Ein Versorgungsplaner wägt zwei Angebote für einen Leistungstransformator mit einer Nennleistung von 20 MVA und einer Spannung von 66/11 kV ab. Beide Hersteller haben die gleiche Leistungskapazität mit identischen Verlusten und ungefähr dem gleichen Preis angeboten, aber der Hauptunterschied liegt in ihren Ölsystemen. Ein Hersteller hat den Transformator auf der Grundlage eines konventionellen externen Öltanks mit Silikagel-Atmer entworfen, während der andere Hersteller einen gewellten Ausdehnungstank ohne Konservator entworfen hat. Der Planer versteht, dass die Wahl des Ölsystems nicht nur das Ölerhaltungssystem selbst beeinflusst, sondern auch den Wartungsplan, das Risiko von Bränden und den Preis; typischerweise wird die Kosten des Geräts mit einem Konservator 5-10% höher sein als der Preis eines geschlossenen Geräts, aber die erste Option ermöglicht es, das Öl über viele Jahre hinweg gemäß vereinfachten Vorschriften zu verwalten.
Der Leitfaden bietet Informationen darüber, wofür ein Konservator gedacht ist, welche verschiedenen Designs es auf dem Markt gibt, wie man seine Größe berechnet und wie man die auswählt, die am besten zum Ölerhaltungssystem des ölisolierten Transformators passen.
Was ist ein Konservator eines Transformators?
Ein Konservator kann als ein Hilfszylinder oder rechteckiger Tank definiert werden, der sich oben auf dem Haupttransformator-Tank befindet und über ein Rohr mit dem Haupttank verbunden ist. Er besitzt das Ölvolumen in Reserve, um den Pegel je nach Temperaturänderung (Last) schwanken zu lassen. Wenn das Öl sich aufgrund von Erwärmung ausdehnt, kann es in den Konservator gefüllt werden, sodass im Haupttank kein Druck aufgebaut wird. Das Öl fließt zwischen dem Konservator und dem Haupttank, ohne ein zusätzliches Vakuum während des Betriebs zu erzeugen. Der Konservator bleibt über einen Atmer (oder ist mit einer Membran versiegelt) offen für die atmosphärische Luft, was ein weiterer wichtiger Grund ist, warum er oben auf dem Haupttank positioniert werden muss.
In Abwesenheit eines Konservators würde ein vollständig geschlossener Tank bedeuten, dass der Innendruck steigt, wenn sich das Öl ausdehnt, und im Falle seiner Abkühlung ein Vakuum im Inneren entsteht, was zu Spannungen in der Tankkonstruktion und zu Folgerungen führt.
Drei Merkmale führen zu diesen Ergebnissen.
Öl dehnt sich je nach Temperatur aus. Das Mineralöl dehnt sich ungefähr um 0,07% für jeden Grad Celsius Temperatur aus. Bei einem Tank mit einem Volumen von 10.000 Litern, der einer Temperaturänderung von 50 °C ausgesetzt ist, und unter Berücksichtigung, dass das Volumen des Öls und der Druck um 350 Liter steigen würden, wird deutlich, dass der starre geschlossene Tank entweder reißen oder Öl durch das Atmungsloch herausdrücken kann.
Der Haupttank muss immer voll sein. Wenn das Öl im Haupttank sinkt, wird die obere Wicklung freigelegt und lässt Feuchtigkeit in die Isolierung in den Gasraum eindringen. Mit Hilfe des Konservators füllt das Öl den Haupttank problemlos.
Der Druck im Gasraum muss verwaltet werden. Das Design des Konservators ermöglicht einen kleinen Gasraum über dem Öl, der durch den Atmungsfilter kontrolliert wird. Wenn das Design ohne den Konservator ist, würde der Gasraum mit zunehmender Last wachsen und schrumpfen, und als Ergebnis würde Luft in den Tank hinein- und herausbewegt werden.
