Wie spielt Silicagel die Rolle des Hygroskopikums im Transformatorenbelüftungssystem?

Die Rolle von Silicagel in Transformatoren-Atemsystemen

Silicagel (Silica Gel) ist ein häufig verwendeter Adsorbent mit ausgezeichneten hygroskopischen Eigenschaften und wird in der Energietechnik zur Trocknung und Feuchtigkeitsschutz breit eingesetzt. In Transformatoren-Atemsystemen dient das Silicagel hauptsächlich dazu, Feuchtigkeit aus der Luft, die in den Transformator getankt wird, zu absorbieren, um zu verhindern, dass Wasser in das Öl und die Isoliermaterialien eindringt und somit die Isolierleistung des Transformators geschützt wird.

1. Arbeitsprinzip des Silicagels

• Adsorptionsmechanismus: Das Silicagel hat eine große Anzahl von Mikroporen auf seiner Oberfläche, die Wassermoleküle aus der Luft adsorbieren können. Wenn Luft durch den Atemventil des Transformators strömt, wird die Feuchtigkeit vom Silicagel absorbiert, sodass trockene Luft in den Tank gelangt.

• Reversibilität: Der Adsorptionsprozess des Silicagels ist umkehrbar. Wenn es mit Feuchtigkeit gesättigt ist, kann es durch Erhitzen regeneriert werden, wobei das absorbierte Wasser freigesetzt wird und seine hygroskopische Kapazität wiederhergestellt wird. Dies ermöglicht die Wiederverwendung des Silicagels und verlängert seine Lebensdauer.

2. Anwendung von Silicagel in Transformatoren-Atemsystemen

Atemventil: Transformatoren sind in der Regel mit einem Atemventil (auch als Trockner bezeichnet) ausgestattet, das den Öltank mit der Atmosphäre verbindet. Im Inneren des Atemventils filtert das Silicagel die eintretende Luft, um sicherzustellen, dass nur trockene Luft in den Tank gelangt. Bei Veränderungen der internen Temperatur des Transformators schwankt auch der Druck im Tank, was zu einem Gasaustausch zwischen dem Tank und der Außenwelt führt. Das Silicagel im Atemventil absorbiert die Feuchtigkeit aus der Luft und verhindert, dass feuchte Luft in den Tank eindringt.

Dichtungssystem: In manchen Transformatoren wird Silicagel auch als Trockner im Dichtungssystem verwendet, um zu verhindern, dass Feuchtigkeit durch schlecht abgedichtete Bereiche in den Tank eindringt.

Folgen unzureichender Feuchtigkeitskontrolle

Wenn die Feuchtigkeitskontrolle in einem Transformator unzureichend ist, kann Feuchtigkeit in den Tank eindringen und sich im Transformatoröl auflösen oder auf den Isoliermaterialien ablagern, was zu einer Reihe von Problemen führen kann, die die Leistung und Haltbarkeit des Transformators erheblich beeinträchtigen. Hier sind die Hauptfolgen einer unzureichenden Feuchtigkeitskontrolle:

1. Verschlechterung der Isolierleistung

• Auswirkungen auf Isoliermaterialien: Feuchtigkeit verringert die elektrische Festigkeit sowohl des Transformatoröls als auch fester Isoliermaterialien (wie Papier und Faser). Mit zunehmendem Feuchtigkeitsgehalt steigt die dielektrische Konstante der Isoliermaterialien, und die Durchschlagsfestigkeit sinkt, was partielle Entladungen oder Kurzschlüsse wahrscheinlicher macht.

• Beschleunigte Alterung: Feuchtigkeit beschleunigt auch den Alterungsprozess der Isoliermaterialien, was die Lebensdauer des Transformators verkürzt. Bei hohen Temperaturen kann Feuchtigkeit sich mit Oxidationsprodukten im Öl zu sauren Substanzen verbinden, die die Isoliermaterialien weiter korrodieren.

2. Verschlechterung der Ölqualität

• Überschüssige Feuchtigkeit im Öl: Wenn Feuchtigkeit in das Transformatoröl eindringt, ändert sie die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Öls. Feuchtigkeit fördert Oxidationsreaktionen im Öl, die saure Substanzen und Niederschläge bilden, was die antioxidative Kapazität und die Kühlleistung des Öls reduziert.

• Geschädigte Wärmeübertragung: Feuchtigkeit verringert die thermische Leitfähigkeit des Öls, was die Wärmeabgabe des Transformators beeinträchtigt. Dies kann zu höheren Betriebstemperaturen führen, was die Alterung und Beschädigung der Isoliermaterialien beschleunigt.

