GC zur Analyse gelöster Gase in Transformatoröl (TOGA)
GC zur Analyse gelöster Gase in Transformatorenöl (TOGA) - TT-3612
Der TT-3612 ist ein Gaschromatograph speziell für die Analyse gelöster Gase (DGA) von Isolieröl in elektrischen Transformatoren. Er entspricht der Prüfmethode ASTM D3612. Das System quantifiziert neun fehlerrelevante Markergase – Wasserstoff (H₂), Sauerstoff (O₂), Stickstoff (N₂), Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO₂), Methan (CH₄), Ethan (C₂H₆), Ethylen (C₂H₄) und Acetylen (C₂H₂) – und liefert so in einem einzigen 7-minütigen Analysezyklus ein umfassendes chemisches Bild des Ölzustands. Das Gerät verarbeitet Öle mit einer Viskosität von maximal 20 cSt bei 40 °C und deckt damit das gesamte Spektrum der in Leistungs- und Verteilungstransformatoren verwendeten Mineralöle ab.
Das TT-3612 verwendet eine Dualdetektor-Konfiguration, bestehend aus einem Wärmeleitfähigkeitsdetektor (WLD) und einem Flammenionisationsdetektor (FID) mit Methanisator. Der WLD detektiert permanente Gase (H₂, O₂, N₂), während der FID mit Methanisator brennbare Kohlenwasserstoffe sowie Spuren von CO und CO₂ mit einer Empfindlichkeit im Sub-ppm-Bereich quantifiziert. Eine speziell für Transformatorenöl entwickelte Anti-Pollution-Verbundsäule verlängert die Lebensdauer der Säule bei wiederholter Ölprobenexposition und reduziert die Wartungsintervalle im Vergleich zu Standard-Analysesäulen.
Die Integration in ein Remote-Labor wird durch eine 10/100M-Ethernet-Schnittstelle unterstützt, die das GC-System mit einem lokalen Netzwerk verbindet und so die Datenerfassung, Parameterprogrammierung und Gerätediagnose ermöglicht. Ein 7-Zoll-Touchscreen dient als Bedienoberfläche für den lokalen Anwender und bietet integrierte Selbstdiagnose, Fehlerortanzeige sowie Datenspeicherung bei Stromausfall, wodurch alle Laufparameter und Ergebnisse auch nach unerwarteten Abschaltungen erhalten bleiben. Die Konfiguration TT-3612H kombiniert das GC-Basissystem mit einem automatisierten Headspace-Sampler und ermöglicht so die unbeaufsichtigte Probenentnahme gemäß ASTM D3612 Methode C. Dies erhöht den Durchsatz für Labore, die mehrere Ölproben pro Schicht verarbeiten.
GC zur Analyse gelöster Gase in Transformatorenöl (TOGA) – TT-3612 Anwendungen
Die Norm TT-3612 unterstützt Zustandsbewertungs- und Fehlercharakterisierungsprogramme für ölgefüllte elektrische Betriebsmittel. Die Quantifizierung gelöster Fehlergase gemäß ASTM D3612 ermöglicht es den Bedienern, beginnende thermische und elektrische Anomalien – einschließlich Überhitzung, Teilentladungen und Lichtbogenbildung – zu erkennen und deren Entwicklung zu verfolgen, bevor es zu Ausfällen kommt.
Das System dient folgenden Branchen und Anwendungsfällen:
- Elektrizitätsversorgungsunternehmen: Das zentrale DGA-Instrument dient der flottenweiten Überwachung von Leistungs- und Verteilungstransformatoren und unterstützt zustandsorientierte Wartungspläne sowie Programme zur Netzstabilität.
- Unabhängige Prüflaboratorien: Hochdurchsatz-Gasanalyse für Servicelabore, die Transformatoren-Zustandsbewertungen und Öldiagnostikdienstleistungen für Energieversorgungs- und Industriekunden anbieten.
