Teljesítménytranszformátorok élettartamának meghosszabbítása Kis karbantartás-igényű, hermetikusan zárt transzformátorok öregedése

AZ ÜZEMFENNTARTÁS ÁLTALÁNOS KÉRDÉSEI 1.02 5.06

Teljesítménytranszformátorok élettartamának meghosszabbítása Kis karbantartás-igényű, hermetikusan zárt transzformátorok öregedése Tárgyszavak: élettartam; maradék élettartam; transzformátor; transzformátorolaj; öregedés; karbantartás; költségcsökkentés; szigetelés.

A transzformátor öregedési folyamata A költségek csökkentésének állandóan fokozódó kényszere és az energiaellátás nehézségei időszerűvé teszik a nagyfeszültségű és nagy teljesítményű transzformátorok tervezett élettartamát meghaladó működtetését, lehetőleg az ehhez szükséges tevékenységek helyszíni, sőt lehetőleg üzem közbeni végrehajtásának megvalósítását. A transzformátorok még kihasználható élettartamát nem az üzemidő években kifejezett tartama, hanem szigetelésének állapota határozza meg. Ezért a szigetelés állapotának javítására irányuló eljárások alkalmazása egyre inkább az érdeklődés középpontjába kerül. Alapvető fontosságú azonban, hogy ezeket a működés közben elvégezhető eljárásokat az irreverzibilis károsodások bekövetkezése előtt kell alkalmazni. A teljesítménytranszformátorok olaj–papír anyagú szigetelése már száz éve bevált. Az olaj, a papír és a prespán öregedése nagymértékben függ egymástól; az öregedési folyamatokat jelentősen befolyásolja a hőmérséklet, a nedvesség és az oxigén (1. ábra). Az öregedés lassításának alapja a nedvesség és az oxigén hatásának csökkentése, a transzformátorolajba bejutott víz és oxigén eltávolítása, illetve a transzformátor hermetikus lezárásával a légköri nedvesség és az oxigén behatolási lehetőségének megszüntetése. A szigetelés cellulóztartalmú elemei öregedésének állapotát a cellulóz depolarizációs foka (DP fok) adja meg. Ez az érték a cellulózban egymással összefüggő glükózgyűrűk átlagos számától függ. Új állapotban a cellulóz DP foka hozzávetőleg 1200. Az öregedés során csökken a DP fok, ezzel együtt romlik a szigetelőanyagok mechanikai szilárdsága.

a cellulóz tulajdonságainak romlása víz

oxigén

hőmérséklet

olaj/cellulóz dielektrikum

kémiai leépülés peroxidok, savak, járulékosan víz, oxigén

katalitikus hatás

mechanikai leépülés, dielektromos leépülés

villámlás eredetű és kapcsolási túlfeszültségek

szigetelés átütése

rövidzárlatok

1. ábra A hőmérséklet, a nedvesség és az oxigén jelentősen előmozdítják a leromlási folyamatokat Két alapvető öregedési folyamat különböztethető meg • Pirolízis (termikus depolarizáció) 150 °C feletti hőmérsékleteken következik be. A pirolízist a nagy aktiválási energia jellemzi, viszonylag független a levegő jelenlététől. Jellemzően pirolízisre visszavezethető öregedés helyi túlmelegedési (hot spot) jelenségek esetén figyelhető meg. A pirolízis reakciótermékei glükózok, víz, szén-monoxid és szén-dioxid. A pirolízis hatásai az alábbiakkal észlelhetők: – az olaj gáztartalmának elemzésével: az olaj termikus bomlása által keletkezett hasadási gázok és a szilárd szigetelésből származó szénoxidok fokozott képződése alapján; – az olaj minőségének meghatározásával: az olaj víztartalmának és savszámának növekedése alapján, amelyek az olaj állapotának általános romlását okozzák;

