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Ölanalyse für Transformatoren - Teil 4: Furananalyse- Einblick in den Zustand der Papierisolation
Zur Bestimmung des Zustandes von Transformatoren gibt es zahlreiche Methoden, neben elektrischen Messungen, gilt die Ölanalyse als eine der gängigsten und wichtigsten Methoden für die Zustandsbewertung und Überwachung an ölisolierten Transformatoren.
Neben der Sicherstellung der Betriebssicherheit und der Detektion von Fehlern, kann durch die Ölprobenanalyse ein tiefer Einblick in den Zustand der Papierisolation gewonnen werden. Zur Bewertung des Alterungszustandes des Isolierpapiers, ist eines der effektivsten Verfahren die sogenannte Furananalyse, welche im nachfolgenden Text genauer vorgestellt wird.
Was sind Furane?
Furanische Verbindungen sind Nebenprodukte, welche bei der Zersetzung von zellulosebasierter Papierisolation entstehen. Sie bestehen in der Basis aus einem Kohlenstoff-Fünfring in Kombination mit Wasser- und Sauerstoffatomen. Es gibt verschiedene Derivate dieser Verbindungen, das bekannteste ist Furfurol (2-FAL).
Warum sind furanische Verbindungen für die Zustandsbewertung relevant?
Die Papierisolation von Transformatoren besteht je nach Art des Isolierpapiers zu einem Großteil aus Zellulosefasern. Eine Faser ist im neuen Zustand aus sehr langen Ketten von Zuckermolekülen zusammengesetzt, die jeweils aus Wasserstoff, Sauerstoff und Kohlenstoff-Atomen bestehen. Die Länge dieser Ketten wird mit dem Depolarisationsgrad (kurz: DP) beschrieben.
Neuwertiges Isolierpapier hat einen DP von 1300 bis 1100. Nach der Trocknung und der ersten Betriebszeit ist ein konstanter DP-Wert von 900-500 normal, bei einem Wert von unter 200 ist die mechanische Festigkeit nicht mehr messbar. Der Furfurol-Gehalt steht im direkten Verhältnis, wie die untenstehende Grafik anzeigt, für kleine Bereiche kann dieser Zusammenhang sogar als nahezu linear angenommen werden.
Aus diesem Grund ist es über den Furangehalt möglich, im Rahmen gewisser Grenzen auf den Zustand der Papierisolation zu schließen. Da die Papierisolation nicht ohne weiteres ersetzt werden kann, ist das Wissen über ihren Zustand besonders wichtig, um spontane Ausfälle zu vermeiden und frühzeitig Ersatz einzuplanen.
Wann ist eine Furananalyse sinnvoll?
Generell sollte eine Furananalyse in regelmäßigen Abständen durchgeführt werden, sodass Trends erkannt werden können. Besonders wichtig ist sie jedoch für die intensive Zustandsbewertung älterer Transformatoren. Daher sollte neben klassischen elektrischen Messungen und Standard-Ölanalysen auch eine Furananalyse durchgeführt werden, sobald eine tiefergehende Bewertung der Isolation gewünscht ist.