- Schwerindustrieanlagen: DGA-Überwachung großer ölgefüllter Transformatoren in Raffinerien, Rechenzentren, Stahlwerken und Produktionsanlagen, wo ungeplante Transformatorausfälle die Produktion direkt zum Erliegen bringen.
- Betreiber erneuerbarer Energien: Zustandsüberwachung von Umspannwerks- und Sammeltransformatoren in Wind- und Solaranlagen, wo die Zuverlässigkeit der Anlagen die Verfügbarkeit der Stromerzeugung und die Rentabilität des Projekts beeinflusst.
- Elektrotechnische Anlagen Manufacturers: Qualitätssicherungsprüfung von Transformatorisolationsölen und Werksabnahmeprüfung von ölgefüllten Geräten vor der Inbetriebnahme.
- Forschungs- und Normungsorganisationen: Referenzanalysen für die DGA-Methodenentwicklung und Ringversuche zwischen Laboren, die rückführbare und reproduzierbare chromatographische Daten erfordern.
TT-3612
TT-3612H
Grundsätze
Der TT-3612 ist so konzipiert, dass er dem folgenden international anerkannten Standard entspricht:
- ASTM D3612 - Standardprüfverfahren zur Analyse von in elektrischem Isolieröl gelösten Gasen mittels Gaschromatographie
Das Gerät unterstützt alle drei in ASTM D3612 beschriebenen Extraktionsverfahren. Die Konfiguration TT-3612H, die den automatisierten Headspace-Sampler umfasst, eignet sich besonders für Methode C, das Headspace-Gleichgewichtsextraktionsverfahren, das die Gasfreisetzung aus der Ölmatrix automatisiert und den Probendurchsatz im Vergleich zu manuellen Vakuumstripping-Methoden verbessert.
GC zur Analyse gelöster Gase in Transformatorenöl (TOGA) - TT-3612 Hauptmerkmale
Das TT-3612 vereint analytische Präzision mit labortauglichen Betriebsfunktionen für routinemäßige DGA-Tests. Zu den wichtigsten Konstruktionsmerkmalen gehören:
- Duale TCD/FID-Detektorkonfiguration: Erfasst alle neun ASTM D3612 Zielgase in einem Durchgang – TCD für permanente Gase und FID mit Methanisator für Kohlenwasserstoffe, CO und CO₂ – wodurch die Notwendigkeit eines sequenziellen Detektorwechsels oder separater Injektionen entfällt.
- Anti-Pollution-Verbundsäulentechnologie: Die speziell für Transformatorenöl entwickelte Säulenpackung widersteht Verunreinigungen durch Spuren von Öl und verlängert die Lebensdauer der Säule im Vergleich zu Standard-Chromatographiesäulen, die in Allzweck-GC-Systemen verwendet werden, erheblich.
- 7-Minuten-Analysezyklus: Die schnelle Ofenkühlung durch die doppelte Rücktürkonstruktion reduziert die Gesamtbearbeitungszeit pro Probe und unterstützt so DGA-Arbeitsabläufe mit hohem Probenaufkommen, ohne die chromatographische Auflösung zu beeinträchtigen.
- 20-stufiges programmiertes Heizprogramm: Deckt den gesamten Siedepunktbereich der ASTM D3612-Zielanalyten in einem einzigen temperaturprogrammierten Lauf ab, mit einer Schrittweite von 0.1°C zur Gewährleistung der Reproduzierbarkeit der Methode.
- Ethernet-Netzwerkintegration: Die 10/100M-Ethernet-Schnittstelle verbindet das GC mit einem Labornetzwerk zur Ferndatenerfassung, Parameterprogrammierung und Gerätediagnose, ohne dass eine direkte Verbindung des Bedieners zum Gerät erforderlich ist.
- 7-Zoll-kapazitiver Touchscreen: Intuitive lokale Schnittstelle für Parametereingabe, Echtzeit-Statusüberwachung, FID-Zündsteuerung, TCD-Brückenflussumschaltung und Fehlerortanzeige – kein separater Steuer-PC für den Routinebetrieb erforderlich.