– a papír lebomlása alapján: víz lehasítása, a papírt tovább bomlasztó, kis molekulasúlyú savak képződése, furánok, főleg 2furfurál fokozott képződése, a papír elszenesedése. • Oxidatív hidrolízis, amely kis aktiválási energiájú folyamat, tehát már normális (100 °C alatti) hőmérsékleteken is lezajlik. Ilyen öregedési folyamatok oxigén és nedvesség jelenlétében még kikapcsolt transzformátorokban is bekövetkeznek. A reakciótermékeik felhasadt glükózgyűrűk, víz, savak és ketonok. A hatások az alábbiak alapján észlelhetők: – az olaj gáztartalmának elemzése szénoxidok fokozott képződésén kívül nem mutat ki különösebb változásokat; – az olaj minősége (savszáma, határfelületi feszültsége, veszteségi tényezője) romlik; – a szilárd szigetelőanyag a polimerizációfok gyors csökkenése következtében lebomlik. A lebomlási folyamatok során víz és savak keletkeznek, amelyek a cellulózláncok további bomlását okozzák. Normális működési hőmérsékleteken a hidrolízises és az oxidatív folyamatok egyidejűleg zajlanak. E folyamatok következménye az olaj és a szilárd szigetelő növekvő polárossága, nedvesség és iszap képződése. Ezek a termékek a cellulóz és az egész dielektrikum mechanikai és dielektromos romlásához vezetnek. A víz tehát hidrolitikus depolimerizáció révén oka, termikus és oxidatív depolimerizáció következtében eredménye a papír bomlásának. A savak és a ketonok katalitikus hatás révén gyorsítják a cellulóz öregedését; olajmolekulákhoz kapcsolódva pedig az olaj tulajdonságait rontják, azt polárossá teszik, és így vizet vehet fel.

Az öregedés csökkentési módjai Az elöregedett olajokban keletkezett bomlástermékek a víz oldási közvetítőjeként hatnak, és azt finoman emulgeált alakra hozzák. A cellulózszálakon fizikailag adszorbeált víz rendkívüli mértékben rontja az olaj dielektromos tulajdonságait, és veszélyeztetheti a transzformátor biztonságos működését. A nyersanyagoknak az utóbbi időben egyértelműen növekedő árai nyílvánvalóvá teszik, hogy a tervezett élettartamukat meghaladó transzformátorok is jelentős, fenntartásra érdemes értéket képviselnek. A szolgáltatók és az ipar köreiben a csökkenő redundancia, az egyre rövidebbé váló felülvizsgálati időközök, a berendezések egyre nagyobb terhelési

foka és ezzel egyidejűleg a rendszeres karbantartási tevékenységek korlátozása a hálózatban levő, kérdéses szigetelési állapotú transzformátorok számának növekedésére vezetnek. A transzformátorok szilárd szigetelőanyagának gondozása, a hibafolyamatok és az öregedés elemzése a szigetelőolaj állapot-ellenőrzésével lehetséges. A szigetelés nedvességtartalmának csökkentése, nem megfelelő minőségű olaj regenerálása, továbbá a hűtés optimálása egyértelműen növelik a transzformátorok élettartamát, és elkerülhetővé teszik a nem tervezett leállásokat. Mobil karbantartó rendszerek elterjedése – szárítás A transzformátorok olajtöltésének cseréje és regenerálása közötti választás során a műszaki szempontok mellett a költségeket is vizsgálni kell. Az új olaj árának egyértelmű emelkedésén túl számításba kell venni az időszakos kikapcsolás, a használt olaj ártalmatlanítása, valamint az üzemeltető személyi költségeit is, mindenek előtt az üzemszünet által okozott károkat. A jövőben a transzformátorok helyszíni karbantartását, szárítását, az olaj kezelését lehetővé tevő mobil rendszerek elterjedése várható. A jól bevált, kisfrekvenciás hevítő (LFH = Low Frequency Heating) eljárással 7–14 nap alatt ugyan kiváló, a kemencés szárításéval megegyező eredményeket lehet elérni, azonban erre az időtartamra a transzformátort le kell kapcsolni a hálózatról. Az áthidaló vezetékes (bypass) szárító rendszer működése ugyan sokkal lassúbb, azonban a transzformátor a kezelés közben tovább működhet, sőt adott esetben még a rendszer felszereléséhez sem kell leválasztani a hálózatról. Esetenként célszerű lehet a két eljárást úgy kombinálni, hogy egy tervezett leállás alatt gyors szárítást végeznek kisfrekvenciás hevítéssel, majd ezt követi az utószárítás vagy az állapot tartós fenntartása kerülővezetékes rendszerrel.

