Transzformátor olaj-papír szigetelés romlása élettartam kiterjesztés helyszíni olajregenerálással

Átírás

1 Transzformátor olaj-papír szigetelés romlása élettartam kiterjesztés helyszíni olajregenerálással Csépes Gusztáv, Diagnostics Kft. Kispál István, Diagnostics Kft., Kerestvey Ladislav, Kúdeľa Ivan, Ekofluid sro, Szlovákia Laczkó Zsolt, MVM OVIT ZRt.,

2 Tartalomjegyzék 1. Transzformátor élettartama 2. Trafószigetelés romlása - olaj romlása - papírszigetelés romlása 3. Trafó élettartamának becslése 4. Trafó élettartamának kiterjesztése 5. Olaj regenerálás Fuller-föld technikával 6. Konklúziók

3 Transzformátor élettartama - A nagyfeszültségű trafók szigetelése még mindig olaj-papír. - A trafók becsült élettartama meghaladja az 50 évet, ezért az elkövetkező évben az olaj-papír szigetelés menedzselése még mindig fontos lesz. - Az élettartam sok tényezőtől függ, de meghatározó az üzemeltetési és karbantartási gyakorlat. - Az előadás célja az élettartam kiterjesztés olajregenerálással, de az érthetőséghez elengedhetetlen röviden bemutatni: - a papírszigetelés romlási folyamatát, - a romlási folyamatok diagnosztizálását, - a romlás utáni beavatkozási lehetőségeket, annak érdekében, hogy költséghatékonyan avatkozhassunk be a trafó élettartamának kiterjesztésébe.

4 Alapvető összefüggések - A Szolgáltatók egyik legfontosabb törekvése a kiesések és azok okozta veszteségek csökkentése, megbízhatóság fokozása, trafó élettartamának költséghatékony kiterjesztése. - E célból pontosan ismerni kell a trafó valós állapotát és üzembiztonságát. - Első lépés az ismeretek bővítése: legfontosabb megállapítás: A trafó élettartama egyenlő a papírszigetelés élettartamával. - Ezért azt kell vizsgálnunk, hogy mi okozza a papír romlását. - Az általánosan használt Kraft trafó szigetelőpapír romlása főleg az alábbi paraméterektől függ: hőmérséklet, nedvesség, sav- és adaléktartalom, üledék, oxigéntartalom, stb. Romlásról rendelkezésre álló ismeretek: - Hőmérséklet hatása: van szabvány, de hatáselemzésre inkább útmutatók szolgálnak. - Nedvesség hatása: mérésekre van szabvány, de a hatásmechanizmusra, határértékre, stb. csak útmutatók szolgálnak. - Öregedés, vegyi folyamatok hatása: nincs szabvány, csak tanulmányok.

5 Transzformátor olaj-papír szigetelés romlása Összetett és bonyolult szigetelési rendszer, nem olaj és papír, hanem olajjal impregnált papír, így is kell vizsgálni, de beavatkozás miatt célszerű külön vizsgálni a két komponenst. Olaj öregedése - Normál üzemi körülmények mellett az ásványolajok élettartama év, de regenerálással visszaállítható az új állapot, így megduplázható, újabb regenerálással háromszorozható az eredeti élettartam. - Az olaj öregedési termékei (sav, víz, stb.) drasztikusan csökkentik a papíros élettartamát, ezért bizonyos felhalmozott öregedési termék után el kell távolítani azokat. Papír öregedése - A trafó élettartama=papír (cellulóza) élettartamával, nagyon fontos a papír romlás vizsgálata. - A cellulóza glükóz gyűrűkből álló molekula, a melyet az un. DP-vel, azaz a polimerizációs fokkal (Degree of Polymerisation) jellemzünk. - DP a glükóz gyűrűk átlagos száma. Új papírnál DP=1200, teljesen leromlott papírosnál DP=200. DP csökkenésével gyorsan csökken a papír mechanikai szilárdsága.

6 Papír szakítószilárdsága és DP (polimerizációs fok) közötti korreláció: ha felszakad a cellulóza lánc, csökken a mechanikai szilárdság

7 - Öregedés, elnedvesedés után a trafó tekercselésben lévő papír roskad, a deformáció miatt csökken a tekercsben a leszorító erő, fellazul a tekercs. - Már egy trafó közeli zárlat hatására is tekercselmozdulás jöhet létre, amelynek trafón belüli zárlat lehet a következménye.

