Transzformátor szigetelés CL és LFH szárítása és állapotellenőrzés RVM/tgδ módszerekkel

Átírás

1 Transzformátor szigetelés CL és LFH szárítása és állapotellenőrzés RVM/tgδ módszerekkel Csépes Gusztáv, Diagnostics Kft. Végh Attila, Siemens Zrt. Németh Bálint, BME, Laczkó Zsolt, MVM OVIT ZRt., XII. Szigetelésdiagnosztikai Konferencia, Gárdony, október

2 Tartalomjegyzék 1. Röviden a trafó szárításról speciális kérdéseiről 2. Szárírás hatékonyságának ellenőrzése szigetelési ellenállás, RVM és tgδ módszerekkel 3. Jellegzetes mérési eredmények szárítás előtt és után 3. Konklúziók XII. Szigetelésdiagnosztikai Konferencia, Gárdony, október

3 Szárítás utáni állapot ellenőrzés méréstechnikai különlegessége -A transzformátor szilárd szigetelés a szárítási folyamat során magas hőmérsékletre kerül és a vákuum fokozatosan vonja ki a szigetelésből a nedvességet. - A vízkivonás diffúzió útján történik:nagyobb nedvességtartalom felől megy a kisebb felé. - A szárítási technológia tulajdonságaiból fakadóan a nagy- és kisfeszültségű tekercseken különböző az áramsűrűség, így a hőmérséklet is, valamint az elrendezés is, ezáltal különböző fokon kerülnek kiszárításra. - A szárítási folyamat végén az átlagos nedvességtartalom alacsony lesz, de a szigetelés bizonyos részei, rétegei jól, mások kevésbé jól lesznek kiszárítva. -A szigetelés inhomogén állapotú, de később a trafó magasabb hőmérsékletű üzeme során fokozatosan homogenizálódik.

4 Szárítás utáni állapot ellenőrzés méréstechnikai különlegessége -A hagyományos módszerek (szigetelési ellenállás, veszteségi tényező, stb.) egy mérőszámmal jellemzik ezt az inhomogén rendszert, ezek az inhomogenitás kimutatására nem vagy csak korlátozottan alkalmasak. - Az RVM módszer egy spektrummal jellemzi a szigetelési rendszert, az inhomogenitás visszatükröződik a görbéken. - Más szavakkal, a részletesebb spektrális információk birtokában a hagyományos módszerek eredményei pontosabban használhatók. -Inhomogén lesz a nedvességeloszlás akkor is, ha a szilárd szigetelés kiszárítása után olaj kerül betöltésre (papír szigetelés olajjal történő impregnálása). - A papírszigetelést akkor tekintik megfelelően kiszárítottnak, ha 0,5% a víztartalmú. -Az olajszállítók által tartályba szállított olajoknak általában 20ppm körüliek, de ez igen magas nedvességtartalom (lásd az egyensúlyi állapotokra vonatkozó mellékleteket).

5 Szárítás utáni állapot ellenőrzés méréstechnikai különlegessége - Az olaj betöltése előtt olajkezelést (szárítást) kell végezni és magas hőmérsékleten vákuum alatt kell betölteni a kiszárított papírszigetelést tartalmazó trafóba. - Általában a kezelt, betöltésre szánt olaj víztartalma 5ppm körül szokott lenni. - Az egyensúlyi görbék alapján a jól kiszárított, kb. 0,5% nedvességtartalmú papíros esetén az egyensúlyi állapotban az olaj víztartalma 1-2 ppm, tehát még a kezelt olajban is több víz van, mint ami az egyensúlyi állapot megkövetelne. - Ekkor olyan folyamat indul, ami az egyensúlyi állapotot kívánja elérni. - Amikor az olaj érintkezik a papír felületével, akkor a papír felülete annyi vizet vesz át az olajtól, amennyi az egyensúlyi állapothoz szükséges, de ekkor a papír felületén nagyobb lesz a nedvességkoncentráció, mint a belsejében. -A papír belsejébe történő vízbevándorlás diffúzió útján történik, ami erősen hőmérsékletfüggő (és még függ magától a nedvességtartalom mindenkori szintjétől is).