So wird es möglich, das “freibreathing” Ölkonservierungssystem herzustellen.
Vergleiche der Konservator-Designs
| Design | Wie es funktioniert | Typisches Ölvolumen-Reservoir | Relativer Kosten |
|---|---|---|---|
| Externer zylindrischer Konservator | Separat über dem Tank befindliches Fass, Atmungsfilter oben, Ölleitung unten | 8-15% des Tankvolumens | Basislinie |
| Membran-/Beutelkonstruktion des Konservators | Gummibeutel oder Membran trennt Öl von Luft; versiegelter Gasraum | 8-15% | +10-20% über einfachen Konservator |
| Wellblech-Tankwand-Design | Kein separater Konservator; flexible Wellblech-Tankwand absorbiert die Ausdehnung | Integriert | Ähnlich wie einfacher Konservator |
| Versiegelter / gasbedeckter Tank | Fester Tank mit Stickstoffpolster oder Membran; kein Atmungsfilter | Keiner (Gasraum) | +5-15% |
Der externe Konservator mit einem Atmungsfilter bleibt das weltweit häufigste Design, da es einfach, kostengünstig zu bauen und leicht zu inspizieren ist. Der Membrankonservator fügt einen Gummibeutel hinzu, der das Öl vollständig von der Außenluft trennt, sodass das Öl niemals Sauerstoff oder Feuchtigkeit durch das Atmen sieht – auf Kosten eines Beutels, der auf Schäden überprüft werden muss. Das Wellblech-Tankdesign eliminiert das separate Gefäß und ist beliebt bei Verteilungstransformatoren, wo Platz und Einfachheit wichtiger sind als Wartungsfreundlichkeit.
Den Konservator richtig dimensionieren
Der Konservator sollte über ausreichend Kapazität verfügen, um das Volumen des Öls zu berücksichtigen, das zwischen der minimalen Betriebstemperatur und der maximal zulässigen Temperatur des Oberöls expandiert. Jeder der Schritte muss befolgt werden: Bestimmen Sie den Temperaturbereich. Unter normalen gemäßigten Bedingungen verhält sich Öl von -10 Grad bei einem Kaltstart bis 90 Grad unter Last, was dem Temperaturschwankung von 100 K entspricht. In heißen Regionen — verwenden Sie stattdessen reale Daten. Berechnen Sie das Volumen des Öls, das sich ausdehnen muss, indem Sie das Ölvolumen mit dem Ausdehnungskoeffizienten multiplizieren, grob gesprochen 0,0007 pro K multipliziert mit dem Grad des Temperaturschwankung. So erreicht beispielsweise das Ölvolumen bei 100K 10.000 kg, was etwa 700 Litern entspricht. Der Platzbedarf muss für den Ölstandsanzeiger berücksichtigt werden. Der Konservator sollte den Ölstand jederzeit zwischen der maximalen Markierung bei heißem Zustand und der minimalen Markierung bei kaltem Zustand anzeigen, was 20 bis 30% mehr Öl vorschlägt als das präzise Ölvolumen, das als etwa 8 bis 15% des gesamten Ölvolumens des Tanks betrachtet wird. Alles falsch zu berechnen, wird erhebliche Kosten verursachen. Wenn der Konservator zu klein ist, wird das Öl durch den Atmungsfilter nach außen austreten, was zu Ölflecken am Tank und zur Aufnahme von feuchter Luft führt; während ein überdimensionierter Konservator überschüssige Materialien und Öl haben wird. Um schnell zu dimensionieren, beginnen wir mit dem Gesamtölvolumen im Transformator, hier sind Beispielwerte für den Ingenieureinsatz für den Konservator bei 100 k Temperaturschwankung:
| Transformatorbewertung | Typisches Gesamtölvolumen | Arbeitsvolumen des Konservators (10-12%) | Volumen des Konservatorbehälters (mit Messreserve) |
