DE4200759C2

DE4200759C2 - Verfahren zur Bestimmung der Verschlechterung von Isolierpapier in einem ölgefüllten Elektrogerät

Info

Publication number: DE4200759C2
Application number: DE4200759A
Authority: DE
Inventors: Sadao Nanba; Teruo Miyamoto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-01-14
Filing date: 1992-01-14
Publication date: 1993-12-02
Anticipated expiration: 2012-01-15
Also published as: FR2672131B1; FR2672131A1; JPH04241407A; DE4200759A1; JPH0648654B2; PT100009A; PT100009B; US5309776A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines Isolierpapiers, das in einem ölgefüllten Elektrogerät verwendet wird, beispielsweise in einem ölgefüllten Transformator, einer ölgefüllten Reaktanz oder dergleichen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Lebensdauer eines ölgefüllten Elektrogerätes, wie beispielsweise eines ölgefüllten Transformators, einer ölgefüllten Reaktanz oder dergleichen, wird im allgemeinen auf der Grundlage der Verschlechterung des darin verwendeten Isolierpapiers geschätzt. Das Ausmaß der Verschlechterung des Isolierpapiers wird bestimmt, indem seine Zugfestigkeit, sein Polymerisationsgrad und dergleichen gemessen werden.

Jedoch ist die Messung des Ausmaßes der Verschlechterung eines Isolierpapiers durch Messen seiner Zugfestigkeit und seines Polymerisationsgrades auf eine Gelegenheit zu einer Innenprüfung beschränkt, die es gestattet, daß das Isolierpapier aus einem ölgefüllten Elektrogerät entnommen wird.

Andererseits ist aus der JP 60-23 50 59 A2 ein Verfahren bekannt, bei dem der Grad der Verschlechterung von elektrischem Isolierpapier über die Messung der Menge der im Öl enthaltenen Stoffe Ameisensäure-Methylester (HCO₂Me) und/oder Essigsäure-Methylester (AcOMe) bestimmt wird und damit die Lebensdauer des Isolierpapiers geschätzt werden kann.

Weiterhin wird in zunehmendem Maße untersucht, ob die Verschlechterung eines derartigen Isolierpapiers durch Messen der Zersetzungsprodukte, wie beispielsweise Furane, wie Furfural, Furancarboxylsäure und dergleichen, Aldehyde, wie Acetaldehyd, Formaldehyd und dergleichen, bestimmt werden kann.

Bei der Verschlechterung eines Isolierpapiers wird z. B. Furfural (das auch als Furaldehyd bezeichnet wird) erzeugt und im Isolieröl gelöst, wie z. B. im CIGRE Paper 12-09, 1984, in Figur 6 beschrieben ist. Da die Menge des im Isolieröl gelösten Furfurals durch Entnahme des Isolieröls gemessen werden kann, ist der Vorteil vorhanden, daß die Lebensdauer des ölgefüllten Elektrogerätes während seines Betriebes bestimmt werden kann.

Wurde jedoch das Ausmaß der Verschlechterung des Isolierpapiers aus dem Analyseergebnis des Furfurals bestimmt, das im Isolieröl gelöst war, so führte dieses Verfahren zu einer geringen Genauigkeit der Bestimmung der Lebensdauer des Gerätes.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung der Verschlechterung des Isolierpapiers in einem ölgefüllten Elektrogerät auf der Basis der Furfuralerzeugung zu schaffen, das mit verbesserter Genauigkeit die Verschlechterung des Isolierpapiers liefert.