6 Olaj-papír szigetelés egyensúlyi görbéi (Ommen görbék) XII. Szigetelésdiagnosztikai Konferencia, Gárdony, október

7 Diffúziós időállandó hőmérsékletfüggése kb. 6,3mm vastagságú olajjal impregnált Kraft-papír esetén.

8 Kéttekercsű transzformátor tg delta mérésekor mérhető részkapacitások Cps A tg delta mérő bekötése Mérési HV C x A mód Mért kapacitás UST A C HL C PS GST A+B C HL +C HG C PS +CP N (10kV) K (400V) GSTg A+B C HG C PG G Prime er Szekund der Vasma ag UST A C HL C PS K (400V) N (10kV) GST A+B C HL +C LG C PS +C P GSTg A+B C LG C SG G Ház Cpg Csg G

9 Mérési eredmények értékelése - A szárítási vizsgálatára 8 db transzformátor lett kijelölve: 4 db 160kVA, 4 db 630kVA. - Kétféle szárítási eljárás került vizsgálatra: a hagyományos (CL ), és a kisfrekvenciás (LF). - Az inhomogenitás minél pontosabb követése céljából mind a nagyfeszültségű (HV), mind a kisfeszültségű (LV=Low Voltage) tekercsen volt mérés. - A szigetelési ellenállás, RVM és 50 Hz-es veszteségi tényező mellett mérve lett az olaj nedvességtartalma is. - Méréseket elvégeztük a szárítási folyamat után közvetlenül, majd un. kondicionálás után is. XII. Szigetelésdiagnosztikai Konferencia, Gárdony, október

10 Mérési eredmények értékelése Szigetelési ellenállás - A szárítás után a trafó szigetelése nincs egyensúlyban, pl. a vízeloszlás inhomogén. - Egyes rétegek gyorsabban kiszáradhatnak, bizonyos rétegei nehezebben, így egyes rétegek nagy szigetelési ellenállással rendelkezhetnek, -A különböző kiszáradási fokú rétegek sorba kapcsolódása miatt a mérésnél a legjobban kiszáradt réteg fog dominálni, így nagy értéket mérhetünk, - A különböző koncentrációjú rétegek között megindul a diffúziós átrendeződés, majd kiegyenlítődés után a nagy érték lecsökken, a kiesebb ellenállás megnő, kialakul egy eredő szigetelési ellenállás, közben a rendszer nedvességtartalma maradt ugyan annyi. - Körültekintően kell használni a mérési eredményeit: jó állapot feltétele az ellenállás magas értéke, de nem biztos, hogy a magas érték jó szigetelési állapotot is jelent. XII. Szigetelésdiagnosztikai Konferencia, Gárdony, október

11 Mérési eredmények értékelése - szigetelési ellenállás 630 kva-es transzformátorok kondicionálása előtt mért szigetelési ellenállás, valamint ezekből számolt abszorpciós tényező (K A ) értékei kb. 22,5 C hőmérsékleten. T= 22,5 C N - K+F / 5 kv K - N+F / 2.5 kv N K/ 5 kv 630 kva GΩ GΩ GΩ R60/R15 K R60/R15 K A = A = R60/R15 K A = [3] 62.2/31.7 1, /28.8 1, /54.1 1,49 [4] 53.2/ , /16.4 2, /57.6 1,31 [8] 62.6/52.3 1,19 26/15.8 1, /34.4 1,98 [7] 56.9/48.6 1, /7.8 2, /48.9 1,29

