Alternative Isolierflüssigkeiten

Alle Isolierflüssigkeiten, unabhängig von der chemischen Zusammensetzung, unterliegen natürlichen Alterungsprozessen während ihres Einsatzes in elektrischen Betriebsmitteln. Zeigen Produkte auf Basis fossiler Rohstoffe, wie Mineralöl oder GTL Produkte, im Vergleich zu synthetischen oder natürlichen Ester-Flüssigkeiten eine erhöhte Oxidationsstabilität, so bieten besagte Ester-Flüssigkeiten viele Vorteile.

Erhöhte Sicherheitsstandards, vollständige biologische Abbaubarkeit und erhöhte Langzeitstabilität sollen, in Kombination mit hermetischen Betriebsbedingungen, den Europäischen Markt revolutionieren. Fakt ist aber auch, dass selbst unter hermetischen Betriebsbedingungen Ester-Flüssigkeiten aufgrund ihrer chemischen Struktur nicht mit hoch-raffinierten, gesättigten Kohlenwasserstoffen fossilen Ursprungs vergleichbar sind, speziell was deren chemische Beständigkeit anbelangt. Da Isolierflüssigkeiten in elektrischen Betriebsmitteln jedoch nicht nur zur elektrischen Isolierung, sondern auch als Kühlflüssigkeit eingesetzt werden, und dabei Betriebszeiten von nicht viel weniger als 100 Jahren erreichen können, sind exakte Analytik und Zustandsbeurteilung von äußerster Wichtigkeit.

Hauptziel dieser Studie war die kritische Beurteilung der wichtigsten, derzeit auf dem Markt befindlichen, alternativen Isolierflüssigkeiten bzw. die Entwicklung und Anwendung alternativer Analysemethoden, um eventuell auftretende Alterungseffekte zu analysieren. Zu diesem Zweck wurden hermetische Alterungsversuche durchgeführt und Mineralöl-, GTL-, synthetische und natürliche Ester-Produkte in Kombination mit Cellulose-basierten Isoliermaterialien und Transformator-Materialien, in repräsentativen Mengenverhältnissen untersucht. Die eingesetzte chemische Analytik umfasste neben HP-Flüssigkeitschromatographie (einschließlich IEC-Ionenaustauschchromatographie sowie SEC-Größenausschlusschromatographie), diverse gaschromatographische Methoden (einschließlich FID-Flammenionisationsdetektion, MS-Massenspektrometrie sowie WLD-Wärmeleitfähigkeitsdetektion), UV/VIS- und FTIR-Analysen sowie neue, auf der Kraftstoffanalytik basierende Ansätze wie das PetroOxy®-System.

Neben Material- und Additiv-bedingten Unterschieden, konnten auch Unterschiede bei der Bildung von Alterungsprodukten sowie der Langzeitstabilität zwischen den einzelnen Isolierflüssigkeiten festgestellt werden. Während Ester-Flüssigkeiten neben verbesserten Sicherheitsaspekten auch unter allen getesteten Bedingungen zu einer verlangsamten Alterung von eingebetteten Cellulose-Materialen führen, speziell bei Operationsbedingungen ≥ 150°C, wurden auch Nachteile identifiziert. Im direkten Vergleich zeigen Ester-basierte Isolierflüssigkeiten eine signifikant erhöhte Bildung von Alterungs- und Neben-Produkten, die mit erhöhten Operationsbedingungen ≥ 150°C massiv zunehmen. Die Alterung unter Sauerstoff zeigt zudem, dass speziell natürliche Ester für den Einsatz unter Sauerstoff gänzlich ungeeignet erscheinen.