|---|---|---|---|
| 100 kVA Verteilung | 300-400 L | 35-50 L | 60-80 L |
| 1 MVA Verteilung | 500-2.000 L | 150-240 L | 250-350 L |
| 10 MVA Leistung | 000-12.000 L | 800-1.400 L | 200-2.000 L |
| 40 MVA Leistung | 000-35.000 L | 500-4.200 L | 500-6.000 L |
Zubehör und Schutz des Konservators
| Zubehör | Zweck | Typische Spezifikation |
|---|---|---|
| Silikagel-Atmungsfilter | Entfeuchten der Luft, die in den Konservator eintritt | 1-15 kg Trockenmittel, Farbumschlaganzeige |
| Ölstandsanzeiger (magnetisch) | Ölstand auf einen Blick anzeigen | Schwimmer + Zeiger, Zifferblatt mit Min/Max-Markierung |
| Buchholz (Gas) Relais | Gas- und Ölspitzen im Konservatorrohr erkennen | DN50-DN100, zwei Schwimmerschalter |
| Membran / Luftzelle | Öl von der Atmosphäre in geschlossenen Designs trennen | Gummibeutel, austauschbar |
| Konservatorheizung (optional) | Kondensation in kalten Klimazonen verhindern | Thermostatisch, wetterfest |
Bei einem mit Konservator ausgestatteten Transformator ist das Buchholz-Relais im Rohr zwischen dem Haupttank und dem Konservator montiert — seine korrekte, standardmäßige Position. Der Entlüfter ist oben am Konservator angebracht, und der Ölstandsanzeiger am Endkappen. All diese Zubehörteile werden im Rahmen des Routine-Tests des Transformators in einer ordnungsgemäß geführten Fabrik getestet.
Konservator vs. Wellblechtank vs. Geschlossene Designs
| Charakteristik | Externer Konservator | Wellblechtank | Geschlossen / Gas-umhüllt |
|---|---|---|---|
| Öl-Luft-Kontakt | Über Entlüfter gesteuert | Über Entlüfter gesteuert | Keine (geschlossen) |
| Wartungszugang | Ausgezeichnet; leicht zu inspizieren und nachzufüllen | Gut; Stand über Anzeige | Eingeschränkt; nur Ölprobenahme |
| Einfluss auf die Transformatorenkosten | +5 bis +10% | +3 bis +8% | +5 bis +15% |
| Typische Anwendung | Die meisten Leistungs- und Verteilungstransformatoren | Verteilung, platzbeschränkte Standorte | Wo das Eindringen von Feuchtigkeit minimiert werden muss |
| Brandrisiko | Ähnlich; Ölvolumen ist der Treiber | Ähnlich | Leicht geringere Sauerstoffexposition |
Für Transformatoren über 5 MVA ist der externe Konservator die überwältigend häufige Wahl, da er das Ölmanagement, die Standinspektion und die Wartung des Gasrelais unkompliziert macht. Wellblechtanks dominieren die Verteilungsklasse von 100-2.500 kVA, wo Preis und Platzbedarf wichtiger sind als Wartungsfreundlichkeit. Geschlossene Designs erscheinen, wo das Öl niemals Luft sehen darf — aber sie komplizieren das Nachfüllen und die Inspektion, sodass sie die Ausnahme und nicht die Regel sind.
Welches Design für welchen Transformator
- Verteilungstransformatoren (50-2.500 kVA): externer Konservator oder Wellblechtank, beide mit Entlüfter; Konservator vereinfacht saisonale Überprüfungen.
- Leistungstransformatoren (5-100 MVA): externer Konservator mit Entlüfter, Buchholz-Relais, magnetischer Ölstandsanzeiger; Membrankonservator, wo eine geringe Feuchtigkeitsaufnahme spezifiziert ist.
- Generator-Hochspannungstransformatoren und Netztransformatoren: Membran- oder geschlossener Konservator, um strengen Ölqualitätsgarantien zu entsprechen.