Olajcsere vagy regenerálás? A szigetelőolajjal szemben teljesen semleges hatású a molekulaszűrős bypass-technológia, amelynél még a szűrő telítődésekor sem fordulhat elő nedvesség visszadiffundálása vagy az olaj gázháztartásának megváltozása. Különösen részleges gáztalanítások során változik a gázok összetétele, és ez termikus vagy villamos hiba esetén megnehezíti az olaj gáztartalmának elemzését.

Például szolgáljon egy közepes teljesítményű ipari transzformátor szárítása, amelyet molekulaszűrős szárítóberendezéssel (Sitram Dry típus, adszorberbetét súlya 45 kg, a betét teljes telítésre vonatkoztatott vízkapacitása kereken 9 kg) végeznek. A berendezés különösebb karbantartást nem igényel, a szivattyún kívül más elhasználódó alkatrészt nem tartalmaz. A bemenő és a kimenő olaj víztartalmát mérő egység az adszorbeáló hatásosságának ellenőrzésére és a kiválasztott víz mennyiségének becslésére alkalmas. A példa 13,4 MVA teljesítményű, 23 000 kg olajat tartalmazó, ipari transzformátor stacioner szárításának eredményeit szemlélteti. A kezelés kezdetén az átütési feszültség jelentősen kisebb volt az IEC 60 156 szabványban előírt határértéknél. A 2. ábrán a szárítás eddigi eredményei láthatók. Világosan felismerhető a molekulaszűrős szárításra jellemző két folyamatfázis: • A szigetelőolajban oldott víz gyors adszorpciója és ezzel együtt az átütési feszültség egyértelmű csökkenése (2004. 08. 17. és 2004. 09. 14. között) • A szilárd szigetelőanyagból az olajba átmenő nedvesség kivonása (2004. 09. 14.-től a betétek teljes telítődéséig).

hőmérséklet, nedvességtartalom

bemeneti hőmérséklet

l 8

35 kimeneti nedvesség leválasztott mennyiség

30 25 20

bemeneti nedvesség

7 5 3

10

0

6

4

15

5

10

2 kimeneti hőmérséklet

leválasztott mennyiség

45 °C, ppm

1

0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 140 160 180 stacionárius szárítás

2. ábra Ipari transzformátor szárítása molekulaszűrős szárítóberendezéssel

Az összesített vízadszorpció mérése szerint 2004. 11. 30.-ig már kereken 6 liter víz adszorbeálódott. A molekulaszűrő teljes telítődése utáni regenerálása során a felvett vízmennyiséget elemzik, és a működés közbeni becslést pontosítják. A szárítás megszünteti ugyan a „víz” kockázati tényezőt, azonban az ismert szárítási eljárások alkalmazásakor a szigetelés termikus/kémiai bomlása során keletkező termékek az olajban és a szigetelésben nagyrészt visszamaradnak. Már a múlt század ötvenes évei óta ismert a transzformátorolajok derítőföldes (Fuller-földes) vagy kallóföldes kezelése. A derítő- vagy kallóföldek hatása tisztán adszorpciós, a transzformátorolajokat kémiailag nem változtatják meg. Az anyagok 125 m2/g adszorbeáló felületén a transzformátorolajban levő valamennyi bomlástermék lerakódik. A megöregedett transzformátorolaj folyamatos, derítővagy kallóföldes szűrése során a bomlástermékek kiválnak, és az olaj minősége nagyon megközelíti az új transzformátorolajét. A régóta ismert eljárás, többek között az olajjal és bomlástermékekkel telített derítő- vagy kallóföldek ártalmatlanításának problematikája miatt, rövid idő után veszített a jelentőségéből. 35 tonna 0,25 mg KOH/g bemeneti neutralizációs számú transzformátorolaj 0,01 mg KOH/g neutralizációs számra történő feldolgozásához 3500 kg derítő- vagy kallóföld szükséges. A felvett 2000 kg olajjal együtt kereken 5500 kg hulladékot kell ártalmatlanítani. A transzformátorból hiányzó olajat pótolni kell. Ezek az okok indokolták azt, hogy sok helyen elvetették a transzformátorolajok alapvetően pozitívan értékelendő újrafeldolgozását, és inkább cserélték az olajat. Az olaj regenerálása azonban, többek között a környezeti tényezők (erőforrások fogyása, ártalmatlanítás, ill. újrafelhasználás problémaköre) és az üzemszünetek elkerülése miatt egyértelműen előnyösebb az olaj cseréjénél. Az olajcsere problémái • • • • •

a használt és az új, a kétfajta olaj keverhetőségi problémái, környezeti nedvesség kerül a tartályba, a tekercsek mechanikai igénybevétele, a bomlástermékek és iszapok áthelyeződése, a bomlástermékek és iszapok nagyrészt a transzformátorban maradnak,

