Wie Sie die Trafo-Isolation dauerhaft trocknen, die Betriebssicherheit erhöhen und Personalbedarf vor Ort einsparen
CJC® Filter für Transformatoren: längere Lebensdauer und mehr Automatisierung
Wie Sie die Trafo-Isolierung dauerhaft trocknen, die Betriebssicherheit erhöhen und Personalbedarf vor Ort einsparen
CJC® Filter für Transformatoren: längere Lebensdauer und mehr Automatisierung
Herausforderung
Die Zellulose-Isolierung von Transformatoren neigt infolge chemischer Alterungsprozesse zum molekularem Zerfall. Dabei entsteht Wasser in der Zellulose-Isolierung, dass an das Transformatorenöl abgegeben wird und sich dort an im Öl befindliche Schwebstoffe bindet. Wassermoleküle wirken als Leitfähigkeitsbrücken, durch die Durchschlagfestigkeit und damit Betriebssicherheit des Transformators sinkt. Das Risiko von Kurzschlüssen und Teilentladungen steigt. Die chemische Alterung des Isolieröls führt zusätzlich zu Ablagerungen und einem Anstieg des Säuregehalts. Wasser, Säuren und Sauerstoff sind die primären Beschleuniger für die weitere Alterung der Trafo-Isolation (Öl und Zellulose). Das Ziel einer nachhaltigen Transformatorenpflege sollte daher die dauerhafte und schonende Trocknung der Zellulose-Isolierung, sowie das kontinuierliche Entfernen von Wasser, Schwebstoffen, Alterungsprodukten und Säuren aus dem Isolieröl sein. Ölwechsel und temporäre Öltrocknung führen nur kurzfristig zu einer Verbesserung.
Aber auch die Sicherung der Funktionalität der Auffangwannen von Transformatoren gehört zu den Herausforderungen. In den Auffangwannen sammelt sich durch Regenwasser oder Schnee vermehrt Wasser an, wodurch ein ausreichendes Öl-Fassungsvolumina im Falle eines Transformatorenschadens nicht gegeben ist. Da das Wasser mit Öl aus dem Transformator kontaminiert sein kann, muss das Wasser nicht nur regelmäßig aus den Becken entfernt, sondern auch entsorgt werden – meist einhergehend mit hohem Personalaufwand und hohen Entsorgungskosten.
Folgen durch Wasser in der Trafo-Isolation und den Trafogruben
Bei dem natürlichen Zerfall der Zellulose-Moleküle (Depolymerisation) werden Wasser-Moleküle freigesetzt. Das Wasser sammelt sich in den Wicklungen der Transformatorenkerne an. Je mehr Wasser sich in der Zellulose-Isolierung ansammelt, desto schneller erfolgt der weitere Zerfall der Zellulose-Moleküle und die Anreicherung von Wasser in der Trafo-Isolation. Dabei ist in der Zellulose-Isolierung bis zu 100-mal mehr Wasser gebunden als in dem Transformatorenöl gemessen wird:
Beispiel. Transformator mit 20 Tonnen Ölgewicht und 40 ppm Ölfeuchte (0,004 %):
- nur 0,8 Liter Wasser im Isolieröl
- ca. 100 Liter in der Zellulose-Isolierung
Die Diffusion der Wassermoleküle aus der Zellulose-Isolierung an das umgebende Öl dauert sehr lange und ist abhängig davon, wo das Wasser in der Zellulose entstanden ist und sich angesammelt hat. Beim Diffundieren der Wassermoleküle aus dem Inneren der Zellulose-Isolierung bis zum Öl muss das Wasser in zahlreiche Zellulosefasern hinein und wieder hinaus diffundieren und dieser Vorgang braucht Zeit. Die Diffusionsgeschwindigkeit bzw. das nur schleppend aus der Isolierung kommende Wasser lässt sich aus der Abbildung gut ablesen. Hier wird ein Transformator mit 20 Tonnen Ölgewicht mit einer kontinuierlichen Trocknungsanlage (Durchfluss: 270 Liter/Stunde) gepflegt.
Wassermoleküle wirken im Isoliersystem aus Zellulose und Öl als Leitfähigkeitsbrücken, durch die die Durchschlagsfestigkeit des Transformators sinkt. Diffundieren die Wasser-Moleküle in das Transformatorenöl, binden sie sich aufgrund der polaren Anziehungskraft an Schwebstoffe (z. B. Zellulose-Fasern aus der Isolierung). Ändert sich aufgrund von Wärme der Aggregatzustand der Wassermoleküle in Dampf, nimmt das Volumen der Wassermoleküle schlagartig zu (Dampf = ca. 1000-mal mehr Volumen als Wasser), wodurch ein Gaskanal entsteht. Aus diesem Grund erhöhen Fasern und Schwebstoffe im Isolieröl das Risiko von Kurzschlüssen und Teilentladungen.