- Datenerhalt bei Stromausfall: Der integrierte, nichtflüchtige Speicher speichert alle eingestellten Parameter und laufenden Messdaten nach einem unerwarteten Stromausfall, sodass der Bediener die Messung wiederherstellen und abschließen kann, ohne die Methodenbedingungen erneut eingeben zu müssen.
- Schutz vor Trägergasverlusten: Das System stoppt die Säulenheizung automatisch, wenn die Trägergaszufuhr unterbrochen wird, und schützt so die Säulenpackung und den TCD-Filament vor thermischen Schäden bei Gasausfällen.
- Automatische FID-Zündung mit Wasserstoffschutz: Programmierbare Zündzeitpunkte und eine automatische Wasserstoffabschaltung bei Flammenausfall eliminieren manuelle Wiederzündungsschritte und schützen vor Wasserstoffansammlungen während der Abschaltung des Detektors.
- Vorgealterte Werkskonfiguration: Jedes Gerät wird vor dem Versand einem strengen Alterungstest unterzogen, wobei alle Parameter der ASTM D3612-Methode voreingestellt sind, sodass das Instrument bei der Auslieferung mit einer einfachen Startsequenz betriebsbereit ist.
- Headspace-Sampler-Option (TT-3612H): Die TT-3612H-Konfiguration umfasst einen automatisierten Headspace-Sampler, der die Gasäquilibrierung und -injektion in versiegelten Vials gemäß ASTM D3612 Methode C durchführt und somit vollautomatische Arbeitsabläufe von der Probenahme bis zum Ergebnis ohne manuelle Gasextraktion ermöglicht.
Theorie und Methode
Die Gaschromatographie misst den Gehalt an gelösten Gasen in Transformatorenöl, indem sie die Gase zunächst aus der flüssigen Phase extrahiert und anschließend jede Gaskomponente trennt, identifiziert und quantifiziert. Unter thermischer und elektrischer Belastung zersetzen sich Transformatorenöl und Zellulosepapierisolierung und erzeugen charakteristische gasförmige Nebenprodukte. Diese Zersetzungsprodukte – Wasserstoff, leichte Kohlenwasserstoffe, CO, CO₂ und Spuren von Acetylen – lösen sich in der Ölmatrix in Konzentrationen, die mit Art und Schwere des Fehlers korrelieren. Das Vorhandensein und das Verhältnis spezifischer Gase dienen als diagnostische Indikatoren: Acetylen deutet auf hochenergetische elektrische Lichtbögen hin, Ethylen auf thermische Zersetzung bei hohen Temperaturen und erhöhte CO-Konzentrationen in Kombination mit CO₂ signalisieren die Zersetzung des Zellulosepapiers.
Nach der Extraktion aus dem Öl wird die Gasprobe auf eine gepackte Vorsäule injiziert, die die Komponenten nach Siedepunkt und Molekülgröße trennt und sie anschließend auf nachgeschaltete Analysesäulen leitet. Der Gasstrom teilt sich in zwei Detektorpfade auf. Der Wärmeleitfähigkeitsdetektor (TCD) misst permanente Gase durch die Erfassung von Änderungen der Wärmeleitfähigkeit relativ zu einem Trägergas – Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff erzeugen unterschiedliche Leitfähigkeitssignale, die der Detektor in Konzentrationswerte umrechnet. Brennbare Kohlenwasserstoffe, CO und CO₂ durchlaufen einen Nickelkatalysator-Methanisator, der sie vor dem Erreichen des Flammenionisationsdetektors (FID) in Methan umwandelt. Der FID misst dann den Ionenstrom, der bei der Verbrennung jedes Kohlenwasserstofffragments in einer Wasserstoff-Luft-Flamme entsteht, mit einer Empfindlichkeit bis in den Sub-Pikogramm-Bereich.