8 Romlást gyorsító 1. tényező: hőmérséklet, van szabvány Olaj-papír szigetelés élettartama IEC szerint: 98 C hőfokon kb. 25 év Eddig a szabványok csak a hőmérséklet hatásával foglalkoztak, de tudjuk, hogy a nedvesség és az öregedési termékek is gyorsítják a papír romlását. 1,00E+07 1,00E+06 1,00E+05 1,00E+04 1,00E+03 1,00E+02 1,00E+01 1,00E+00 1,00E-02 1,00E-03 1,00E-04 1,00E-05 1,00E-06 1,00E-07 1,00E-08 1,00E-09 1,00E-10 1,00E-11 Aging Speed IEC and IEEE Aging THS 98û û = 6 F û IEC ,00E û = 383 FIEEE e IEC IEEE ( T + 273) û HS û Hot-Spot Temperature THS

9 Romlást gyorsító 2. tényező: nedvesség, mérésre igen, de kiértékelésre nincs szabvány -Szabvány hiányában jelenleg csak tanulmányok, útmutatók állnak rendelkezésre. Technikailag száraz transzformátor élettartama nedvesség növekedésre úgy változik, mintha növeltük volna a hőmérsékletet

10 Romlást gyorsító 2. tényező: mérésre igen, de kiértékelésre nincs szabvány 80 C-on üzemeltetve a transzformátort 1% papír nedvességtartalom esetén a várható élettartam kb. 30 év, ha a nedvességtartalom 3%, várható élettartam kb. 6 év

11 Romlást gyorsító 3. tényező: öregedési termékek Miért veszélyes a magas víz és öregedési termék tartalom? Víz és öregedési termék: gyorsítja a papír öregedését, csökkenti a buborékképződési küszöbhőmérséklet. Következmény: rövidebb élettartam, alacsony hőmérsékleten hő-megfutás, csökken a PD begyújtási szint, alacsonyabb villamos szilárdság, rövidzárlat.

12 Nedvesség és öregedési termék hatása a buborékképződésre - A nedvesség és öregedési termék jelenléte a részleges kisülések kialakulását azzal segíti elő, hogy a hőmérséklet, a térerő, és a papírban lévő nedvesség együttes hatására buborékok keletkeznek az olajban. - Az a térerő, amelynél a buborékképződés megindul erősen függ a hőmérséklettől, nedvesség tartalomtól és a felhalmozódó olaj öregedési termékektől. - Üzemi, vagy túlterhelési hőmérsékletek mellett, nagyobb papír nedvesség tartalom ill. magasabb olaj öregedési termék felhalmozódás esetén a buborékképződés már 10 kv/cm térerősség mellett megindulhat. - Ezek hatására pedig részkisülések léphetnek fel, olyan geometriájú helyeken is, amelyeken a buborékok nélkül ez nem volna várható. - Az egyszer megindult részkisülés viszont már önfenntartó, kialvása rendszerint csak jóval kisebb térerőnél következik be.

13 Mit lehetne tenni a romlás megakadályozása ill. lassítása céljából? Normálhoz képest a javított karbantartással 30 évről akár 60 év fölé is kiterjeszthetjük a trafó élettartamát.

14 Trafó élettartam kiterjesztés olajregenerálással - A trafó élettartamát a papír élettartama határozza meg, a papír élettartamára gyorsító hatással van a víz és az olaj savtartalma, így adódik a megoldás: csökkenteni az olaj öregedési termék és víztartalmát. - Nemzetközi gyakorlat és IEC szabvány is van rá: olajregenerálás - Magyar és szlovák gyakorlat szerint az olajregenerálás hosszú távú javulás ad. Fuller-földes olajregenerálási technológia -Ez egy olyan eljárás, amely a mechanikai eszközökön túlmenően, adszorpciós úton távolítja el az oldható és oldhatatlan szennyeződéseket az olajból abból a célból, hogy jellemzőit, amennyire csak lehet, az eredeti értékre állítsa vissza. - Az olajregenerálásra vonatkozó szabvány: IEC 60422, MSZ IEC (Villamos berendezésekben alkalmazott ásványolaj-alapú szigetelőolajok ellenőrzési és kezelési útmutatója). -A regenerálást gyakran olajfinomítóban végezik, de végezhető a helyszínen is akár feszültség alatt is.