Wasser, Sauerstoff und Wärme beschleunigen die chemische Alterung und den Zerfall des Transformatorenöls (Ölalterung). Im Zuge der Ölalterung entstehen weiche Verunreinigungen, die zu schlammartigen, klebrigen Ablagerungen führen (z. B. an den Trafo-Kernen), und der Säuregehalt im Isolieröl steigt. Je länger das Öl im Einsatz ist, je höher die Öltemperatur/Betriebstemperatur ist und je stärker das Öl verunreinigt ist (Wasser, Partikel), desto schneller steigt der Säuregehalt. Ein hoher Säuregehalt senkt die Grenzflächenspannung und erhöht den dielektrische Verlustfaktor des Transformatorenöls.
Verunreinigungen im Isolieröl durch Abrieb z. B. von den Schleifringen sowie Ölalterungsprodukte senken nicht nur den Isolationswiderstand, sondern führen auch zu Ablagerungen an den Trafokernen und anderen ölbenetzten Komponenten. Aufwändige Reinigungsarbeiten, häufiger Ölaustausch und Stillstandszeiten sind die Folge.
In den Auffangbecken von Transformatoren kann sich durch z. B. Regenwasser oder Schnee vermehrt Wasser ansammeln. Um die Funktionalität – sprich ausreichendes Öl-Fassungsvolumen im Falle eines Transformatorenschadens gewährleisten zu können, muss das Wasser regelmäßig aus den Trafogruben entfernt werden und kostenintensiv entsorgt werden (Öl-Wasser-Gemisch). Hoher Personalaufwand und hohe Entsorgungskosten sind die Folge.
Eine Ableitung des ggf. ölverschmutzen Wassers in die Umwelt oder in die öffentliche Kanalisation ist nur unter strengen Umweltrichtlinien erlaubt (Ölgehalt < 5 ppm). Das SIPP Node wird fest an Trafostationen installiert und ist für die automatische, umweltsichere, qualitätskontrollierte sowie dokumentierte Entwässerung von Trafogruben entwickelt worden. Das SIPP Node ist ökonomisch und ökologisch sinnvoll: in über 90 % der Fälle ist eine Entwässerung über das SIPP Node möglich.
Nachteile herkömmlicher Methoden
Diskontinuierliche Transformatoren-Trocknung und Ölwechsel:
Ein Ölwechsel beseitigt nur einen Bruchteil des Wassers, denn der Großteil des Wassers innerhalb eines Transformators steckt in der Zellulose-Isolierung (Wicklungen). Bei einem Transformator mit z. B. 20.000 Liter Ölvolumen und 40 ppm Ölfeuchte (0,004 %) sind nur 0,8 Liter Wasser im Isolieröl, jedoch rund 100 Liter in der Zellulose-Isolierung vorhanden. Deshalb ist es entscheidend, die Zellulose-Isolierung zu trocknen und nicht nur das Öl. Ein Ölwechsel aufgrund eines hohen Verschmutzungsgrads und/oder Säuregehalts ist meist vermeidbar, da mit einer adäquaten Feinfiltration das Öl aufbereitet werden kann und so für viele Monate und sogar Jahre weiterhin einsetzbar ist.
Vakuum-Trocknung:
Temporäre Vakuumtrocknung birgt entscheidende Nachteile in Bezug auf Zeit und Kosten. Der Trocknungsprozess verursacht hohe Transportkosten, insbesondere wenn er nicht vor Ort durchgeführt wird. Längere Trocknungszeiten erhöhen die Kosten durch den entstehenden Nutzungsausfall. Kürzere Trocknungszeiten hingegen beeinträchtigen die Effizienz, da die Zellulose-Isolierung das Wasser nur langsam freigibt.
Zusätzlich belastet das Vakuumverfahren die ohnehin durch die chemische Alterung angegriffene Zellulose-Isolierung, da die Kompression reduziert wird, wodurch die Wicklung bei weiterem Betrieb Schaden nehmen kann. Die Gas-in-Öl-Analyse, entscheidend für die Beurteilung der Funktionstüchtigkeit und Sicherheit eines laufenden Transformators, wird durch das Vakuumverfahren beeinträchtigt, da es Gase entfernt und eine genaue Einschätzung des Sicherheitszustands erschwert.
Ihre Lösung: effiziente Filter für Transformatoren
Effiziente Filtration in Umspannwerken bedeutet einerseits ein System zu installieren, dass die Zellulose-Isolierung des Transformators schonend und gründlich trocknet und gleichzeitig Verunreinigungen und Alterungsprodukte aus dem Öl entfernt, und andererseits ein System zu installieren, dass die Funktionalität der Auffangbecken gewährleisen — zu jeder Zeit. Fakt ist, nur mit effizienten und sicheren Systemen …
Geringerer Ölverbrauch
Weniger Wartungsaufwand
Höhere Zuverlässigkeit
Höherer Ressourcenschutz
CJC® Filter für Transformatoren: mehr Effizienz und Automatisierung
Ihr Isolieröl weist kurz nach der Trafo-Trocknung wieder eine niedrige Durchschlagfestigkeit und hohe Säurezahl auf? Sie müssen häufige Ölwechsel durchführen und aufwändige Reinigungsarbeiten erschweren die Revision? Der Aufwand für die Entleerung der Auffangbecken ist unverhältnismäßig hoch? Dann sind die CJC® Trafo-Fluidpflegeanlage und das SIPP Node genau die richtigen Lösung für Ihre Trafostationen. Die Trafo-Fluidpflegeanlage sorgt für die kontinuierliche und schonende Trocknung der Zellulose-Isolierung sowie Pflege des Isolieröls, und das SIPP Node übernimmt die umweltgesicherte Ableitung von Wasser aus den Auffangbecken. Alles dokumentierbar mittels der integrierten Sensortechnologie. Beide Lösungen überzeugen durch ihre innovativen Ansätze und die hohe Abscheideleistung bzw. Präzision.