Zur Lösung dieser Aufgabenstellung stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung der Verschlechterung des Isolierpapiers in einem ölgefüllten Elektrogerät zur Verfügung, das gemäß Anspruch 1 gekennzeichnet ist durch die Schritte:
Bestimmen der Gesamtmenge des Furfurals, das sowohl auf dem Isolierpapier in dem ölgefüllten Elektrogerät adsorbiert als auch im Isolieröl gelöst ist;
Berechnen der Furfuralerzeugung je Gramm Isolierpapier aus der Gesamtmenge des Furfurals und der Menge des Isolierpapiers in dem die höchste Temperatur aufweisenden Abschnitt des ölgefüllten Elektrogerätes; und
Bestimmen der Rate des Restpolymerisationsgrades des Isolierpapiers aus der Beziehung zwischen der Furfuralerzeugung und der Rate des Restpolymerisationsgrades des Isolierpapiers, die vorausgehend nach bekannten Verfahren, wie z. B. in der Veröffentlichung 450, 1. Ausgabe 1974, der International Electrotechnical Commission (IEC) beschrieben, erhalten wurde, um das Ausmaß der Verschlechterung des Isolierpapiers zu ermitteln. Dabei erhält man den Polymerisationsgrad aus der Rate des Restpolymerisationsgrades durch Multiplikation mit dem Faktor 10. Einer Rate des Restpolymerisationsgrades von 100% entspricht also ein Polymerisationsgrad von 1000, wie er etwa bei frischem Isolierpapier vorliegt.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß das Furfural, das aus dem im ölgefüllten Elektrogerät verwendeten Isolierpapier erzeugt wird, sich nicht allein im Isolieröl löst, sondern auch gut am Isolierpapier adsorbiert wird, wie nachstehend beschrieben wird. Dies führt zu dem Ergebnis, daß der Gesamtbetrag des Furfurals nicht gemessen werden kann, indem nur das im Isolieröl gelöste Furfural analysiert wird. Dieses Ergebnis lag bisher nicht vor.

Bei der vorliegenden Erfindung wird die Menge des Furfurals, das auf dem Isolierpapier eines ölgefüllten Elektrogerätes adsorbiert ist, bestimmt, indem die Gleichgewichtskonzentration des auf dem Isolierpapier adsorbierten Furfurals bestimmt wird. Dazu wird ein Meßbehälter verwendet, der das Isolierpapier des ölgefüllten Elektrogerätes und dessen Isolieröl enthält. Die Gesamtmenge des vom Isolierpapier erzeugten Furfurals wird bestimmt, indem die Menge des am Isolierpapier adsorbierten Furfurals zur Menge des im Isolieröl gelösten Furfurals hinzugefügt wird. Damit kann die Verschlechterung des Isolierpapiers durch die Beziehung zwischen der Gesamtmenge des Furfurals und dem Polymerisationsgrad des Isolierpapiers, der das Ausmaß der Verschlechterung desselben angibt, bestimmt werden.

Das Verfahren wird für den die höchste Temperatur aufweisenden Abschnitt des ölgefüllten Elektrogeräts durchgeführt, da die Lebensdauer z. B. eines Transformators durch die Verschlechterung des Isoliermittels im Abschnitt mit der höchsten Temperatur bestimmt wird. Bei einem Transformator ist der Abschnitt der höchsten Temperatur das Isolierpapier an der Spulenwicklung.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird anschließend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Kurve, die eine Beziehung zwischen der Anzahl der Tage des Erhitzens eines Meßbehälters und des Mengenanteils des im Öl verbleibenden Furfurals angibt; und

Fig. 2 eine Kurve, die eine Beziehung zwischen der Rate des Restpolymerisationsgrades des Isolierpapiere und der Menge des erzeugten Furfurals angibt.

Isolieröl, in dem eine vorgegebene Menge Furfural gelöst worden ist, und Isolierpapier wurden in einen (nicht dargestellten) Meßbehälter eingegeben und anschließend auf eine vorgegebene Temperatur von 55 bis 100°C erhitzt. Ein Teil des Isolieröls wurde dann aus dem Meßbehälter im Laufe des Erhitzens entnommen, und Furfural wurde mit Flüssigchromatografie bestimmt.

Fig. 1 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Mengenanteil des im Isolieröl verbleibenden Furfurals und den Tagen der Erhitzung unter der Annahme darstellt, daß die Furfural-Ausgangskonzentration gleich 100 ist. In der Zeichnung geben die Markierungen ⚫, ○, ∆ und x die Ergebnisse des Erhitzens jeweils bei 100°C, 85°C, 70°C und 55°C bei einer Furfural-Ausgangskonzentration von 2 ppm an, und ∆ zeigt die Ergebnisse des Erhitzens bei 85°C und einer Furfural-Ausgangskonzentration von 20 ppm an. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, verringert sich die Menge des im Öl gelösten Furfurals auf jeweils 15% der Ausgangsmenge. Da Furfural ein Zwischenprodukt im Zersetzungsvorgang ist, wurde davon ausgegangen, daß Furfural keine thermische Stabilität aufweist. Die im Laufe der Zeit erfolgenden Änderungen des Furfural enthaltenden Isolieröls wurden deshalb ebenfalls während des Erhitzens bei 100°C gemessen. Als Ergebnis war jedoch die Menge des im Öl gelösten Furfurals im wesentlichen die gleiche wie der Ausgangswert, selbst nach Ablauf von 2 Monaten, und Furancarboxylsäure, die durch Oxidation des Furfurals entsteht, wurde nicht nachgewiesen. Daher wird nun angenommen, daß die Konvergenz der Furfuralkonzentration auf etwa 15% des Ausgangswertes durch eine Adsorption des Furfurals auf dem Isolierpapier verursacht wird.