15 Transzformátor olaj regenerálása szükségessége -Ha az olaj tulajdonságai annyira megváltoznak, hogy veszélyezteti a trafó folyamatos üzemét, vagy jelentősen csökkentené a trafó élettartamát, akkor az olajregenerálás a megoldás. - Az olaj regenerálásra több angol szót használnak: Regeneration, Reclamation, Recycling. - Mind a három szó azt a folyamatot jelöli, amikor a használt, öreg, szennyezéseket tartalmazó olajat olyan kezelésnek vetik alá, amely alatt visszaállítják az új állapotát. - A folyamat alatt eltávolítják a vizet, az oldott gázokat, savakat, oxidációs termékeket, fém és más részecskéket, adalékanyagokat (ez utóbbi a regenerálás utolsó fázisában pótolva). - Ez a felújítási technika felmelegíti az olajat, szűri, vákuum technikával szárítja, gáztalanítja, majd Fuller-földdel megköti az öregedési termékeket. - A regenerált olaj lassabban öregszik, ezért kiterjeszti az olaj, ezáltal a papír, végső soron a transzformátor élettartamát. - A technika több mint 30 éve létezik, de a régebbi módszernél a szennyezett Fuller-földet meg kellett semmisíteni, ezért nem volt környezetbarát és növelte a költségeket. - Az itt bemutatandó szlovák REOIL eljárás költséghatékony, mert a Fuller-földet is regenerálják (re-adszorpciós folyamat).

16 Transzformátor olaj Fuller-földes regenerálása -A Fuller-föld általános kifejezés azokra az iparilag felhasznált anyagokra, amelyek nagy felülettel rendelkeznek és erős abszorbens tulajdonságuk van. - A Fuller-föld manapság számos anyag keveréke, lényegében egy granulátum, egy finomszemcséjű anyag, amely megköti a vizet, az olaj öregedési termékeit. - Az olaj regenerálás lényegében az olaj új állapotát állítja vissza de hatékonyabb, mint az olajcsere. - A teljes olajmennyiség többször átcirkulál a trafó tekercselés papírrétegei között, átöblíti a szilárd szigetelést. - Költséghatékonysági tulajdonság, hogy on-line végezhető: módszer rendkívül gazdaságos, mert nem kell le- és felszerelni, szállítani, stb., az amúgy is öreg trafót, és így elmaradnak ezek a magas járulékos költségek. -További előny az üzemelő trafónál, hogy hatékonyabb az eljárás, mert az állandó 100Hzes rezgés elősegíti, hogy a papír rétegei közül minél több öregedési termék kerüljön kimosásra.

17 A szlovák REOIL olajregeneráló rendszer sematikus rajza Az olaj útja: trafó szűrő fűtő egység Fuller-földes oszlopok vákuumkamra trafó.

18 Olajcsere vagy Fullerföldes kezelés? -Az olajcsere és olajregenerálás hatásosságának összehasonlításakor megállapítható, hogy a trafó élettartamának kiterjesztésére olajregenerálással egyértelműen hatékonyabb, gazdaságosabb és környezetkímélőbb eljárás. - Ez azért van, mert az öregedési termékek nagy része (kb. 9/10 része) a papírosban vagy annak felületén halmozódik fel, és csak 1/10 öregedési termék van az olajban. - Az egyszerű olajcserével csak ez az 1/10 öregedési termék kerül eltávolításra, az öregedési termékek 9/10 része a papírrétegek között marad és az újra bekapcsolás után az öregedési termékek egy része kimosódik a papírrétegek közül és az új olaj fizikai-kémiai paraméterei rövid időn belül hasonló rossz értékekkel fognak rendelkezni, mint olajcsere előtt voltak. - Fontos megjegyezni, hogy az öregedés során a papíros villamos paraméterei kevésbé romlanak a papír mechanikai szilárdságához képest, de ha a papír mechanikai szilárdsága egy adott érték alá csökken, az lénygében a transzformátor élettartamának a végét jelenti.

