Kurze Einführung in den Transformator-Ausgleichsbehälter

Der Ölausgleichsbehälter dient als Ölspeicher im Transformator. Seine Funktion besteht darin, das Öl im Öltank bei steigender Öltemperatur aufgrund erhöhter Transformatorlast auszudehnen. Dabei fließt überschüssiges Öl in den Ausgleichsbehälter. Sinkt die Temperatur hingegen, fließt das Öl aus dem Ausgleichsbehälter zurück in den Öltank und reguliert so automatisch den Ölstand. Der Ausgleichsbehälter dient somit der Ölspeicherung und -nachfüllung und gewährleistet so einen stets gefüllten Öltank. Gleichzeitig verringert der Ölausgleichsbehälter die Kontaktfläche zwischen Transformator und Luft. Feuchtigkeit, Staub und oxidierte Ölrückstände aus der Luft werden im Abscheider am Boden des Ausgleichsbehälters abgelagert, wodurch der Alterungsprozess des Transformatoröls deutlich verlangsamt wird.

Aufbau des Ölbehälters: Der Ölbehälter ist ein zylindrischer, aus Stahlplatten geschweißter Behälter mit einem Volumen von ca. 10 % des Öltankvolumens. Er ist horizontal auf dem Öltank montiert. Das Öl im Behälter ist über die Gasleitung mit dem Transformatoröltank verbunden, sodass der Ölstand mit der Temperatur steigen und fallen kann. Im Normalbetrieb muss der niedrigste Ölstand im Ölbehälter über dem oberen Rand des Hochdruckgehäuses liegen. Bei Gehäusen mit angeschlossener Konstruktion muss der niedrigste Ölstand im Ölbehälter über dem oberen Rand des Gehäuses liegen. Ein Ölstandsanzeiger (oder eine Ölstandsanzeige) ist seitlich am Ölbehälter angebracht, um den Ölstand jederzeit ablesen zu können.

Form des Transformator-Ausgleichsbehälters
Es gibt drei Arten von Transformator-Ausgleichsbehältern: Wellblech-Ausgleichsbehälter, Kapsel-Ausgleichsbehälter und Membran-Ausgleichsbehälter.
1. Der Ölbehälter in Kapselform trennt das Transformatoröl mit innenliegenden Gummikapseln von der äußeren Atmosphäre und bietet dem Transformatoröl Raum für die thermische Ausdehnung und die Kältekontraktion.

2. Ein Membran-Ausgleichsbehälter dient dazu, das Transformatoröl mithilfe einer Gummimembran von der äußeren Atmosphäre zu trennen und Raum für die thermische Ausdehnung und die Kältekontraktion des Transformatoröls zu schaffen.

3. Der Wellblech-Ölausgleichsbehälter ist ein aus gewellten Metallblechen bestehender Metallausdehner, der das Transformatoröl von der Außenluft trennt und Raum für die thermische Ausdehnung und die Kältekontraktion des Öls bietet. Man unterscheidet zwischen internen und externen Wellblech-Ölausgleichsbehältern. Der interne Ölausgleichsbehälter bietet eine bessere Leistung, hat aber ein größeres Volumen.