- Installationen in kalten Klimazonen: Konservator mit Heizung und angemessener Dimensionierung für den unteren Temperaturbereich.
- Kompakte Umspannwerke und Skid-Pakete: Wellblechtank oder Membrankonservator, um Höhe und Platz zu sparen.
Marken- und Preisvergleich
| Marke | Herkunft | Konservator-Angebot | Ungefährer Preisbereich (eigenständig) |
|---|---|---|---|
| ABB | Schweiz/Schweden | Vollständige Palette von Konservator- und geschlossenen Designs | $1,200-$9,000 |
| Siemens | Deutschland | Mit Konservator ausgestattete Leistungstransformatoren | $1,500-$10,000 |
| Hitachi Energie | Schweiz | Membrankonservator-Optionen für große Einheiten | $1,500-$12,000 |
| Schneider Electric | Optimierungsmaßnahmen in der Praxis | Konservatoren für Verteilungstransformatoren | $800-$5,000 |
| Spezialzubehörhersteller (Comem usw.) | Italien / China | Konservatorbehälter, Beutel, Ölstandsanzeiger | $500-$6,000 |
| Jiangsu Subian Electric Power | China | Konservator- und Wellblechdesigns, vollständiges Zubehörset | $600-$6,000 |
Europäische Marktführer wie ABB, Siemens, Hitachi Energy und Schneider Electric bauen Konservator-Designs als Teil kompletter Transformator-Pakete, und spezialisierte Zubehörhersteller liefern eigenständige Konservatoren und Pegelmesser weltweit. Am Transformator selbst ist der Konservator normalerweise im Basispreis enthalten, sodass der tatsächliche Vergleich zwischen kompletten Paketen erfolgt. Hersteller wie Jiangsu Subian Electric Power bieten sowohl externe Konservatoren- als auch gewellte Tankdesigns an, mit dem Atmungsventil, Buchholz-Relais und magnetischem Ölmessgerät, die als Set enthalten und getestet sind – die gesamte Baugruppe erscheint auf dem Routineprüfzertifikat. Subians Preis für einen mit Konservator ausgestatteten Transformator liegt etwa 40-60% unter den entsprechenden Angeboten europäischer Marken, weshalb sie eine gängige Wahl für Versorgungsunternehmen und OEMs in Asien, Afrika und Lateinamerika sind. Beim Vergleich von Angeboten sollten Sie immer bestätigen, dass der Konservator, Zubehör und deren Tests einzeln aufgeführt sind und nicht im Tankpreis versteckt sind.
Tipps zur Auswahl des geeigneten Konservators
Zunächst sollten Sie Entscheidungen über Ihre Methoden zur Ölkonservierung treffen. Wählen Sie einen freiatmenden Konservator mit einem Atmungsventil, einen membranversiegelten oder einen vollständig versiegelten Konservator? Ihre Wahl bestimmt das Design des Konservators.
Der nächste Schritt besteht darin, die Größe in Bezug auf die Temperatur zu berücksichtigen. Bitte verwenden Sie die tatsächlichen Tiefst- und Höchstwerte für Ihren Standort; die 8-15%-Regel geht von einem Bereich von 100 K aus, was bedeutet, dass in kälteren Klimazonen ein größerer Tank benötigt wird.
Überprüfen Sie nun das Zubehör. Ihr Konservator sollte ein Atmungsventil, ein Ölmessgerät und ein Buchholz-Relais an den für das Schutzschema erforderlichen Positionen haben.
Ein weiterer Schritt besteht darin, den Zugang zur Wartung zu überprüfen. Falls Ihr Standort nicht besetzt ist, ist es vorzuziehen, einen Konservator mit einem Füllstandsanzeiger zu kaufen, der aus der Ferne abgelesen werden kann, oder ein Design, das keine Überprüfung des Ölstands erfordert.