12 Mérési eredmények értékelése - szigetelési ellenállás 630 kva-es transzformátorok kondicionálása után mért szigetelési ellenállás, valamint ezekből számolt abszorpciós tényező (K A ) értékei kb. 25 C hőmérsékleten. T=25.2 C N - K+F 5 kv K - N+F 2.5 kv N - K 5 kv 630 kva GΩ GΩ GΩ R60/R15 K A = R60/R15 K A = R60/R15 K A = [3] 12.5/7.25 1, , /9.73 1,94 [4] 13.9/8.14 1,7 13.3/6.09 2,18 22/12.6 1,74 [8] 15.1/8.63 1, /4.69 2, /11 1,85 [7] 9.94/5.68 1, /3.54 2, /7.59 1,91

13 Mérési eredmények értékelése - veszteségi tényező - -A második diagnosztikai lehetőség az 50 Hz-es feszültséggel végrehajtott tgδ és kapacitás (C) mérés. - A víztartalom kimutatásra a tgδ hasznos, mert a víz növeli a polarizációs veszteségeket, valamint mobilizálja szennyezések ionjait, ezáltal a vezetési eredetű veszteségek is nőnek. - Hátrány, hogy veszteségi tényező használatával is egyetlen paraméterrel próbáljuk jellemezni az inhomogén szigetelést. - Esetünkben, amikor a transzformátor kapcsokon mérjük a veszteségi tényezőt, akkor a különböző kapcsolásoknak megfelelően, a különböző elektródaelrendezésekben különböző szigetelés részeket mérhetünk. - Különböző kapcsolások esetén a szigetelés különböző részeit mérjük, így inhomogén esetben különböző értékeket kaphatunk.

14 Mérési eredmények értékelése - veszteségi tényező -De különböző értékek adódhatnak a különböző arányú olaj és papírszigetelés miatt is, mert külön-külön az olaj és a papír tgδ más. - Esettünkben a két tekercseléses transzformátoron 5 különböző részszigetelést lehet megkülönböztetni, így egy 50 Hz-es tg delta és kapacitásmérővel öt különböző részkapacitás és veszteségi tényező mérhető (a táblázatokban 6 részkapacitás van, mert a nagy és kisfeszültségű tekercs közötti kapacitás (C HL ) kétszer kerül megmérésre). A veszteségi tényező/kapacitás méréseknél az egyes részkapacitások jelentései: 10kV-os és 0,4kV tekercsek közötti kapacitás 10kV-os tekercs és földelt részek közötti kapacitás 0,4kV-os tekercs és földelt részek közötti kapacitás C HL C HG C LG

15 Mérési eredmények értékelése - veszteségi tényező 1. transzformátor mérési eredményei: 10,5/0,4kV, 160kVA, hagyományos módon szárítva Tan delta mérő kapcsolások HV C x A Mérési mód Mért kapacitás C (nf) Tan delta (10 4 ) Test voltage (kv) 1U 1V 1W 2U 2V 2W 2N UST A C HL U 1V 1W 2U 2V 2W 2N GST A+B C HL +C HG U 1V 1W 2U 2V 2W 2N GSTg A+B C HG U 2V 2W 2N 1U 1V 1W UST A C HL U 2V 2W 2N 1U 1V 1W GST A+B C HL +C LG U 2V 2W 2N 1U 1V 1W GSTg A+B C LG XII. Szigetelésdiagnosztikai Konferencia, Gárdony, október

16 Mérési eredmények értékelése - veszteségi tényező 4. transzformátor mérési eredményei: 10,5/0,4 kv, 630 kva, hagyományos módon szárítva Tan delta mérő kapcsolások HV C x A Mérési mód Mért kapacitás C (nf) Tan delta (10 4 ) Test voltage (kv) 1U 1V 1W 2U 2V 2W 2N UST A C HL U 1V 1W 2U 2V 2W 2N GST A+B C HL +C HG U 1V 1W 2U 2V 2W 2N GSTg A+B C HG U 2V 2W 2N 1U 1V 1W UST A C HL U 2V 2W 2N 1U 1V 1W GST A+B C HL +C LG U 2V 2W 2N 1U 1V 1W GSTg A+B C LG XII. Szigetelésdiagnosztikai Konferencia, Gárdony, október