Abdichtung des Transformator-Ausgleichsbehälters
Der erste Typ ist ein offener (nicht abgedichteter) Ölbehälter, bei dem das Transformatoröl direkt mit der Außenluft in Verbindung steht. Der zweite Typ ist ein Kapsel-Ölbehälter, dessen Verwendung aufgrund der Alterungs- und Rissanfälligkeit der Kapsel sowie der unzureichenden Dichtungsleistung zunehmend zurückgeht. Der dritte Typ ist ein Membran-Ölbehälter, der aus zwei Lagen Nylongewebe mit einer Dicke von 0,26–0,35 mm besteht, mit einer Neopren-Zwischenlage und einer Cyanbutadien-Beschichtung. Er stellt jedoch höhere Anforderungen an die Installationsqualität und Wartung und ist aufgrund von Ölleckagen und Verschleiß der Gummiteile nicht optimal, was die Sicherheit, Zuverlässigkeit und den reibungslosen Betrieb der Stromversorgung beeinträchtigt. Daher wird auch dieser Typ zunehmend seltener eingesetzt. Der vierte Typ ist ein Ölbehälter mit metallischen elastischen Elementen als Kompensatoren, der in zwei Kategorien unterteilt werden kann: externer und interner Ölbehälter. Der vertikale interne Ölbehälter verwendet Wellrohre als Ölbehälter. Je nach Menge des auszugleichenden Öls werden ein oder mehrere Wellrohre verwendet, um die Ölleitungen parallel und vertikal auf einem Chassis zu verlegen. Die Staubschutzkappe wird außen angebracht. Das Volumen des Isolieröls wird durch Auf- und Abbewegen der Wellrohre ausgeglichen. Die Form ist meist rechteckig. Der externe horizontale Ölausgleichsbehälter ist horizontal im Zylinder des Ausgleichsbehälters angeordnet, wobei der Balg als Luftkissen dient. Das Isolieröl befindet sich zwischen der Außenseite des Balgs und dem Zylinder, und die Luft im Balg steht mit der Außenwelt in Verbindung. Das Innenvolumen des Ausgleichsbehälters wird durch die Ausdehnung und Kontraktion des Balgs verändert, um den Volumenausgleich des Isolieröls zu erreichen. Die äußere Form ist ein horizontaler Zylinder.

1. Offene Ölbehälter (Konservator) oder Öltanks aus Eisen für Niederspannungstransformatoren mit geringer Kapazität stellen die ursprünglichste Bauart dar. Hierbei dient der mit der Außenluft verbundene Ölbehälter als Ölkonservator. Aufgrund dieser fehlenden Abdichtung oxidiert das Isolieröl leicht und wird von Feuchtigkeit beeinträchtigt. Nach längerem Betrieb ist das Transformatoröl oxidiert, und der Gehalt an Wasser und Luft im gealterten Öl überschreitet die zulässigen Grenzwerte deutlich. Dies stellt eine große Gefahr für den sicheren, wirtschaftlichen und zuverlässigen Betrieb des Transformators dar und reduziert dessen Sicherheit sowie die Lebensdauer des Isolieröls erheblich. Heutzutage wird diese Art von Ölbehälter (Konservator) kaum noch verwendet und ist auf dem Markt nur noch selten anzutreffen oder wird ausschließlich bei Transformatoren mit niedrigeren Spannungsniveaus eingesetzt.

2. Kapselförmiger Ölbehälter: Der kapselförmige Ölbehälter ist ein ölbeständiger Nylonbeutel, der im herkömmlichen Ölbehälter installiert ist. Er isoliert das Transformatoröl im Transformatorgehäuse von der Luft. Mit steigender und fallender Öltemperatur im Transformator „atmet“ der Beutel. Bei Volumenänderungen des Öls ist ausreichend Platz vorhanden. Das Funktionsprinzip beruht darauf, dass das Gas im Beutel über ein Belüftungsrohr und einen Feuchtigkeitsabsorber mit der Atmosphäre in Kontakt tritt. Der Boden des Beutels befindet sich nahe am Ölspiegel des Ölbehälters. Bei Ölstandsänderungen dehnt sich der Beutel aus oder zieht sich zusammen. Da der Gummibeutel aufgrund von Materialfehlern reißen kann, dringen Luft und Wasser in das Öl ein und gelangen in den Transformatoröltank. Dies führt zu einem erhöhten Wassergehalt im Öl, einer verminderten Isolationsleistung und erhöhten dielektrischen Verlusten des Öls, wodurch der Alterungsprozess des Isolieröls beschleunigt wird. Daher müssen die Silikonkautschukpartikel des Transformators ausgetauscht werden. Bei starker Verschmutzung muss der Transformator zwangsweise gefiltert oder zur Wartung vom Stromnetz getrennt werden.