Bei dieser Ausführungsform wird der Vorgang der Adsorption des im Isolieröl enthaltenen Furfurals auf dem Isolierpapier mittels der Menge des im Öl verbleibenden Furfurals untersucht. Das Adsorptionsgleichgewicht wird somit aus einem Vorgang bestimmt, der entgegengesetzt zum Vorgang im tatsächlichen Transformator ist. Bei der Untersuchung war das Verhältnis zwischen Isolieröl und Isolierpapier jenem im tatsächlichen Transformator äquivalent.

Die sich im Verlauf des Erhitzens einstellende konstante Konzentration ist die Adsorptionsgleichgewichtskonzentration. Es wurde gefunden, daß die bei Adsorptionsgleichgewicht im Öl verbleibende Menge Furfural weder von der Temperatur noch von der Ausgangskonzentration abhängt und gegen etwa 15% konvergiert. Dieses Ergebnis zeigt somit, daß die Adsorptionsgleichgewichtskonzentration des Furfurals etwa 15% der Ausgangskonzentration beträgt. Die Gesamtmenge des erzeugten Furfurals kann somit bestimmt werden, indem die Menge des im Öl gelösten Furfurals gemessen und mit 6,7 (100/15=6,7) multipliziert wird.

Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen der Furfuralerzeugung und der Rate des Restpolymerisationsgrades des Isolierpapiers. Die Furfuralerzeugung und der Polymerisationsgrad des Isolierpapiers, der das Ausmaß der Verschlechterung desselben angibt, zeigen eine gute Korrelation zueinander. Zur Bestimmung der Verschlechterung des Isolierpapiers, das in einem ölgefüllten Elektrogerät verwendet wird, wird zuerst die Gesamtmenge des erzeugten Furfurals bestimmt, indem die Menge des auf dem Isolierpapier adsorbierten Furfurals zu der Menge des im Isolieröl gelösten Furfurals hinzugefügt wird. Die Furfuralproduktion je Gramm Isolierpapier wird anschließend aus der Gesamtmenge des Furfurals und der Menge des Isolierpapiers in dem die höchste Temperatur aufweisenden Abschnitt des ölgefüllten Elektrogerätes berechnet. Die Rate des Restpolymerisationsgrades wird dann aus der in Fig. 2 angegebenen Kurve bestimmt, wodurch der Polymerisationsgrad des Isolierpapiers bestimmt werden kann. Das vorstehend beschriebene Verfahren gestattet die genaue Bestimmung des Ausmaßes der Verschlechterung des Isolierpapiers.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung der Verschlechterung eines Isolierpapiers in einem ölgefüllten Elektrogerät, gekennzeichnet durch die Schritte:
Bestimmen der Gesamtmenge des Furfurals, das sowohl auf dem Isolierpapier in dem ölgefüllten Elektrogerät adsorbiert als auch im Isolieröl gelöst ist;
Berechnen der Furfuralerzeugung je Gramm Isolierpapier aus der Gesamtmenge des Furfurals und der Menge des Isolierpapiers in dem die höchste Temperatur aufweisenden Abschnitt des ölgefüllten Elektrogerätes; und
Bestimmen der Rate des Restpolymerisationsgrades des Isolierpapiers aus der Beziehung zwischen der Furfuralerzeugung und der Rate des Restpolymerisationsgrades des Isolierpapiers, die vorausgehend nach bekannten Verfahren erhalten wurde, um das Ausmaß der Verschlechterung des Isolierpapiers zu ermitteln.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtmenge Furfural aus der Gleichgewichtskonzentration des am Isolierpapier adsorbierten Furfurals bestimmt wird, die erhalten wird, indem die im Laufe der Zeit beim Erhitzen eintretende Abnahme der Furfuralmenge gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangskonzentration des Furfurals so gewählt wird, daß sich als Gleichgewichtskonzentration des am Isolierpapier adsorbierten Furfurals etwa 15% der Ausgangskonzentration ergibt.