzielen. Fließt darüber hinaus das elektrische Isolieröl abwärts durch die gepackte Schicht, kommt es im wesentlichen nicht in Kontakt mit der Innenwandung des Turms. Erfindungsgemäß können auch Sprühvorrichtungen oder Verteiler verwendet werden, sofern das gesprühte Öl nicht mit der Innenwandung des Turms in Kontakt kommt.

Die Füllkörper können jegliche beliebige Struktur aufweisen; erfindungsgemäß können auch solche verwendet werden, wie sie in Destillationstürmen eingesetzt werden.

Die Anwendung von dichten Füllkörpern mit einer großen spezifischen Oberfläche führt im allgemeinen zu einer Steigerung von ΔP.

So umfassen Füllkörper, die erfindungsgemäß vorzugsweise verwendet werden können, Sattelringe, Stedman-Füllkörper, MacMahon-Füllkörper, Octa-Füllkörper und Heli-Füllkörper, bei denen es sich jeweils um einen dichten Füllkörper handelt, der aus Draht hergestellt ist. Andere Füllmaterialien, die hier verwendet werden, sind Panapak, Spraypak, Goodloe-Füllkörper, Dixon-Ring, Beehive-Füllkörper, Satt-Füllkörper. Die besonders bevorzugten gepackten Gegenstände bzw. Füllkörper umfassen Sulzer-Füllkörper, die aus Wellblechen derart hergestellt sind, daß sie sich in Kontakt miteinander befinden und daß die Wellen benachbarter Bleche gegeneinander und gegen die Achse des Turmes geneigt sind. Derartige Füllkörper, deren Platten Öffnungen aufweisen, um eine gewünschte Verteilung des gasförmigen Materials über den Querschnitt der Füllkörper zu erzielen, sind aus Metall oder aus synthetischem Material oder einem Material, das selbstbenetzend und von texturierter oder faseriger Natur ist.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, ein sorgfältiges Entgasen elektrischer Isolieröle zu bewirken und sie gleichzeitig sorgfältig zu entwässern.

Es ist möglich, das Isolieröl in großen Mengen pro Zeit- bzw. Stundeneinheit im Vergleich mit dem Verfahren vom Bodentyp zu behandeln, und es erfordert lediglich eine einfache Ausrüstung und ist leicht durchzuführen.

Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung, ebenso wie die beigefügte Figur, worin

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Beispiels einer Entgasungseinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt.

Fig. 2 stellt einen Längsschnitt durch ein Beispiel einer gepackten Schicht, die Füllkörper textiler Struktur enthält, dar, die erfindungsgemäß verwendet werden; und

Fig. 3 ist ein Querschnitt längs der Linie A-A der Fig. 2.

Beispiel 1

Wie in Fig. 1 gezeigt, wurde jede der folgenden Arten von Füllkörpern in einen zylindrischen Korb 3 (180 mm × 130 mm Durchmesser) gepackt, der aus Drahtnetzen aus einem Draht von 2,38 mm Durchmesser hergestellt war. Der so gepackte Korb wurde anschließend in einem Entgasungsturm 1 (250 mm Durchmesser × 700 mm Höhe) derart aufgehängt, daß sich der Korb etwa in zentraler Lage im Inneren des Turmes befand und keinen Kontakt mit dessen Innenwandung aufwies. Der Turm war an seinem oberen Ende mit einer Vakuumpumpe über eine Absaugleitung 6 verbunden, und anschließend wurde die Luft evakuiert. Das Innere des Turmes wurde auf 60°C erwärmt, worauf jeweils Phenylxylylethan (PXE), Dodecylbenzol (DB) und ein Mineralöl (JIS Nr. 1 Öl, JIS C 2320) durch ein Einströmungsrohr 2 zu dem gepackten Korb eingeführt wurde und anschließend mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 100 l/h in Abwärtsrichtung in den Korb strömengelassen wurde ohne mit der Innenwandung des Turms in Kontakt zu kommen. Das Vakuum-Meßgerät zeigte, daß der Druck im Turm 66,7 Pa betrug. Darüber hinaus zeigen in der Fig. 1 die Ziffern 4 und 5 ein entgastes Öl bzw. das dafür vorgesehene Abstromrohr. Die bei der Entgasung erzielten Ergebnisse sind in der Tabelle I aufgeführt.

Verwendete Füllkörper:

Raschig-Ring
(A) 3 mm × 3 mm Durchmesser

Helipack
(B) 3,5 mm × 3,5 mm Durchmesser Feder (Drahtdurchmesser 0,254 mm)

Sulzerpack
(C) 180 mm Außendurchmesser × 108 mm Durchmesser (Drahtdurchmesser 0,15 mm)

Nur bei dem im Vergleichsversuch 2 verwendeten Füllkörper handelte es sich um einen, dessen Außendurchmesser so groß war, daß er in Kontakt mit der Innenwandung des Entgasungsturmes kam.

Der Wassergehalt wurde unter Anwendung eines Wassermessers vom elektrometrischen Titrationstyp gemessen.

Vergleichsversuch 1

Die Verfahrensweise des Beispiels wurde wiederholt, wobei jedoch die gleiche Menge an Füllkörper direkt gepackt war und sich in dem Entgasungsturm derart befand, daß sie in engen Kontakt mit der Innenwandung kam. Das gleiche elektrische Isolieröl wurde wie eine Dusche auf die Füllkörper gesprüht. Der Druck in dem Turm wurde an der Stelle über der gepackten Schicht gemessen. Er betrug 66,7 Pa, was gleich dem Beispiel 1 war.

Vergleichsversuch 2

Die Verfahrensweise des Beispiels 1 wurde wiederholt, wobei jedoch ein Korb verwendet wurde, der eine Seitenwandung aufwies, die aus einer Stahlplatte und nicht aus einem Maschendraht hergestellt war.

Die im Beispiel 1 und in den Vergleichsversuchen 1 und 2 erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle I aufgeführt.

Tabelle I

Außerdem wurde das entgaste Öl, das im Beispiel 1 erhalten wurde, durch Gaschromatographie am Auslaß des Turms auf verbleibende gelöste Gase, wie Sauerstoff und Stickstoff, gemäß ASTM D831 (Methode zur Messung von in Isolieröl gelösten Gasen) gemessen, mit dem Ergebnis, daß die Menge der verbleibenden Gase weniger als 1 ppm betrug.

Claims (1)

1. Verfahren zur Entgasung und gleichzeitigen Entwässerung eines elektrischen Isolieröls unter verringertem Druck in einem Entgasungsturm, enthaltend im Abstand von dessen Innenwandung eine mit Füllkörpern gepackte Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß man

   • a) als Füllkörper Wellblech oder sich berührende gewellte Platten aus Metall oder synthetischem Material oder aus einem Material, das selbstbenetzend und von texturierter oder faseriger Natur ist, einsetzt,
   • b) ein elektrisches Isolieröl einsetzt, das Verbindungen mit großen Anteilen an aromatischen Ringen enthält,
   • c) die Gase nicht nur durch das obere und das untere Ende der gepackten Schicht, sondern auch durch deren Seitenwandungen austreten läßt, und
   • d) das Öl im wesentlichen ohne Kontakt mit der Innenwandung des Entgasungsturms abwärts strömen läßt.