Transformatoren sind wichtige Komponenten im Stromnetz. Sie sorgen für die Erhöhung oder Verringerung der Spannung, um eine effiziente Stromübertragung und -verteilung zu gewährleisten. Ein Schlüsselelement eines Transformators ist das Isolieröl, das für seinen Betrieb mehrere wichtige Funktionen erfüllt. In diesem Artikel untersuchen wir die in Transformatoren verwendeten Ölarten, ihre Funktionen und die Gründe für ihre Auswahl.

Funktionen von Transformatoröl

Isolierung: Die Hauptfunktion von Transformatoröl ist die elektrische Isolierung. Es füllt die Räume zwischen den Wicklungen und anderen Komponenten des Transformators und verhindert so Lichtbögen und Kurzschlüsse. Die hohe Durchschlagsfestigkeit des Öls gewährleistet, dass es hohen Spannungsunterschieden standhält, ohne zu versagen und Strom zu leiten.

Kühlung: Transformatoren erzeugen während des Betriebs aufgrund des Wicklungswiderstands und der Kernverluste Wärme. Transformatoröl wirkt als Kühlmittel und absorbiert die Wärme von den Hotspots im Transformator. Anschließend zirkuliert es durch das Kühlsystem (z. B. Kühler oder Kühlrippen), wo die Wärme an die Umgebung abgegeben wird. Diese kontinuierliche Zirkulation trägt dazu bei, den Transformator auf optimaler Betriebstemperatur zu halten und so Überhitzung und mögliche Schäden an den Komponenten zu verhindern.

Lichtbogenlöschung: Im Falle eines Fehlers oder eines Lichtbogens im Transformator kann das Öl helfen, den Lichtbogen zu löschen. Bei einem Lichtbogen verdampft der Hochtemperaturlichtbogen das umgebende Öl und erzeugt eine Gasblase. Die Gasblase hat eine hohe Durchschlagsfestigkeit und kann den Lichtbogen schnell löschen, wodurch der Transformator vor weiteren Schäden geschützt wird.

Arten von Transformatorölen

Mineralöl: Mineralöl ist eines der am häufigsten verwendeten Transformatoröle. Es wird durch Raffination aus Rohöl gewonnen. Mineralöle bieten gute elektrische Isoliereigenschaften, sind relativ günstig und weit verbreitet. Sie haben eine hohe Durchschlagsfestigkeit, typischerweise im Bereich von 60–70 kV/mm. Mineralöle besitzen zudem gute Wärmeübertragungseigenschaften und eignen sich daher gut als Kühlmittel. Sie sind jedoch nicht so umweltfreundlich wie andere Optionen, da sie nicht biologisch abbaubar sind und bei Leckagen eine Umweltverschmutzung verursachen können.

Synthetisches Esteröl: Synthetische Esteröle sind eine umweltfreundlichere Alternative zu Mineralölen. Sie werden chemisch synthetisiert und sind hervorragend biologisch abbaubar. Synthetische Ester bieten eine hohe Durchschlagfestigkeit, die oft mit Mineralölen vergleichbar oder sogar besser ist. Sie verfügen zudem über eine gute thermische Stabilität, sodass sie auch bei höheren Temperaturen ohne nennenswerte Qualitätseinbußen eingesetzt werden können. Darüber hinaus weisen synthetische Esteröle im Vergleich zu Mineralölen eine höhere Feuerbeständigkeit auf, was das Brandrisiko in Transformatoranlagen reduziert.

Natürliches Esteröl: Natürliche Esteröle werden aus erneuerbaren Quellen wie Pflanzenölen gewonnen. Sie sind biologisch abbaubar und haben eine geringere Umweltbelastung. Natürliche Ester besitzen gute elektrische Isoliereigenschaften und können eine effektive Kühlung gewährleisten. Ihr relativ hoher Flammpunkt trägt außerdem zu einem verbesserten Brandschutz bei. Natürliche Esteröle können jedoch teurer sein als Mineralöle, und ihre Leistung unter bestimmten extremen Bedingungen kann sich von der synthetischer Ester unterscheiden.

Faktoren, die die Ölauswahl beeinflussen

Elektrische Anforderungen: Die Nennspannung und die elektrischen Eigenschaften des Transformators bestimmen die erforderliche Mindestdurchschlagfestigkeit des Öls. Hochspannungstransformatoren benötigen Öle mit höherer Durchschlagfestigkeit, um eine zuverlässige Isolierung zu gewährleisten.

Betriebsbedingungen: Der Betriebstemperaturbereich des Transformators ist ein entscheidender Faktor. Manche Öle eignen sich besser für Hochtemperaturanwendungen, während andere bei niedrigeren Temperaturen optimale Leistung erbringen. Auch Feuchtigkeit, Verunreinigungen und die Häufigkeit von Lastwechseln können die Ölwahl beeinflussen.

Umweltaspekte: In Gebieten, in denen Umweltschutz Priorität hat, werden biologisch abbaubare Öle wie synthetische und natürliche Ester bevorzugt. Dies ist besonders wichtig in der Nähe von Gewässern oder empfindlichen Ökosystemen, da das Austreten nicht biologisch abbaubarer Mineralöle erhebliche Umweltschäden verursachen kann.

Kosten: Die Kosten spielen bei jeder industriellen Anwendung eine wichtige Rolle. Mineralöle sind im Allgemeinen kostengünstiger als synthetische und natürliche Esteröle. Unter Berücksichtigung von Faktoren wie Wartungskosten, Brandschutz und Umweltauswirkungen kann die Gesamtkosteneffizienz verschiedener Öle jedoch variieren.

Abschließend,

Die Wahl des Öls für einen Transformator hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter die elektrischen und thermischen Leistungsanforderungen, Umweltaspekte und die Kosten. Mineralöl, synthetisches Esteröl und natürliches Esteröl haben jeweils ihre eigenen Eigenschaften und Vorteile. Die Auswahl sollte auf der Grundlage einer umfassenden Bewertung dieser Faktoren erfolgen, um einen zuverlässigen und effizienten Betrieb des Transformators zu gewährleisten.