Impedanzmessungen am trockenen und feuchten Öl-Papier-Isoliersystem

Abstract:
Impedanzmessungen ermöglichen Aussagen über Materialeigenschaften, welche wiederum mit den elektrischen Eigenschaften verknüpft sind. Ändern sich die elektrischen Eigenschaften durch chemische Reaktionen so können qualitative und quantitative Aussagen mit Hilfe der Impedanzmessung erfolgen. Moderne Impedanzanalysatoren bieten die Möglichkeit, die frequenzabhängige Leitfähigkeit und Dielektrizitätsfunktion ε r(ω) einer Probe im Frequenzbereich von einigen mHz bis zu einigen MHz zu bestimmen. Impedanzspektroskopische Messungen sind vergleichsweise einfach durchzuführen und liefern sehr präzise Ergebnisse über große Leitfähigkeits- und Kapazitätsbereiche. Bei Öl-Papier-Isoliersystemen können Rückschlüsse auf die Beweglichkeit von Ionen und Molekülen sowie Transportmechanismen gezogen werden. Es hat sich durch die Impedanzmessungen an trockenen und feuchten Öl-Papier-Isoliersystemen gezeigt, dass die Dielektrizitätsfunktion ε r(ω, Τ, FÖl, FPB) sehr komplex ist und neben einer Frequenzabhängigkeit eine Abhängigkeit von der Temperatur T und vom Feuchtigkeitsgehalt F des Öls und Papiers aufweist. Die Änderung der Dielektrizitätszahl wird zum einen durch Polarisationsprozesse im Inneren des Isoliersystems und zum anderen durch Schichtenbildung an den Grenzflächen zwischen Öl und Papier hervorgerufen. Bei unpolarem Material werden unter der Wirkung eines elektrischen Feldes die Schwerpunkte der positiven und negativen Ladungen gegeneinander verschoben und somit elektrische Dipolmomente induziert. Diese Verschiebungspolarisation tritt bei hohen Frequenzen auf. Im Gegensatz dazu tritt bei polaren Molekülen die Orientierungspolarisation ein, die je nach Dipolmoment nur bei niedrigen Frequenzen die Kapazität ändert, da die Dipole nur einem langsam veränderlichen elektrischen Feld folgen können. An den Grenzflächen zwischen Öl und Papier kommt es in einem elektrischen Feld zur "starren" oder "diffusen" Schichtbildung, die ebenfalls die Kapazität und die Leitfähigkeit beeinflussen. Eine Beschreibung der Messergebnisse ist komplex und kann bisher nur zum Teil mit theoretischen Modellen nachgebildet werden. Aus diesem Grund wird versucht, das theoretische Modell mit experimentell gemessenen Daten zu ergänzen, um so komplexe Vorgänge von Isoliersystemen genauer beschreiben zu können. In dieser Untersuchung werden einige Erfahrungen und Messergebnisse der Impedanzmessung an den trockenen und feuchten Öl-Papier-Isoliersystemen aufgezeigt sowie Modellierungsformen vorgestellt.