DE4200759A1 - Verfahren zur bestimmung der verschlechterung von isolierpapier in einem oelgefuellten elektrogeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines Isolierpapiers, das in einem ölgefüllten Elektrogerät verwendet wird, beispielsweise in einem ölgefüllten Transformator, einer ölgefüllten Reaktanz oder dergleichen.

Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik: Die Lebensdauer eines ölgefüllten Elektrogerätes, wie beispielsweise eines ölgefüllten Transformators, einer ölgefüllten Reaktanz oder dergleichen, wird im allgemeinen auf der Grundlage der Verschlechterung des darin verwendeten Isolierpapiers geschätzt. Das Ausmaß der Verschlechterung des Isolierpapiers wird bestimmt, indem seine Zugfestigkeit, sein Polymerisationsgrad und dergleichen gemessen werden. In zunehmendem Maße wird untersucht, ob die Verschlechterung eines derartigen Isolierpapiers durch Messen der Zersetzungsprodukte, wie beispielsweise Furane, wie Furfural, Furancarboxylsäure und dergleichen, Aldehyde, wie Acetaldehyd, Formaldehyd und dergleichen, bestimmt werden kann.

Jedoch ist die Messung des Ausmaßes der Verschlechterung eines Isolierpapiers durch Messen seiner Zugfestigkeit und seines Polymerisationsgrades auf eine Gelegenheit zu einer Innenprüfung beschränkt, die es gestattet, daß das Isolierpapier aus einem ölgefüllten Elektrogerät entnommen wird. Andererseits wird bei der Verschlechterung eines Isolierpapiers Furfural (das auch als Furaldehyd bezeichnet wird) erzeugt und im Isolieröl gelöst. Da die Menge des im Isolieröl gelösten Furfurals durch Entnahme des Isolieröls gemessen werden kann, ist der Vorteil vorhanden, daß die Lebensdauer des ölgefüllten Elektrogerätes während seines Betriebes bestimmt werden kann. Jedoch hat sich gezeigt, daß das Furfural, das aus dem im ölgefüllten Elektrogerät verwendeten Isolierpapier erzeugt wird, sich nicht allein im Isolieröl löst, sondern auch gut am Isolierpapier adsorbiert wird, wie nachstehend beschrieben wird. Dies führt zu dem Ergebnis, daß der Gesamtbetrag des Furfurals nicht gemessen werden kann, indem nur das im Isolieröl gelöste Furfural analysiert wird.

Da dieses Ergebnis bisher nicht vorlag, ergab sich folgende Schwierigkeit:

Wurde das Ausmaß der Verschlechterung des Isolierpapiers aus dem Analyseergebnis des Furfurals bestimmt, das sich im Isolieröl löst, so ist die berechnete Menge des erzeugten Furfurals um die im Isolierpapier gelöste Furfuralmenge kleiner als die tatsächliche Furfuralmenge. Dies führt zu einer geringen Genauigkeit der Bestimmung der Lebensdauer des Gerätes.

Die Erfindung wurde realisiert, um das vorstehend aufgeführte Problem zu lösen und der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verschlechterung des Isolierpapiers in einem ölgefüllten Elektrogerät aus der Gesamtmenge des Furfurals zu bestimmen, das im Isolieröl gelöst ist und aus der Menge des Furfurals, die auf dem Isolierpapier absorbiert ist.

Zur Lösung dieser Aufgabenstellung stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung der Verschlechterung des Isolierpapiers in einem ölgefüllten Elektrogerät zur Verfügung, das gekennzeichnet ist durch die Schritte:
Bestimmen der Menge des Furfurals, die auf dem Isolierpapier in dem ölgefüllten Elektrogerät adsorbiert ist;
Bestimmen der Gesamtmenge an Furfural, indem die Menge des im Isolieröl gelösten Furfurals zur Menge des adsorbierten Furfurals hinzugefügt wird;
Berechnen der Furfuralproduktion je Gramm Isolierpapier aus der Gesamtmenge des Furfurals und der Menge des Isolierpapiers in dem die höchste Temperatur aufweisenden Abschnitt des ölgefüllten Elektrogerätes; und
Bestimmen der Rate des Restpolymerisationsgrades des Isolierpapiers aus der Beziehung zwischen der Furfuralerzeugung und der Rate des Restpolymerisationsgrades des Isolierpapiers, die vorausgehend erhalten wurde, um das Ausmaß der Verschlechterung des Isolierpapiers zu ermitteln.