Die CJC® Trafo-Fluidpflegeanlage ist ein stationäres Trocknungssystem, das fest an Ihrem Transformator installiert wird und für den kontinuierliche Betrieb am laufenden Transformator (24/7/365) ausgelegt. So erfolgt die Trafo-Trocknung ohne Nutzungsausfall und Transportkosten. Zudem erhält die Zellulose-Isolierung die notwendige Zeit, um das gebundene Wasser an das Isolieröl abzugeben – dieses Verfahren ist nicht nur gründlich, sondern auch schonend.
Die Pumpe der CJC® Trafo-Fluidpflegeanlage saugt das feuchte, verunreinigte Transformatorenöl an und leitet es durch ein bis drei Filtergehäuse. Die integrierten CJC® Fein- und Tiefenfilterpatronen entfernen Wasser, Partikel/Schwebstoffe, Ölalterungsprodukte und Säuren aus dem Öl. Getrocknet und gereinigt fließt das Isolieröl in den Transformator zurück. Zwei Sensoren im Filterein- und -austritt messen während der Betriebsdauer den Wassergehalt im Öl. Aus der Differenz dieser Werte wird die entzogene Wassermenge ermittelt. Ein notwendiger Filterwechsel der Filterpatronen wird im Display der SPS angezeigt.
Der CJC® Filter für Transformatoren entfernt alle Verunreinigungen:
Wasser
Wassergehalt bis < 10 ppm senken.
Ölalterungsprodukte
Weiche Verunreiniggungen entfernen bevor sie sich ablagern und die Oxidationsrate des Öls stabil halten.
Partikel / Schwebstoffe
Reinheitsklassen bis ISO 12 erzielen.
Säuren
Säuren absorbieren / neutralisieren und vorbeugen für eine dauerhaft stabile Säurezahl (TAN).
CJC® Feinfilterpatronen sind Tiefenfilter mit einer Filterfeinheit von 3 µm absolut und einer Rückhalterate bis < 1 µm. Der Volumenkörper aus feinsten zahllos verästelten Fasern bietet eine äußere und zusätzliche innere Oberfläche — von 120 bis 150 m² pro Gramm — und ermöglicht so eine extrem hohe Schmutzaufnahmekapazität – je höher, desto länger sind die Filterstandzeiten.
Fakt ist, unsere Schmutzaufnahmekapazitäten sind marktführend.
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Lassen Sie uns ins Gespräch kommen: über Ihr Umspannwerk, Ihre Transformatoren und Auffangwannen und die spezifischen Herausforderungen. Wir sorgen für die optimale Trocknung und Pflege von Transformatorenöl und das umweltsichere Ableiten von Wasser aus Trafobecken. Gemeinsam maximieren wir die Lebensdauer Ihrer Isolieröle und Transformatoren und automatisieren Prozesse.
Erhalten Sie ein persönliches Beratungsgespräch und ein unverbindliches Angebot über eine CJC® Trafo-Fluidpflegeanlage und ein SIPP Node.
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Das sagen unsere Kunden
„ […] SIPP verfügt über die erforderlichen technischen Zulassungen, während das Unternehmen die Kapazität und Kompetenz hat, das System an verschiedene Bedürfnisse anzupassen und weiterzuentwickeln. Das SIPP Node gibt uns auch die notwendige Freiheit, unsere Mitarbeiter für komplexe Aufgaben einzusetzen, die nicht automatisiert werden können. Durch die Verwendung des SIPP Nodes erhalten wir auch eine höhere und durchgängige Genauigkeit bei der Beprobung des gesammelten Wassers, was das Erreichen unser hohen Umweltschutzanforderungen unterstützt. Die grundlegende Voraussetzung bleibt, dass die Genehmigungsbehörden der Verwendung zustimmen. Dies hängt wiederum von rechtlichen Rahmenbedingungen und geltenden Grenzwerten ab.“
„Der größte Vorteil ist, dass wir jetzt über eine automatisierte Überwachung verfügen, was in der Praxis bedeutet, dass wir nicht mehr viel über das Messen und Entleeren unserer Transformatorwannen nachdenken müssen. Anstatt regelmäßig einen Elektriker zur Überwachung der Trafowannen loszuschicken, haben wir jetzt rund um die Uhr die volle Kontrolle. Gelegentlich müssen Filter und Messzellen gewechselt werden, aber ansonsten läuft das meiste automatisch ab.“