Bei der Stromerzeugung und -verteilung kommen riesige Hochleistungstransformatoren zum Einsatz. Doch schon geringste Verschmutzungen kleinster Partikel können die tonnenschweren Maschinen schädigen oder gar zum Sicherheitsrisiko werden.
Durch die hohe Wärmeentwicklung, die bei der Übertragung hoher Spannungsleistungen entsteht, müssen die Transformatoren ständig gekühlt werden. In der Regel ist die Kühlflüssigkeit ein Öl, da dies nicht nur kühlend wirkt, sondern gleichzeitig als Isolierung zwischen den leitfähigen Materialien dient.
Das Problem: Partikel im Öl beeinträchtigen die Durchschlagsfestigkeit des Isolieröls. Je nach Art, Größe und Anzahl der enthaltenen Partikel kann es zu einem Spannungsdurchschlag kommen: Das Öl wird selbst elektrisch leitend und wirkt demzufolge nicht mehr isolierend. Durch die Hitze ist das Ausfall- und Brandrisiko enorm, im schlimmsten Fall besteht sogar Explosionsgefahr.
Die Verschmutzung des Isolieröls von Hochleistungstransformatoren kann mehrere Ursachen haben:
- Partikel im Gehäuse: Bevor der Transformator mit Öl befüllt wird, kann das Gehäuse bereits verschmutzt sein. Die Partikel gehen vom Gehäuse ins Isolieröl über und beeinträchtigen auf diese Weise dessen Qualität.
- Vibrationen im Gehäuse: Durch die Vibrationen während des Betriebs geraten die Komponenten des Transformators (z.B. Leitungen oder Wicklungen) in Bewegung und geben dabei Abriebpartikel an das Isolieröl ab.
- Schalter im Transformator: In einigen Transformatorenmodellen sind mechanische Schalter eingebaut. Mechanische Schaltvorgänge können ebenfalls Partikel verursachen.
- Spannungsüberschläge: Sind im Öl schon Partikel enthalten, führt dies zu Spannungsüberschlägen. Die dabei entstehenden Lichtbögen verursachen beim Eintritt ins Isolieröl die Bildung von weiteren Partikeln (durch Verbrennung).
Deshalb muss ein Transformator bevor er in Betrieb genommen wird, auf einen möglichen Partikelgehalt der Isolierflüssigkeit geprüft werden. Zudem müssen Komponenten der Transformatoren, die mit dem Isolieröl in Kontakt kommen (z.B. Radiotoren) bereits vor der Montage vom Zulieferer gespült und deren Reinheit nachgewiesen werden. Auch während der Aufbereitung des Öls bzw. bei einer Erstbefüllung wird die Ölreinheit mit einem Partikelzähler überwacht. Ebenso ist die regelmäßige Überprüfung des Isolieröls während des Betriebs unabdingbar. Sollten zu hohe Partikelzahlen gemessen werden, kann durch Filtration oder Austausch des Isolieröls ein störungsfreier und gefahrloser Betrieb sichergestellt werden.
Hersteller und Betreiber von Transformatorenanlagen schätzen die Partikelzähler von PAMAS aufgrund ihrer Zuverlässigkeit, ihrer Messgenauigkeit und ihrer vielseitigen Einsetzbarkeit. Zur Befüllung und Isolierung von Transformatoren können Mineral- , Synthetik- und sogar Pflanzenöle verwendet werden.
Die Testverfahren zur Partikelmessung von Isolierflüssigkeiten sind in den Standards IEC 60970 und ASTM D6786 normiert:
- IEC 60970 by International Electrotechnical Commission: Method for counting and sizing particles in insulating liquids
- ASTM D6786 by American Society for Testing and Materials: Standard Test Method for Particle Count in Mineral Insulating Oil Using Automatic Optical Particle Counters
Beide Standards schreiben die Kalibrierung des Automatischen Partikelzählers gemäß ISO 11171 zwingend vor. An der Erarbeitung der Norm IEC 60970 war Dipl.-Ing. Michael Schumacher, Technischer Leiter der PAMAS GmbH, als Mitglied des Normierungsausschusses aktiv beteiligt.