17 Mérési eredmények értékelése - veszteségi tényező 5. transzformátor mérési eredményei: 10,5/0,4 kv, 160 kva, új, LF technológiával szárítva Tan delta mérő kapcsolások HV C x A Mérési mód Mért kapacitás C (nf) Tan delta (10 4 ) Test voltage (kv) 1U 1V 1W 2U 2V 2W 2N UST A C HL U 1V 1W 2U 2V 2W 2N GST A+B C HL +C HG U 1V 1W 2U 2V 2W 2N GSTg A+B C HG U 2V 2W 2N 1U 1V 1W UST A C HL U 2V 2W 2N 1U 1V 1W GST A+B C HL +C LG U 2V 2W 2N 1U 1V 1W GSTg A+B C LG XII. Szigetelésdiagnosztikai Konferencia, Gárdony, október

18 Mérési eredmények értékelése - veszteségi tényező 7. transzformátor mérési eredményei: 10,5/0,4 kv, 630 kva, új, LF technológiával szárítva Tan delta mérő kapcsolások HV C x A Mérési mód Mért kapacitás C (nf) Tan delta (10 4 ) Test voltage (kv) 1U 1V 1W 2U 2V 2W 2N UST A C HL U 1V 1W 2U 2V 2W 2N GST A+B C HL +C HG U 1V 1W 2U 2V 2W 2N GSTg A+B C HG U 2V 2W 2N 1U 1V 1W UST A C HL U 2V 2W 2N 1U 1V 1W GST A+B C HL +C LG U 2V 2W 2N 1U 1V 1W GSTg A+B C LG XII. Szigetelésdiagnosztikai Konferencia, Gárdony, október

19 Az olaj főbb fizikai/kémiai tulajdonságainak vizsgálata - A trafókba Nynas Nitro Lyra X típusú olaj került betöltésre és betöltés az összes fontosabb paraméter le lett mérve. - Esetünkben az olaj víztartalmának a kimutatása a cél, ezért később csak az alábbi három mérésére került sor: olaj víztartalom, átütési feszültség és tgδ. - A transzformátoron belül a teljes víztartalom megoszlik az olaj és papíros között, döntő része a papírban tárolódik (lásd az egyensúlyi görbéket a mellékletben). - Az egyensúlyi ábrák alapján az olaj víztartalmából megkaphatjuk a papíros víztartalmát (vagy fordítva), ha ismerjük a hőmérsékletet és egyensúlyi állapotot van. - Az egyensúlyi állapot elérése nagyon nehéz, így ezek az egyensúlyi görbék csak tájékoztató jelleggel használhatók. - A transzformátorok olajjal történő feltöltése előtt vett olajminták laboratóriumi eredménye az alábbi táblázatban látható. - A vizsgálati eredményekből látható, hogy az olaj minden paraméterében megfelel az új olajra előírt feltételnek, a kezelés után a víztartalom is elegendően alacsony.

20 Olaj főbb fizikai/kémiai tulajdonságainak vizsgálata: Nynas Nitro Lyra X Vizsgálatok megnevezése Mértékegység Mért értékek kék 110 Típikus Nynas Lyra X Átütési feszültség kv > 70 Határfelületi feszültség mn/m 49,1 48,8 49,3 49,0 50 Veszteségi tényező 10 4 tgδ < 10 Víztartalom mg/kg 7,2/2,6 7,7/3,2 8,1/3,0 6,6/2,5 < 20 Savszám mgkoh/g < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0,01 Sűrűség g/cm 3 0,8609 0,8613 0,8584 0,8609 0,8609 Üledéktartalom %m/m mentes mentes mentes mentes mentes Mechanikai %m/m mentes mentes mentes mentes mentes szennyezés Külső - tiszta, tiszta, tiszta, tiszta, tiszta, áttetsző áttetsző áttetsző áttetsző áttetsző Szinszám fokozat Inhibitor %m/m 0,30 0,30 0,30 0,30 0,38