Berücksichtigen Sie den Platzbedarf. Sollten Sie ein gewelltes Design für containerisierte Umspannwerke oder externe Konservatoren verwenden?
Sie müssen auch die Unterlagen anfordern, wie das Zubehör getestet wurde.
Betrieb und Wartung
Die Wartungsanforderungen eines Konservators sind einfach, aber spezifisch:
Überprüfen Sie wöchentlich das Ölmessgerät des Konservators auf Abweichungen von einem standardisierten temperaturkorrigierten Füllstanddiagramm; jede Abweichung vom Füllstanddiagramm weist auf das Auftreten eines Öllecks oder das Eindringen von Feuchtigkeit in das Öl hin.
Ersetzen oder laden Sie das Silikagel im Atmungsventil alle 3-6 Monate oder sofort, wenn sich die Farbe des Silikagels ändert und Sättigung anzeigt.
Führen Sie jährlich einen Funktionstest des Buchholz-Relais durch, das im Konservatorrohr platziert ist, um zu bestätigen, dass dieses Bauteil ordnungsgemäß funktioniert.
Jedes Mal, wenn es zu einem Ausfall kommt, überprüfen Sie die Membran, die möglicherweise im Konservator verlegt ist, auf Löcher oder Verhärtung und bestätigen Sie das Vorhandensein eines ausreichenden Abstands zwischen dem Beutel und der Wand des Konservators.
An der Entnahmestelle des Konservators entnehmen Sie eine Probe des Öls auf Wasser und gelöste Gase, da das Öl im Konservator als Indikator für das gesamte Ölsystem angesehen wird.
Das Ignorieren des Manometers des Konservators ist eine der Hauptursachen für den Ausfall der Kühlung der Geräte in der Praxis; das stetige Ölleck senkt den Ölstand, und da das Relais auf die Hauptgasgeneration reagiert, stellt der Betreiber fest, dass der Tank seit Monaten nicht gefüllt wurde. Trotz der Tatsache, dass der Konservator nur 100 Dollar kostet, hätte er schon lange auf den niedrigen Ölstand hinweisen können.
Häufig gestellte Fragen
Wie viel kostet ein Transformator-Konservator?
Als eigenständige Komponente kostet ein Konservator-Tank $800-$8.000, abhängig von Volumen und Material, plus $50-$1.200 für den Atmungsfilter, das Ölmanometer und das Relais. Bei einem kompletten Transformator erhöht das Konservator-Design den Gesamtpreis um etwa 5-10% im Vergleich zu einem geschlossenen Tank. Für eine 1 MVA Verteilungseinheit erhöht das Konservator-Paket typischerweise das Angebot um $500-$2.000.
Welche Größe benötige ich für den Konservator?
Dimensionieren Sie ihn so, dass er die gesamte Ölerweiterung zwischen den minimalen und maximalen Öltemperaturen Ihres Standorts aufnehmen kann. Die ingenieurtechnische Regel beträgt 8-15% des Haupttank-Ölvolumens, wobei 10-12% der übliche Standard für eine 100 K Schwankung ist. Kalte Klimazonen benötigen das größere Ende; tropische Standorte mit engen Temperaturbereichen können das kleinere Ende verwenden.
Was ist der Unterschied zwischen einem Konservator und einem Ölerweiterungstank?
Sie sind dasselbe in anderen Worten. Der Konservator (auch als Ölkonservator, Erweiterungstank oder Ölpreservationstank bezeichnet) ist das kleine Gefäß, das über dem Haupttank montiert ist und die thermische Ausdehnung des Öls aufnimmt und den Tank voll hält. Der Begriff “Konservator” ist der Standard in der Transformatorentechnik, während “Erweiterungstank” der allgemeinere technische Begriff ist.
Kann ein Transformator ohne einen Konservator arbeiten?