19 Fuller-földes technológia előnyei - Az olajregeneráláshoz manapság olyan mobil berendezések állnak rendelkezésre, amelyek az üzemelő transzformátor olaját is regenerálni tudják. - A regenerálás után a szabványok által az új olajra megadott paraméterek érhetők el, de az új olaj árához képest jóval olcsóbban. - A szlovák REOIL olajregenerálási technológia alapja egy Fuller-földes olajregenerálás és az azt követő re-adszorbeálási folyamat, amely lehetővé teszi, hogy kb. 300-szor, lehessen felhasználni az adszorbeáló töltetet. - Az adszorbens kiváló minőségű, ami lehetővé teszi az olajszennyeződés és öregedés termékek eltávolítását az olajból és ezzel visszaállíthatjuk az olaj eredeti tulajdonságait a MSZ IEC előírásainak megfelelően. - A REOIL berendezésen és trafón átcirkuláló olaj átmossa a szigetelést, folyamatosan távolítja el öregedési termékeket (korrozív ként is) és az olaj-papír dielektrikum állapota hosszabb időre lényegesen megjavul. -A regenerálás hatékonyságára és hosszú távú hatására jó példa a következő három ábra.

20 Transzformátor olaj regenerálásának hosszú távú hatékonysága Az alábbi ábrákon az egyes jellemzők - határfelületi feszültség, - veszteségi tényező, - savszám közvetlenül a regenerálás előtt, után, majd azt követő 9. évben lettek mérve. Az ábrákon jól látható, regenerálás után 9 év elteltével az olaj szinte az új állapotra jellemző paraméterekkel rendelkezett veszteségi tényező regenerálás előtt regenerálás után savszám regenerálás előtt Inhibitor inhibitálás regenerálás után

21 Transzformátor olaj-papír szigetelés diagnosztikája -Az élettartam kiterjesztés céljából igen fontos, hogy hatékony diagnosztikát alkalmazzunk, amelyek mind az olajregenerálás előtt, mind azután megbízhatóan jelzik a szigetelés állapotát, ezáltal meghatározható a regenerálás hatékonysága. - Az alábbi ábrán látható az RVM módszer hatékonysága: a regenerálás előtt és után felvett RVM görbék mutatják, hogy jelentős mennyiségű öregedési termék került eltávolításra.

22 Mobil olajregeneráló berendezés, amely alkalmas feszültség alatti, azaz működő transzformátoron olajregenerálást végezni.

23 Korrozív kén, hulladékgazdálkodás új törvénye Az olajregenerálás kapcsán röviden még két dolgot kell megemlíteni: korrozív kén problémáját és a hulladékgazdálkodást. Korrozív kén problémája Befejezetlen finomítás eredményeként, vagy nem megfelelő öregedésgátló (DBDS, dibenzildiszulfid) alkalmazásakor korrozív kénvegyületek maradhatnak az olajban, aminek következtében félvezető rézszulfid rakódik le a papír felületén, ami átütéshez vezethet. Az olajregenerálás ezt a nemkívánatos öregedésgátlót is eltávolítja az olajból. Hulladékgazdálkodás új törvénye - Az új törvényben nagyobb hangsúlyt kap a hulladékképződés megelőzése, ill. csökkentése, a használt termékek újra felhasználása, a termékek élettartamának meghosszabbítása, stb. - Minden tevékenységet úgy kell végezni, hogy az a környezetet a lehető legkisebb mértékben érintse, vagy a környezet terhelése és igénybevétele csökkenjen, biztosítsa a képződő hulladék mennyiségének és veszélyességének csökkentését, stb. Az olajregenerálás tökéletesen megfelel ennek a szemléletváltozásra ösztönző új törvénynek.

24 Konklúziók 1.A nagytranszformátorok még mindig olaj-papír szigeteléssel készülnek, így a menedzselésük még legalább 50 évig napirenden lesz. 2.Az olaj-papír szigetelésű transzformátorok élettartamát a szigetelőpapír állapota határozza meg. 3.A jelenleg használatban lévő szigetelőolajokat minőségtől és üzemeltetéstől függően kb év üzem után regenerálni kell, mert azután az olaj felhalmozódott öregedési termékei miatt a papíros romlása meggyorsul, idő előtt tönkremegy, ez pedig lényegében a trafó élettartamának korai végét jelenti évre tervezett trafó megfelelően üzemeltetve - a szigetelő papírost tekintve - jóval 50 éven túl is üzemben tartható. 5.Az olajregenerálás az olajcserénél mind műszakilag, mind pénzügyileg, mind pedig környezetvédelemi okok miatt hatékonyabb megoldás. 6.Regenerálással kezelhető az un. korrozív kén probléma is. 7.Az állapot és a biztonság ellenőrzésére a polarizációs spektrummódszerek a legjobbak (különös tekintettel az RVM (visszatérő feszültség) módszerre.

25 Köszönöm a figyelmet