21 RVM mérések: 1. trafó: hagyományos szárítás, mérés a 10kV-os tekercsen, két domináns időállandó bejelölve XII. Szigetelésdiagnosztikai Konferencia, Gárdony, október

22 Mérési eredmények értékelése - RVM mérések - A 160kVA-es, CL szárítású trafó 10kV-os tekercsén felvett RVM görbe alapján a víz eloszlás enyhén inhomogén, a polarizáció két domináns időállandóval rendelkezik. - A nagyobbik időállandó kb. 20 C-on, kb. 2200s, ehhez kb. 0,5% víztartalom tartozik. A kisebbik intenzitású időállandó kb. 16s, ez kb. 2,8% víztartalomat jelent. - A fenti RVM görbék alapján megállapítható, hogy az 1. trafó nagyfeszültségű tekercse (HV) megfelelően lett kiszárítva, bár jelenleg a vízeloszlás enyhén inhomogénnek látszik. - A 16 s-os domináns időállandóval rendelkező polarizáció valószínű forrása a megfelelően kiszárított szigetelőpapír felületén az olaj impregnáláskor kialakuló határréteg polarizáció. - Az olaj víztartalma kb. 10ppm, az egyensúlyi görbék alapján adott hőmérsékleten kb. 2,8% felületi nedvességtartalom alakult ki. - Ez a nagyobb nedvességtartalom csak a papír felületén vékony rétegben alakul ki, a papírszigetelés nagy része 0,5% víztartalommal rendelkezik, tehát száraz. - A felületen kialakuló nagyobb nedvességtartalom majd bediffundál a papír belsejébe és kialakul egy közelítő egyensúlyi állapot.

23 Mérési eredmények értékelése- RVM mérések 1. számú, 160kVA-es, hagyományos szárítású transzformátor 0,4kV-os tekercsén felvett RVM görbe látható külön ábrán bejelölve a két domináns időállandó. A nagyobbik időállandó kb. 20 C-on, kb. 900s, és ehhez értékhez kb. 1% víztartalom tartozik. A kisebbik intenzitású időállandó értéke kb. 16s, ehhez kb. 2,9% nedvességtartalom tartozik.

24 Mérési eredmények értékelése - RVM mérések Az ábrán két 160kVA (1. és 2.) és két 630kVA (3. és 4.) trafók 10kV-os tekercseinek hagyományos (CL) technológiával történő szárítása RVM diagnosztikával ellenőrizve szinte teljesen azonosan kiszárítást mutat Rv (V) tr CL After Cond HV 2. tr CL After Cond HV 3. tr CL After Cond HV 1 4. tr CL After Cond HV 0.1 Tc (s)

25 Konklúziók - A bemutatatott esetek nagyon jó példák az olaj-papíros szigetelések fennálló diagnosztikai problémájára. - A szigetelések a legritkább esetekben homogén állapotúak, inhomogén a hőmérséklet, a víztartalom és az öregedési termékek eloszlása. - A hagyományos módszerek (szigetelési ellenállás, veszteségi tényező, stb.) egy mérőszámmal jellemzik ezt az inhomogén rendszert, ezek az inhomogenitás kimutatására nem vagy bizonyos mértékben alkalmasak. - A polarizációs spektrum módszerek, mint pl. az RVM, azonban alkalmasak az inhomogén állapot kimutatására, így pontos diagnosztika készíthető a berendezésekről. - Megfelelő technológiával mérve, azonban a szigetelési ellenállás és a veszteségi tényező mérés korlátozottan alkalmas az inhomogenitás kimutatásra. - Más szavakkal, a részletesebb spektrális (RVM) információk birtokában a hagyományos módszerek eredményei is pontosabban használhatók.

26 Köszönöm a figyelmet XII. Szigetelésdiagnosztikai Konferencia, Gárdony, október

27 Helyszíni szárítás olaj cirkulációval és hot olaj spray és LFH technológia alkalmazásával.