ASTM D 971

ASTM D 971 ist eine von der amerikanischen Standardisierungsorganisation ASTM International herausgegebene Norm zur Prüfung des Alterungszustandes von Transformatorenölen durch Messung der Grenzflächenspannung (GFS) gegenüber Wasser.

Warum ist die Alterung von Transformatorenölen gefährlich?

Die Spulenwicklungen von Transformatoren, die im Aufbau von Stromversorgungsnetzen eine zentrale Rolle spielen, sind von elektrisch isolierenden Ölen umgeben. Die in frischem Zustand sehr gute Isolation verschlechtert sich durch Oxidationsprozesse, bei denen sich polare, leitfähigere Verunreinigungen bilden. Außerdem erhöht sich die Affinität zu Wasser, das sich dann aus feuchter Umgebungsluft im Öl eingelagert und die Leitfähigkeit zusätzlich erhöht. In der Folge kann es zu Überhitzungen und im Extremfall sogar zu einem Spannungsdurchschlag kommen. Dieser Vorgang ist eine häufige Brandursache, weshalb eine regelmäßige Qualitätsprüfung nach ASTM D 971 geboten ist.

Warum lässt sich die Alterung an der Grenzflächenspannung erkennen?

Die GFS zwischen Wasser und frischem Öl ist zunächst sehr hoch, weil zwischen der polaren Flüssigkeit Wasser und dem unpolaren Öl keine polaren Wechselwirkungen an der Grenzfläche ausgebildet werden können. Durch polare Kontamination des Öls im Zuge der Alterung kommt es zu solchen polaren Wechselwirkungen und die GFS verringert sich.  

Die Oxidationsprodukte des Öls haben langkettige, unpolare Gruppen und eine polare Kopfgruppe; d. h. sie sind wie Tenside aufgebaut und zeigen eine entsprechende GFS-reduzierende Wirkung. Die Messung der GFS nach ASTM D 971 gibt daher den Alterungszustand des Öls zuverlässig wieder, und zwar lange bevor der Qualitätsverlust zu einem Sicherheitsrisiko werden kann.

Welche Messmethode schreibt die Norm ASTM D 971 vor?

Die Norm ASTM D 971 schreibt die Messung mit einem Tensiometer nach der Du-Noüy-Ringmethode vor. Dabei wird ein an einem Kraftsensor hängender Ring aus der schweren Wasser-Phase in die leichtere Öl-Phase gezogen (bzw. das Probengefäß nach unten bewegt). Unterhalb des Ringes bildet sich eine Lamelle, bei deren Dehnung ein Kraftmaximum auftritt. Dieses Maximum korrespondiert mit der Grenzflächenspannung.

Die Norm gibt vor, dass die Lamelle über das Kraftmaximum hinaus bis zum Abriss gedehnt werden soll (Ringabriss-Methode), was der Funktionsweise älterer, mechanischer Tensiometer entspricht. Moderne, prozessorgesteuerte Messinstrumente können die Lamelle beliebig oft dehnen und wieder entspannen, sodass das Kraftmaximum in Zuge einer einzigen Messung mehrfach und somit noch zuverlässiger bestimmt wird. Die Messung bis zum Abriss wird bei einigen dieser Instrumente trotzdem ermöglicht, um den Vorgaben der Norm ASTM D 971 zu entsprechen.