Bei der vorliegenden Erfindung wird die Menge des Furfurals, das auf dem Isolierpapier eines ölgefüllten Elektrogerätes adsorbiert ist, bestimmt, indem die Gleichgewichtskonzentration des auf dem Isolierpapier adsorbierten Furfurals bestimmt wird, indem ein Meßbehälter verwendet wird, der das Isolierpapier des ölgefüllten Elektrogerätes und dessen Isolieröl enthält, und die Gesamtmenge des vom Isolierpapier erzeugten Furfurals wird bestimmt, indem die Menge des am Isolierpapier adsorbierten Furfurals zur Menge des im Isolieröl gelösten Furfurals hinzugefügt wird, so daß die Verschlechterung des Isolierpapiers durch die Beziehung zwischen der Gesamtmenge des Furfurals und dem Polymerisationsgrad des Isolierpapiers bestimmt werden kann, der das Ausmaß der Verschlechterung desselben angibt.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Kurve, die eine Beziehung zwischen der Anzahl der Tage des Erhitzens eines Meßbehälters und der Rate des im Öl verbleibenden Furfurals angibt; und

Fig. 2 eine Kurve, die eine Beziehung zwischen der Rate des Restpolymerisationsgrades des Isolierpapiers und der Menge des erzeugten Furfurals angibt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird anschließend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Isolieröl, in der eine vorgegebene Menge Furfural gelöst war, und Isolierpapier wurden in einen (nicht dargestellten) Meßbehälter eingegeben und anschließend auf eine vorgegebene Temperatur von 55 bis 100°C erhitzt. Ein Teil des Isolieröls wurde dann aus dem Meßbehälter im Laufe des Erhitzens entnommen, und Furfural wurde durch Flüssigchromatografie analysiert.

Fig. 1 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen der Rate des im Isolieröl verbleibenden Furfurals und den Tagen der Erhitzung unter der Annahme darstellt, daß die Furfural-Ausgangskonzentration gleich 100 ist. In der Zeichnung geben die Markierungen ⚫, ○, Δ und x die Ergebnisse des Erhitzens jeweils bei 100°C, 85°C, 70°C und 55°C bei einer Furfural-Ausgangskonzentration von 2 ppm an, und ▲ zeigt die Ergebnisse des Erhitzens bei 85°C und einer Furfural-Ausgangskonzentration von 20 ppm an. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, verringert sich die Menge des im Öl gelösten Furfurals als Folge der Adsorption auf dem Isolierpapier. Da Furfural ein Zwischenprodukt im Zersetzungsvorgang ist, wird davon ausgegangen, daß Furfural keine thermische Stabilität hat. Die im Laufe der Zeit erfolgenden Änderungen des Furfural enthaltenden Isolieröls wurden ebenfalls während des Erhitzens bei 100°C gemessen. Als Ergebnis war die Menge des im Öl gelösten Furfurals im wesentlichen die gleiche wie der Ausgangswert, nach Ablauf von 2 Monaten, und Furancarboxylsäure, die durch Oxidation des Furfurals erzeugt wurde, wurde nicht ermittelt. Daher wird angenommen, daß die Daten bezüglich der Konvergens der Furfuralkonzentration auf etwa 15% auf einem Vorgang beruhen, der durch die Adsorption des Furfurals auf dem Isolierpapier verursacht wird.