Ja — gewellte Tanks, Membran- und vollständig geschlossene Designs funktionieren alle ohne einen separaten externen Konservator. Aber jeder ölgetauchte Transformator benötigt irgendeine Form der Ölkonservierung. Der gewellte Tank verwendet die flexible Wand, der geschlossene Tank verwendet ein Stickstoffpolster oder eine Membran, und nur der Konservator bietet Ihnen einen sichtbaren Ölstand und einfachen Wartungszugang. Für Transformatoren über 5 MVA wird in der Praxis stark ein Konservator bevorzugt.
Warum sinkt mein Ölstandsanzeiger des Konservators?
Überprüfen Sie ihn zuerst anhand des temperaturkorrigierten Niveaucharts — ein Rückgang während einer kalten Nacht ist normal. Wenn der Stand unter den im Chart für die aktuelle Temperatur angegebenen Wert driftet, gibt es entweder ein Ölleck (überprüfen Sie Schweißnähte, Dichtungen und das Probenventil) oder Feuchtigkeit, die den Ölraum verbraucht. Behandeln Sie einen echten Rückgang des Niveaus als vorrangigen Befund: Ein niedriger Konservatorstand kann schließlich die Oberseite der Wicklung freilegen und einen Buchholz-Auslöser auslösen.
Referenzen
- IEC 60076-1 — Leistungstransformatoren, Allgemeine Anforderungen — Der Masterstandard für Ölkonservierungssysteme, Konservatoren und Zubehör.
- IEEE C57.12.00 — Allgemeine Anforderungen für flüssigkeitsgetauchte Transformatoren — Nordamerikanische Anforderungen für Ölkonservierungsgeräte.
- IEEE C57.106 — Leitfaden für Akzeptanz und Wartung von isolierendem Mineralöl — Ölfeuchtigkeit und Qualitätsgrenzen, die der Konservator schützt.
- Hitachi Energy — Transformatorprodukte — Referenz für Konservator- und geschlossene Transformator-Designoptionen.
- ABB Transformatoren — Branchenreferenz für Dokumentation von Ölkonservierungssystemen.
- Transformers Magazin — Praktische Artikel zur Wartung von Konservatoren und zur Gestaltung von Ölsystemen.
Fazit
Der Konservator fungiert als der ruhige Kern des Ölerhaltungssystems des Transformators. Er absorbiert Wärmeausdehnung, bietet Schutz für den ölgefüllten Tank, dient als Unterstützung für den Atmungsfilter sowie für das Gasrelais und erleichtert die Überwachung durch das Wartungspersonal, indem er ein sichtbares und messbares Ölsystem bereitstellt. Je nachdem, ob das Design des von Ihnen bevorzugten Konservators auf einer soliden Form aus Gründen der Kompaktheit basiert, oder ob Sie einen externen Konservator aus Gründen der Nützlichkeit verwenden möchten, oder ob Sie die Membranlösung aus Gründen der Ölreinheit benötigen, muss er dennoch weise gewählt werden, anstatt von einer Vorlage der technischen Spezifikation übernommen zu werden.
Stellen Sie sicher, dass der Konservator entsprechend den tatsächlichen Temperaturen an Ihrem Standort dimensioniert ist (8-15% des Tankvolumens).
Stellen Sie sicher, dass Sie den Ölmessstab, den Atmungsfilter und das Buchholzrelais als Set verwenden.
Überprüfen Sie wöchentlich den Füllstandsanzeiger anhand des Temperaturdiagramms.
Listen Sie den Konservator und das Zubehör in jedem Angebot auf.
Für mit Konservatoren ausgestattete ölgetauchte Transformatoren, die nach IEC 60076-1 mit vollständigen Zubehörtests gebaut wurden, kontaktieren Sie Jiangsu Subian Electric Power entscheiden www.subian-electric.com und fordern Sie ein detailliertes Angebot mit Ihren kVA-, Spannungs- und Standorttemperaturdaten an.