• gázbuborékok maradnak a tekercsekben (különösen vákuumos kezelés esetén), • kapcsolási problémák a ki-, ill. a visszakapcsolásnál. Az olaj regenerálásának előnyei • • • •

a működést nem kell szüneteltetni, az erőforrások kímélése, nagy tisztítási fok lehetséges, nedvesség járulékos eltávolítása.

Regeneráló eljárás A korszerű eljárások (pl. a Sitram Reg) nemcsak nagyon jó minőségű adszorbeáló anyagot használnak, hanem technikai szempontból olyan a felszerelésük, hogy az adszorbenst telítődés után közvetlenül a berendezésben regenerálják. A használt mennyiség felosztása két oszlopba, lehetővé teszi a regeneráló folyamat állandó fenntartását. Miközben az egyik oszlop a transzformátorolajat kezeli, addig a másik oszlop adszorbensét regenerálják. A berendezés működése során eltávolítja a használt transzformátorolajból az öregedési termékeket, és így az új olajnak megfelelő minőséget állít elő. A leválasztott szennyező anyagok külön tartályban gyűlnek össze, mennyiségük a tisztítás befejezése után az olajtöltés kereken 1%-át éri el. A szennyezést a használt transzformátorolajnak megfelelően kell minősíteni, és ártalmatlanításra vagy hasznosításra kell továbbítani. Az eljárás befejezéseként a transzformátorolajat oxidációgátló anyaggal adalékolják, és a hiányzó mennyiséget pótolják; az újnak megfelelő minőségű, regenerált olaj kockázat nélkül keverhető. A regenerálási folyamat a szilárd szigetelőből folyamatosan távolít el öregedési termékeket, és az olaj/papír dielektrikum állapota hosszabb időre megjavul. Az olaj tisztítása során a derítő- vagy kallóföldben keletkezett melléktermékeket a betétek ezt követő regenerálásakor extrahálják. Ehhez a folyamathoz csak kevés (villamos) energia szükséges, mivel a betéteket csak a folyamat megindulásakor kell felfűteni. Ezután a hőt az olaj lebomlási termékeinek katalitikus elégetése szolgáltatja. Ennél az oxidatív bomlásnál víz és nem mérgező gázok keletkeznek (3. ábra).

oxidatív bomlás

paraffinos C: Cp = 32% nafténes C: CN = 44% aromás C: CA = 24%

3. ábra Feltételezés szerinti olajmolekula A regeneráló eljárást alapvetően megelőző jelleggel kell alkalmazni. A szilárd szigetelés károsodása irreverzibilis. Az eljárás ugyan nagymértékben elöregedett transzformátorolajra is alkalmazható, azonban a szilárd szigetelés irreverzibilis károsodásának elkerülése érdekében célszerű időben használni. A szigetelés állapota így mindenképpen javul. A transzformátorbeli nedvesség esetéhez hasonló a helyzet, amennyiben az olaj és a szilárd szigetelés közötti anyagkoncentrációk egyensúlyi állapota alakul ki. A szilárd halmazállapotú szigetelés az olaj bomlástermékeit is tárolja. Figyelembe véve azt, hogy olajcsere esetén a teljes olajmennyiség 10–15%-a a transzformátorban marad, nyilvánvaló, hogy az olajcsere tisztító hatása csak nagyon kicsi lehet. Ezzel szemben az olajtöltés regenerálása következtében az egyensúlyi viszonyok eltolódnak, és azonnal megindul valamennyi beépült bomlásterméknek a szilárd szigetelőanyagból a környező olaj felé irányuló diffúziója. Az adszorbensen áthaladó, következő körfolyamnál ezek elkülönülnek és kiválnak a körfolyamból. A folyamat megfelelően magas hőmérsékletén a regenerált olaj iszapoldási tulajdonságai kiválóak, aminek következtében az alkalmazás során a már lerakódott olajiszapok visszaoldódnak és kiürülnek. A transzformátor működés közbeni kezelésének további előnyei: a tekercsektől a környező olaj felé irányuló hőmérséklet-gradiens fokozza a diffúziós nyomást, a mechanikai rezgések hozzájárulnak a lerakódott iszapok visszaoldódásához. Észak-amerikai és skandináv tapasztalatok igazolják az olajregenerálás utáni, az olajcserét messze meghaladó időtartamú stabilitást. A szilárd szigetelőanyagból kiinduló, a környező olajba irányuló diffúziós fo-

