Feuchtesensoren für Leistungstransformatoren
Wie sie funktionieren und warum du sie brauchst
Feuchtigkeitssensoren sind ein unverzichtbares Zubehör für jeden Leistungstransformator, da sie dazu beitragen, kostspielige Schäden durch Korrosion und Isolationsausfälle zu verhindern. Um das zu verhindern, ist es wichtig, den relativen Feuchtigkeitsgehalt in Leistungstransformatoren zu überwachen und bei Bedarf Maßnahmen zu ergreifen. Dazu kann es gehören, den Transformator zu trocknen, beschädigte Bauteile auszutauschen oder Maßnahmen zur Vermeidung von Feuchtigkeitsansammlungen zu ergreifen. Auf diese Weise können Leistungstransformatoren weiterhin sicher und effizient betrieben werden.
Die Hauptgefahr von Feuchtigkeit ist ihr Einfluss auf die Durchschlagsspannung des Isolieröls. Kleine Mengen Wasser reichen aus, um die Durchschlagsspannung stark zu verringern. Dies wird durch die beigefügte Abbildung veranschaulicht, die auf einer Abbildung aus der technischen Broschüre der CIGRE Working Group A2.35 "Experiences in Service with new Insulating Liquid" basiert. Sie zeigt den Einfluss von Feuchtigkeit auf die Durchschlagsspannung eines standardisierten Testaufbaus.
Man sollte beachten, dass sich die Abbildung auf relative Wassergehalte bezieht. Die absoluten Werte (gemessen in ppm) können sich bei gleicher relativer Feuchte je nach Isolierölsorte um den Faktor 4 unterscheiden. Es ist daher viel einfacher, von relativer Feuchtigkeit zu sprechen.
Wie niedrig darf die Öldurchschlagsspannung sein, bevor die Situation kritisch wird? Das hängt von der Anwendung und dem Isolationssystem ab. Konservative Transformatorenkonstruktionen mit höheren Sicherheitsmargen können oft auch mit niedrigen gemessenen Durchschlagsspannungen umgehen.
Wie aus der vorherigen Abbildung ersichtlich, erreichen die Durchschlagsspannungen ihr unteres Plateau bei etwa 80 % Feuchtigkeit. Eine weitere Erhöhung der Feuchtigkeit macht keinen Unterschied. In der Praxis bedeutet eine relative Feuchte von 80% aber, dass sofortige Maßnahmen ergriffen werden sollten.
Wir müssen auch die Temperaturabhängigkeit der relativen Feuchtigkeit berücksichtigen. Wenn die Temperatur steigt, kann mehr Wasser gelöst werden. Bei einem festen Wassergehalt im Transformatorenkessel ist die relative Feuchte höher, wenn die Temperatur niedriger ist. Steigt der relative Feuchtigkeitsgehalt auf über 100 %, fällt freies Wasser aus, wodurch die Bauteile korrodieren und die Isoliereigenschaften aufgehoben werden. Diese Situation muss um jeden Preis vermieden werden.
Wenn also eine konstante Temperatur nicht garantiert werden kann (die meisten Transformatoren stehen im Freien und sind unterschiedlichen Umgebungstemperaturen ausgesetzt), muss ein Sicherheitspuffer eingeplant werden. Faustformel: Damit nachts kein freies Wasser auftritt, sollte die relative Feuchtigkeit tagsüber unter 70 % liegen. Dieser Grenzwert sollte bei Wüstenstandorten (die einen ausgeprägteren Tag-Nacht-Temperaturzyklus aufweisen) niedriger und kann bei Regenwald- oder Küstenstandorten höher sein.
Zusammengefasst:
Je nach der thermischen Umgebung des Transformators sollte ein Grenzwert für die relative Feuchtigkeit von 70% oder 80% eingehalten werden. Ein geeigneter Feuchtesensor sollte mindestens diesen Bereich abdecken. Glücklicherweise wird diese Anforderung von praktisch allen auf dem Markt befindlichen Sensoren erfüllt.