Bei dieser Ausführungsform wird der Vorgang der Adsorption des im Isolieröl enthaltenen Furfurals auf dem Isolierpapier mittels der Menge des im Öl verbleibenden Furfurals untersucht. Das Adsorptionsgleichgewicht wird somit aus einem Vorgang bestimmt, der gegengesetzt zum Vorgang im tatsächlichen Transformator ist. Bei der Untersuchung war das Verhältnis zwischen Isolieröl und Isolierpapier jenem im tatsächlichen Transformator äquivalent.

Die konstante Konzentration nach Ablauf der Tage des Erhitzens ist die Adsorptionsgleichgewichtskonzentration. Es wurde gefunden, daß die Menge des verbleibenden Furfurals, die die Adsorptionsgleichgewichtskonzentration erreicht, weder von der Temperatur noch von der Ausgangskonzentration abhängt, aber gegen etwa 15% konvergiert. Dieses Ergebnis zeigt dabei, daß die Adsorptionsgleichgewichtskonzentration des Furfurals etwa 15% der Ausgangskonzentration beträgt. Die Gesamtmenge des erzeugten Furfurals kann somit bestimmt werden, indem die Menge des im Öl gelösten Furfurals mit 6,7 (100/15 = 6,7) multipliziert wird.

Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen der Furfuralerzeugung und der Rate des Restpolymerisationsgrades des Isolierpapiers. Die Furfuralerzeugung und der Polymerisationsgrad des Isolierpapiers der das Ausmaß der Verschlechterung desselben angibt, zeigen eine gute Korrelation zueinander. Zur Bestimmung der Verschlechterung des Isolierpapiers, das in einem ölgefüllten Elektrogerät verwendet wird, wird zuerst die Gesamtmenge des erzeugten Furfurals bestimmt, indem die Menge des auf dem Isolierpapier adsorbierten Furfurals zu der Menge des im Isolieröl gelösten Furfurals hinzugefügt wird. Die Furfuralproduktion je Gramm Isolierpapier wird anschließend aus der Gesamtmenge des Furfurals und der Menge des Isolierpapiers in dem die höchste Temperatur aufweisenden Abschnitt des ölgefüllten Elektrogerätes berechnet. Die Rate des Restpolymerisationsgrades wird dann aus der in Fig. 2 angegebenen Kurve bestimmt, wodurch der Polymerisationsgrad des Isolierpapiers bestimmt werden kann. Das vorstehend beschriebene Verfahren gestattet die genaue Bestimmung des Ausmaßes der Verschlechterung des Isolierpapiers.

Claims (3)

1. Verfahren zur Bestimmung der Verschlechterung eines Isolierpapiers in einem ölgefüllten Elektrogerät, gekennzeichnet durch die Schritte:
Bestimmen der Menge des Furfurals, die auf dem Isolierpapier in dem ölgefüllten Elektrogerät adsorbiert ist;
Bestimmen der Gesamtmenge an Furfural, indem die Menge des im Isolieröl gelösten Furfurals zur Menge des adsorbierten Furfurals hinzugefügt wird;
Berechnen der Furfuralproduktion je Gramm Isolierpapier aus der Gesamtmenge des Furfurals und der Menge des Isolierpapiers in dem die höchste Temperatur aufweisenden Abschnitt des ölgefüllten Elektrogerätes; und
Bestimmen der Rate des Restpolymerisationsgrades des Isolierpapiers aus der Beziehung zwischen der Furfuralerzeugung und der Rate des Restpolymerisationsgrades des Isolierpapiers, die vorausgehend erhalten wurde, um das Ausmaß der Verschlechterung des Isolierpapiers zu ermitteln.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtmenge Furfural aus der Gleichgewichtskonzentration des am Isolierpapier adsorbierten Furfurals bestimmt wird, die erhalten wird, indem die im Laufe der Zeit beim Erhitzen eintretenden Änderungen gemessen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichgewichtskonzentration des am Isolierpapier adsorbierten Furfurals etwa 15% der Ausgangskonzentration beträgt.