lyamatok ui. olajcsere után is azonnal megindulnak. A bomlástermékek a regenerálás esetétől eltérően azonban az olajban maradnak, és gyors öregedést okoznak. Az 1. táblázat 1999 óta (németországi adatok) elvégzett regenerálási műveletek reprezentatív középértékeit foglalja össze. 1. táblázat 1999 óta elvégzett regenerálások alapján meghatározott, hosszú idejű stabilitások középértékei Paraméter

Egység

Szín Neutralizációs szám, NZ mg KOH/g tan δ Határfelületi feszültség mN/m Átütési feszültség, Ud kV/2,5 mm 1

Új feltöltés Regenerálás Regenerálás előtt után (IEC 604221)

Három év után

4 0,26 0,096 20,5 62,5

1,5 0,03 0,009 40,5 67,5

<0,03 <0,010 >35 ≥50

1,5 <0,02 0,005 44,5 72,5

Transzformátorok üzemi olajának üzembe helyezés előtti specifikációja

A transzformátor hermetikus tokozása A transzformátorok öregedési folyamatának lassítására alkalmas másik eljárás a szigetelőolaj és a környező levegő érintkezésének teljes kizárása a transzformátor hermetikus tokozásával. Ez a gazdaságossági és környezetvédelmi szempontból egyaránt előnyös megoldás elosztóhálózati transzformátoroknál már régebben bevált, a közelmúltban azonban ezt a lehetőséget teljesítménytranszformátorokra is alkalmazták. A transzformátorok ingadozó üzemi hőmérséklete megköveteli az olaj számára tágulási térfogat létesítését. Ebben a tágulótartályban azonban az olaj a környezeti levegővel érintkezve nedvességet és oxigént vesz fel. A vízfelvétel csökkentésére nedvességelvonó betétet alkalmaznak. Ennek hatásossága az állapotától és a levegő áramlási sebességétől függ, azonban az olaj oxigénfelvételét nem gátolja. Az olaj és a levegő érintkezését a tágulótartályba szerelt hidrokompenzátor akadályozza meg (4. ábra). Ez elvben megoldja a hermetikus lezárás feladatát, a gyakorlatban azonban technikai nehézségek merülnek fel. A járulékos költségek mellett a membránok hosszú idejű megbízhatóságának kérdése, az olajszint meghatározásának bonyolultsága és általában az olajjal kapcsolatos tevékenységek nehézsége okoz gondot. A hidro-

kompenzátorban is használnak a levegő nedvességtartalmát csökkentő egységet.

tágulótartály hidrokompenzátorral levegő olaj

olaj

levegő olaj

olaj

4. ábra Hidrokompenzátoros transzformátor vázlatos rajza Az elosztóhálózati transzformátorok tökéletes hermetikus lezárását már régebben megvalósították. Ennél a megoldásnál a transzformátor hullámos falú tartálya alkotja a tágulótartályt. Ezt az elvet alkalmazták teljesítménytranszformátorokra (Areva Energietechnik GmbH). Ennél a megoldásnál a melegedéskor növekvő olajtérfogatot tágulóradiátorok veszik fel. Ezeket olyan különleges hegesztési eljárással gyártják, amelynek tartós szilárdságát hosszú időtartamú kísérletek bizonyították. Ez a szerkezet teljesen megszünteti a transzformátorolaj és a levegő érintkezését, és a levegő nedvességtartalmát csökkentő egység használata is felesleges. A tekercsek átkapcsolására külön olajtérben elhelyezett, vákuumos kapcsolóelemeket alkalmaznak. Mindkét olajtérnek külön túlnyomásbiztosító szelepe és külön tágulóradiátora van. Ezzel a megoldással elkerülhető gázok keletkezésével járó kapcsolási ív képződése az olajtérben. A transzformátorolaj hőmérsékletét a fedélre szerelt, az olajba merülő szonda érzékeli, ennek jelei vezérlik a hűtőventilátorok működését.