3. Partielle Entladungen und Bogenstörungen

• Partielle Entladungen: Feuchtigkeit senkt die Durchschlagsfestigkeit des Öls, insbesondere in Hochspannungs-Transformatoren, was die Wahrscheinlichkeit von partiellen Entladungen erhöht. Partielle Entladungen schädigen nicht nur die Isoliermaterialien, sondern können auch zu Bogenstörungen führen, die plötzliche Stilllegungen des Transformators verursachen.

• Bogenstörungen: Schwere Feuchtigkeitseinträge können zu Bogenstörungen führen, die potenziell zu Bränden oder Explosionen führen und erhebliche Sicherheitsrisiken für das Energiesystem darstellen.

4. Korrosion von Kern und Wicklungen

• Korrosion metallischer Bauteile: Eindringende Feuchtigkeit kann mit metallischen Bauteilen wie Kern und Wicklungen in Kontakt kommen und Korrosion verursachen. Dieser Effekt wird beschleunigt, wenn das Öl saure Substanzen enthält, was die mechanische Stärke der metallischen Bauteile schwächt und den normalen Betrieb des Transformators beeinträchtigt.

• Wicklungsausformung: Feuchtigkeit kann die Isolierschichten der Wicklungen weich oder anschwellen lassen, was zu Wicklungsausformungen oder Kurzschlüssen führen kann. In schweren Fällen müssen die Wicklungen möglicherweise ersetzt werden, was die Wartungskosten erhöht.

5. Auswirkungen auf die Zuverlässigkeit des Transformators

• Häufige Stilllegungen: Aufgrund der verschlechterten Isolierleistung, der versetzten Ölqualität und anderer Probleme kann der Transformator häufig an Mängeln leiden, die Stilllegungen zur Wartung erfordern, was die Stabilität und Zuverlässigkeit des Energiesystems beeinträchtigen kann.

• Verkürzte Lebensdauer: Langfristig unzureichende Feuchtigkeitskontrolle kann die Alterung des Transformators beschleunigen, seine Lebensdauer verkürzen und die Wartungs- und Ersatzkosten erhöhen.

Sicherstellung effektiver Feuchtigkeitskontrolle

Um eine effektive Feuchtigkeitskontrolle sicherzustellen und die oben genannten Probleme zu vermeiden, sind folgende Maßnahmen notwendig:

• Regelmäßige Überprüfung des Zustands des Silicagels: Silicagel ändert seine Farbe (typischerweise von blau zu rosa), wenn es Feuchtigkeit absorbiert. Es sollte bei Sättigung schnell ersetzt oder regeneriert werden, um seine hygroskopische Kapazität aufrechtzuerhalten.

• Aufrechterhaltung der Atemventilbelüftung: Stellen Sie sicher, dass das Atemventil unversperrt bleibt, damit Luft durch das Silicagel strömen und ordnungsgemäß getrocknet werden kann. Vermeiden Sie Verschlüsse, die den Luftstrom behindern könnten.

• Verbesserung der Abdichtung: Überprüfen Sie regelmäßig das Abdichtungssystem des Transformators, um sicherzustellen, dass der Tank gut abgedichtet ist und Feuchtigkeit nicht durch schlecht abgedichtete Bereiche eindringen kann.

• Überwachung des Feuchtigkeitsgehalts im Öl: Probenahme und Analyse des Feuchtigkeitsgehalts im Transformatoröl sollten regelmäßig durchgeführt werden, um unzureichende Feuchtigkeitskontrolle frühzeitig festzustellen und korrigierende Maßnahmen zu ergreifen.

• Installation von Entfeuchtungsgeräten: Für große Transformatoren oder solche, die in feuchten Umgebungen betrieben werden, sollten Entfeuchtungsgeräte (wie z.B. Trockenluftgeneratoren) installiert werden, um die Feuchtigkeitskontrolle zu verbessern.

Zusammenfassung

Silicagel spielt in Transformatoren-Atemsystemen eine entscheidende Rolle, indem es effektiv Feuchtigkeit aus der in den Tank eintretenden Luft absorbiert und die Isolierleistung und Ölqualität des Transformators schützt. Bei unzureichender Feuchtigkeitskontrolle kann Feuchtigkeit in den Tank eindringen und zu einer Vielzahl von Problemen führen, wie z.B. verschlechterter Isolierleistung, versetzter Ölqualität, partieller Entladungen, Korrosion metallischer Bauteile und reduzierter Transformatorzuverlässigkeit und -lebensdauer. Daher ist es wesentlich, den guten Zustand des Silicagels sicherzustellen und effektive Feuchtigkeitskontrollmaßnahmen zu implementieren, um die sichere und stabile Funktion der Transformatoren gewährleisten.