3. Isolierte Ölausgleichsbehälter mit Membran: Diese Ölausgleichsbehälter lösen einige Probleme der Kapselbauart, jedoch bleibt das Qualitätsproblem des Gummimaterials schwer zu beheben, sodass im Betrieb Qualitätsprobleme auftreten können, die eine Gefahr für den sicheren Betrieb darstellen. LeistungstransformatorenDie Technologie des metallgewellten (innen öldichten) Ölbehälters ist ausgereift. Die Erweiterung und Verstärkung des elastischen Elements – die Blechexpander-Technologie für Transformatoren, die seit über 20 Jahren in Energiesystemen weit verbreitet ist – besteht ebenfalls darin, ein elastisches Element mit Transformatoröl zu füllen und dessen Kern sich ausdehnen und zusammenziehen zu lassen, um die Ölmenge auszugleichen. Der interne Ölbehälter besteht aus einem zweiwelligen Kern (1 CR18NIGT1) und umfasst ein Vakuumablassrohr, ein Öleinspritzrohr, eine Ölstandsanzeige, ein flexibles Verbindungsrohr und einen Gehäusefuß. Er ist aus Edelstahl gefertigt und beständig gegen atmosphärische Korrosion und hohe Temperaturen. Er ist für mehr als 20.000 Schaltzyklen ausgelegt. Der Kern bewegt sich mit der Änderung der Transformatoröltemperatur auf und ab und gleicht so automatisch die Änderung des Transformatorölvolumens aus.

(1) Im Inneren des Kerns ist ein Druckschutzdämpfer installiert, der den Aufprall eines plötzlichen Öldruckanstiegs im Transformator auf den Ölbehälter verzögert. Sobald die Kerngrenze erreicht ist, bricht der Kern, und der Transformatorkörper wird durch Druckentlastung geschützt. Dies erhöht die Betriebssicherheit des Transformators. Diese Funktion ist bei anderen Ausgleichsbehältern nicht vorhanden.

(2) Der Kern besteht aus einem oder mehreren Kernen mit einer äußeren Schutzhülle. Die Außenhülle des Kerns steht mit der Atmosphäre in Kontakt, was eine gute Wärmeableitung und Belüftung ermöglicht, die Zirkulation des Transformatoröls beschleunigt, die Öltemperatur im Transformator senkt und die Betriebssicherheit des Transformators verbessert.

(3) Die Ölstandsanzeige entspricht der Blechexpanderanzeige für Transformatoren. Mit der Ausdehnung und Kontraktion des Kerns hebt oder senkt sich auch die Anzeigetafel. Die Empfindlichkeit ist hoch, und die Ölstandsänderung lässt sich intuitiv und zuverlässig durch das Sichtfenster im äußeren Schutzgehäuse ablesen. Alarmvorrichtung und Bereichsschalter zur Ölstandsüberwachung sind im äußeren Schutzgehäuse integriert und ermöglichen so den unbeaufsichtigten Betrieb.

(4) Es tritt kein falscher Ölstand auf: Verschiedene Arten von Ölbehältern können im Betrieb die Luft nicht vollständig abführen, was zu einem falschen Ölstand führen kann. Zweitens zeichnet sich die Technologie durch eine hohe Empfindlichkeit aus, da sich der Kern teleskopartig auf und ab bewegt. Zusätzlich befindet sich im Kern eine Ausgleichsstahlplatte, die einen leichten Überdruck erzeugt. Dadurch wird die Luft im Kern gleichmäßig abgeführt, bis sie vollständig entwichen ist und der erforderliche Ölstand erreicht ist. So wird ein falscher Ölstand vermieden.

(5) Der Ölbehälter des Laststufenschalters sollte nicht mit einem metallgewellten Expansionsblech ausgestattet sein, da dies ein wichtiges Bauteil des Transformators ist. Während des Betriebs muss die Spannung regelmäßig an die Lastbedingungen angepasst werden. Zweitens entsteht während des Einstellvorgangs unweigerlich ein Lichtbogen, wodurch Gase freigesetzt werden. Da das Volumen des vollständig abgedichteten metallgewellten Expansionsblechs die Entladung der bei der Ölzersetzung entstehenden Gase behindert, ist es erforderlich, regelmäßig Personal zur Entlüftung vor Ort zu entsenden. Weder der Hersteller noch der Anwender empfehlen, für kleine Ölbehälter mit Laststufenschalter ein vollständig abgedichtetes metallgewelltes Expansionsblech zu verwenden.