A transzformátorokat a szokásos védelmi eszközökkel szerelik fel, az esetleges gázképződést mindkét olajtérben külön elemek érzékelik. A kapcsolótérben lévő ellenállások melegedése által okozott túlnyomást adott értéknél mágnesszeleppel a külső légtérbe engedik le. Üzemi tapasztalatok egy hermetikusan zárt transzformátorral A hermetikusan zárt transzformátor kevesebb karbantartást, kisebb olajmennyiséget igényel, élettartama lényegesen nagyobb, a csővezetékek, a tágulótartály elmaradása miatt anyagszükséglete is kisebb. A gyakorlatban bevált konstrukció tulajdonságait egy 80 MVA teljesítményű, 110/20 kV-os, ±16% szabályozási tartományú, 10 fokozatú Onan/Onaf hűtőrendszerű transzformátor szemlélteti. A működést felügyelő rendszer a külső hőmérsékletet, a transzformátor és a kapcsolótartály hőmérsékletét és nyomását, az üzemi áramot, a fokozatkapcsoló helyzetét és a működtető motor teljesítményét érzékeli és feljegyzi. A transzformátor egyévi, üzemzavar nélküli működése után vett olajminta elemzése semmilyen káros gázt nem mutatott ki az olajban, és egyértelműen kizárta az olaj öregedését. Az olajban oldott oxigén, a CO/CO2 arány kisebb volt a hasonló üzemidejű és terhelésű hagyományos, közepes teljesítményű transzformátorok hasonló értékeinél. A transzformátorba kívülről nem jutott víz. A rendszert úgy méretezik, hogy a kapcsolók biztonságos működése érdekében a kapcsolótérben mindig valamivel nagyobb legyen a nyomás, mint a transzformátor olajterében. A jelenleg működő 26, hermetikus transzformátorral szerzett tapasztalatok felvetik a továbbfejlesztés lehetőségeit. A teljesítménytranszformátorok jelenlegi méretezése során a tekercselés és a hűtőolaj közötti hőmérséklet-különbséget leíró, helyi túlmelegedési forró pontnak van fontos szerepe. Jelenleg a réz maximális közepes hőmérsékletét 105 °Cnak, a hozzá tartozó forró pont hőmérsékletét 118 °C-nak veszik fel. Ezek az értékek a ma alkalmazott anyagok tulajdonságain, valamint ezek nedvesség és oxigén jelenlétében bekövetkező, elméletileg meghatározott öregedésén alapulnak. A tekercs belsejének legmelegebb tartományaiban magasabb hőmérsékletet elviselő szigetelőanyagokat alkalmazva, a transzformátor teljesen hermetikus lezárása esetén magasabb méretezési hőmérsékleteket lehetne megengedni, amelyek azonban így nem okoznának gyorsabb öregedést.

Utólagos hermetizálás – a cellulóz nedvességtartamának csökkentése Trafoseal-módszer Már üzemben levő transzformátorok utólagos hermetizálásának lehetséges megoldását kínálja a Trafoseal-módszer, amely a transzformátor működési határfeltételeinek módosításával lehetővé teszi a papírszigetelés leromlási sebességének csökkentését. A módszer alapvető szempontja a transzformátorban a cellulóz átlagos nedvességtartalmának csökkentése max. 1–2%-ra, továbbá a légnedvesség és az oxigén transzformátorba behatolásának hosszú idejű csökkentése; így a papír további öregedése és az oxidációs öregedés lassul vagy teljesen leáll. A módszer alkalmazásának várható előnyei: a megvalósítás kis beruházásigénye és időszükséglete, a felszerelés csak rövid idejű üzemszünetetet igényeljen, továbbá a megbízhatóság és a kis karbantartásigény. A fenti követelményeket kielégítő rendszer vázlatát az 5. ábra szemlélteti. tágulótartály leválasztószelep Buchholz-relé

iszapleeresztő szelep szűrőprés csatlakozója

második Buchholz-relé transzformátortartály

„forró” csővezeték „hideg” csővezeték membránként viselkedő réteg Trafosel II tartály