Die Säulentemperaturprogrammierung des TT-3612 unterstützt bis zu 20 programmierte Heizstufen. Der Ofen kann so von nahezu Umgebungstemperatur auf bis zu 450 °C mit Aufheizraten zwischen 1 und 80 °C pro Minute aufheizen. Dieser Bereich ermöglicht die Analyse sowohl leichter permanenter Gase als auch schwererer C₂-Kohlenwasserstoffe in einer einzigen Injektion, wodurch separate isotherme Läufe entfallen. Dank der intelligenten Doppeltürkonstruktion kühlt die Säulenkammer in ca. 7 Minuten von 350 °C auf 50 °C ab, was die Gesamtzykluszeit in Laboren mit hohem Probendurchsatz verkürzt.
GC zur Analyse gelöster Gase in Transformatorenöl (TOGA) - TT-3612 Technische Spezifikationen
Allgemeine Leistung
| Parameter | Normen |
|---|---|
| Geltenden Norm | ASTM D3612 |
| Viskositätsgrenze der Ölprobe | 20 cSt (100 SUS) oder weniger bei 40 °C |
| Zielgase | H₂, O₂, N₂, CO, CO₂, CH₄, C₂H₂, C₂H₄, C₂H₆ |
| Injektionsvolumen | 1 ml |
| Minimale nachweisbare Konzentration | Angaben in μL/L |
| Analysezykluszeit | 7 Мinuten |
| Umgebungstemperatur | 0 °C bis 40 °C |
| Kommunikationsschnittstelle | 10 / 100M Ethernet |
| Präsentation | 7-Zoll-LCD-Bildschirm mit kapazitivem Touchscreen |
Temperaturkontrolle
| Zone | Abdeckung | Genauigkeit |
|---|---|---|
| Säulenofen | Umgebungstemperatur +5 °C bis 450 °C | ± 0.1 ° C |
| Injector | Umgebungstemperatur +5 °C bis 450 °C | ± 0.1 ° C |
| Detektor | Umgebungstemperatur +5 °C bis 450 °C | ± 0.1 ° C |
| Anzahl der Kontrollzonen | 7-Pfade | - |
Säulenofen
| Parameter | Normen |
|---|---|
| Internes Volume | 260 × 270 × 230 mm |
| Programmierte Heizschritte | Bis zu 20 Schritte |
| Heizleistungsbereich | 1 bis 80 °C/min (0.1 °C-Schritte) |
| Schritt-Retentionszeit | 0 bis 655 Minuten (in 1-Minuten-Schritten) |
| Kühlzeit | 350 °C auf 50 °C in etwa 7 Minuten |
| Kühlendes Design | Intelligente Doppelflügeltür hinten mit geräuscharmem Lüfter |
FID-Detektor
| Parameter | Normen |
|---|---|
| Maximale Betriebstemperatur | 450°C |
| Mindestnachweisgrenze | <5 pg C/s (n-Hexadecan) |
| Linearer Dynamikbereich (LDR) | 10⁷ (±10%) |
| Häufigkeit der Datenerfassung | 100 Hz |
| Zündung | Automatisch, mit Wasserstoffabschaltung bei Flammenausfall |
| Säulenkompatibilität | gepackte und Kapillarsäulen |
TCD-Detektor
| Parameter | Normen |
|---|---|
| Maximale Betriebstemperatur | 400°C |
| Mindestnachweisgrenze | <800 pg Propan/ml (Helium-Trägergas) |
| Linearer Dynamikbereich (LDR) | 10⁵ (±10%) |
| Häufigkeit der Datenerfassung | 100 Hz |
| Säulenkompatibilität | gepackte und Kapillarsäulen |
Physikalische und elektrische
| Parameter | Normen |
|---|---|
| Abmessungen (B × T × H) | 586 × 500 × 530 mm |
| Gewicht | 46 kg |
| Stromspannung | 220 V ± 50 Hz (110 V ist ebenfalls verfügbar) |
| Energieverbrauch | ≤2.5 kW |
Konfigurationsoptionen
| Konfiguration | Beschreibung |
|---|---|
| TT-3612 | Basis-GC-Einheit – manuelle oder Spritzeninjektion |
| TT-3612H | GC-Basiseinheit + automatisierter Headspace-Sampler (ASTM D3612 Methode C) |