5. ábra A Trafoseal II transzformátorhoz való csatlakoztatásának vázlata, a tágulótartályban szabad olajszintet tartva A legtöbb transzformátoron vannak csatlakozási pontok, ezek a transzformátortartály szűrőberendezésének csőkivezetése és az alsó

iszaptalanító csatlakozója, illetve a tágulótartály iszapleeresztő csatlakozója. A szokásos kivitelezéstől eltérően a Trafoseal-rendszerben a transzformátortartály felső kivezetését nem csatlakoztatják közvetlenül a tágulótartályhoz, hanem az újszerű hermetizálás úgy gátolja a szennyezők behatolását, hogy megakadályozza a transzformátortartályból jövő forró olaj és a tágulótartályban levő hideg, levegővel és nedvességgel szennyezett olaj szabad keveredését. A Trafoseal-tartályban a forró és a hideg olaj között spontán kialakuló határrétegben egy termikus réteg képződik, amely flexibilis, vízszintes „membránként” viselkedik. A Trafoseal-rendszert a tágulótartály iszapleeresztő szelepe és a transzformátor tartályán levő szelep nyitásával, majd ezt követően a transzformátor és a tágulótartály közötti tolózár lezárásával helyezik üzembe. Az újszerű rendszerben a tágulótartály szerepe nem változik. A transzformátor hőmérsékletének emelkedésekor a forró olaj a „forró” csővezetéken keresztül a Trafoseal-tartály felső részébe kerül, abban lefelé eltolja a membránként viselkedő réteget; eközben a tartályból ugyanilyen mennyiségű hideg olaj áramlik a „hideg” csővezetéken keresztül a tágulótartályba. A transzformátor hőmérsékletének csökkenésekor ez a folyamat ellentétes áramlási iránnyal zajlik le, a membránként viselkedő réteg a tágulótartályból érkező hideg olaj hatására felfelé tolódik el. A transzformátortartály és a tágulótartály közvetlen kapcsolatának lezárásával a meglévő gázérzékelő (Buchholz-) relé működése korlátozottá válik, csak a transzformátortartályban keletkező gázmennyiséget érzékeli, ezért a „forró” csővezetékbe egy további gázérzékelő relét kell szerelni, amely a transzformátortartály és a tágulótartály közötti, túlzott áramlást jelzi. A módszer hatékonyságának vizsgálata A transzformátorok új típusú hermetizálása hatásosságának vizsgálatára két, azonos terhelésű transzformátor melegedési viszonyait vizsgálták termokamerával. Ez igazolta a transzformátorolaj tervezett áramlását. A viszonyok mennyiségi elemzésére egy 17 MVA teljesítményű transzformátor működési jellemzőit határozták meg Trafoseal-berendezéssel, vagyis hermetizálással, illetve anélkül. A kísérlet megkezdése előtt a transzformátorolajat normális működés közben gáztalanították, majd a második lépésben a vákuumszeparátort lekapcsolták. Az olaj N2

és O2 gázokkal történő telítési dinamikáját folyamatosan követték, közben mérték az olaj CO-, CO2- és H2-tartalmát is. A vizsgálat időtartama kb. két hónap volt. Az eljárás lépései: A Trafoseal II rendszer felszerelése – az olajtöltés gáztalanítása – a gáztartalom gázkromatográfiás, online mérése (amikor a legtöbb mért gáz mennyisége állandósult állapotba került, ekkor a gáztalanító berendezést kikapcsolták és elkezdődött a transzformátor olajtöltésének telítődése) – a transzformátor ismételt üzembe helyezése után a gáztalanító berendezést újra bekapcsolták, és ezzel a transzformátor tartályában levő olajat gáztalanították – az olaj N2- és O2tartalmának stabilizálódása után a szeparátort ismételten kikapcsolták. Az olaj légköri gázokkal való, szokásos telítődését a transzformátortartály és a tágulótartály közötti szelep nyitásával valósították meg, és egyúttal a transzformátortartályon levő szelepet zárva üzemen kívül helyezték a Trafoseal-berendezést. A karbantartás miatt szükségessé vált lekapcsoláson kívül a transzformátort mindig névleges terheléssel működtették. A Trafoseal-elvű hermetizálás hatásfokának mennyiségi meghatározásához a transzformátor a környezetből származó, inert gázzal (az adott esetben nitrogénnel) szennyeződését mérték, ennek meghatározásához magának a transzformátortartálynak az olajtöltését használták. Az eljárás a gáztalanított olaj térfogatát Vn térfogatú, pontosan definiálható és homogén felfogó kapacitásnak tekinti, amelybe a környezetből bevezetik az inert gázt. E gáz mennyiségének növekedési sebessége adja meg az adott gázt leadó forrás hozamát.

Következtetések A Trafoseal-rendszer működési jellemzőinek első vizsgálata azt mutatja, hogy ez a hermetizálási eljárás egyértelműen elősegítheti az eddig hermetizálás nélkül működtetett teljesítménytranszformátorok élettartamának növekedését. Ez a megállapítás mindenekelőtt megöregedett teljesítménytranszformátorokra érvényes, mivel • kicsik a beruházási költségek – ezek az eddigi számítások szerint nem haladják meg a harmonikatartályos hermetizálás összes költségeinek 30–50%-át; • univerzális alkalmazási lehetőségek – a Trafoseal további szerkezeti módosítások nélkül minden transzformátorra csatlakoztatható;

• a Trafoseal kezelést, karbantartást nem igényel; • működésének felügyelete nem szükséges, mivel a membránként viselkedő réteg nagyon stabil fizikai folyamaton alapszik, amely a folyadékban spontán módon csak hőmérséklet-változás hatására jön létre, és amelyet hosszabb időn át nem lehet megzavarni. Az eddig elvégzett és még folytatott vizsgálatok szerint az ilyen típusú hermetizálás a cellulózalapú szigetelés oxidációs öregedését lassíthatja. Összeállította: Pálinkás János Irodalom Thieß, U.; Ellmann, A.: Verfahren ohne Betriebsunterbrechung. Lebensdauerverlängerung für Leistungstransformatoren. = EW das Magazin für die EnergieWirtschaft, 104. k. 3. sz. 2005. jan. 24. p. 30–36. Hofmann, F.; Bark, H.-G.: Vorteile des Hermetiktransformators. Reduzierte Wartung und Alterung bei hermetisch geschlossenen Leistungstransformatoren. = EW das Magazin für die EnergieWirtschaft, 104. k. 3. sz. 2005. jan. 24. p. 38–41. Altmann, J.: Kostengünstiges und wartungsloses Verfahren. Quantitative Beurteilung der Trafoseal-Hermetisierung eines Leistungstransformators. = EW das Magazin für die EnergieWirtschaft, 105. k. 6. sz. 2006. márc. p. 50–55.

A KARBANTARTÁS TÉMAKÖRÉVEL KAPCSOLATOS KÖZLEMÉNYEK EGYÉB KIADVÁNYAINKBAN Új lehetőségek légcsatolású ultrahanggal a roncsolásmentes anyagvizsgálatban. = BME OMIKK ♦ Minőségirányítás – műszaki ellenőrzés, 2006. 8. sz. p. 46–56. Autópályák acélszerkezeteinek hosszú távon biztonságos korrózióvédelme. = BME OMIKK ♦ Munkavédelem – ergonómia, 2006. 8–9. sz. p. 25–32. Tanulni a balesetekből – 2004-es svájci villamos baleseti statisztika. = BME OMIKK ♦ Munkavédelem – ergonómia, 2006. 8–9. sz. p. 61–73.

ÚJDONSÁG! Tisztelt Előfizetőnk! Örömmel tájékoztatjuk, hogy

2007-ben a megrendelt nyomtatott vagy elektronikus folyóiratokon felül – hűsége jutalmául –

Ön ingyen kap egy új, plusz szolgáltatást! Választhat az alábbi két lehetőség közül: • Kaphat az Ön által megrendelt folyóirathoz tartozó full-text adatbázis szegmenséhez való internetes hozzáférési lehetőséget 2002–2004-ig terjedő időtartamra, vagy • Igényelhet irodalomkutatást a www.info.omikk.bme.hu/temafigyeles/temajegyzek.pdf honlapon megtekinthető általunk feldolgozott szakterületek szerint. Mindehhez csak annyit kell tennie, hogy továbbra is előfizetőnk marad. Minden további kérdés esetén készséggel állunk rendelkezésére: Értékesítési és Marketing Csoport Tel.: 457-5355 vagy 457-5354 Tel./fax: 457-5356 e-mail: [email protected]