tgδ módszerekkel

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

XII. Szigetelésdiagnosztikai Konferencia, Gárdony, 2012. október 10-12.

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


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.

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).

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).

Olaj-papír szigetelés egyensúlyi görbéi (Ommen görbék)


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

Kéttekercsű transzformátor tg delta mérésekor mérhető részkapacitások

CHL

CPS CPS+CP

N (10kV)

K (400V)

GST A+B

CHL+CHG

G

GSTg A+B

CHG

CPG

UST A

CHL

CPS CPS+CP

K (400V)

N (10kV)

GST A+B

CHL+CLG

G

GSTg A+B

CLG

CSG

Cpg

Vasma ag

UST A

Mért kapacitás

Szekund der

A tg delta mérő bekötése Mérési HV mód Cx „A”

Prime er

Cps

Csg

Ház G

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.


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, 2012. október 10-12.

Mérési eredmények értékelése - szigetelési ellenállás 630 kVA-es transzformátorok kondicionálása előtt mért szigetelési ellenállás, valamint ezekből számolt abszorpciós tényező (KA) értékei kb. 22,5°C hőmérsékleten. T= 22,5°C 630 kVA

N - K+F / 5 kV

K - N+F / 2.5 kV

N – K/ 5 kV

GΩ

GΩ

GΩ

R60/R15

KA=

R60/R15

KA=

R60/R15

KA=

62.2/31.7

1,96

54.36/28.8

1,89

80.7/54.1

1,49

53.2/ 28.9

1,84

44.5/16.4

2,71

75.6/57.6

1,31

62.6/52.3

1,19

26/15.8

1,65

68.1/34.4

1,98

56.9/48.6

1,17

15.9/7.8

2,04

63.2/48.9

1,29

[3]

[4]

[8]

[7]

Mérési eredmények értékelése - szigetelési ellenállás 630 kVA-es transzformátorok kondicionálása után mért szigetelési ellenállás, valamint ezekből számolt abszorpciós tényező (KA) értékei kb. 25°C hőmérsékleten. T=25.2 °C

N - K+F

5 kV

K - N+F

GΩ 630 kVA

[3]

[4]

2.5 kV

N-K

GΩ

5 kV GΩ

R60/R15

KA=

R60/R15

KA=

R60/R15

KA=

12.5/7.25

1,72

11.75.24

2,23

18.9/9.73

1,94

13.9/8.14

1,7

13.3/6.09

2,18

22/12.6

1,74

15.1/8.63

1,75

9.64/4.69

2,06

20.4/11

1,85

9.94/5.68

1,75

7.86/3.54

2,22

14.5/7.59

1,91

[8]

[7]

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 δ 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.

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 (CHL) kétszer kerül megmérésre). A veszteségi tényező/kapacitás méréseknél az egyes „részkapacitások jelentései: CHL 10kV-os és 0,4kV tekercsek közötti kapacitás CHG 10kV-os tekercs és földelt részek közötti kapacitás CLG 0,4kV-os tekercs és földelt részek közötti kapacitás

Mérési eredmények értékelése - veszteségi tényező 1. transzformátor mérési eredményei: 10,5/0,4kV, 160kVA, hagyományos módon szárítva Tan delta mérő kapcsolások C (nF)

Tan delta (104)

Test voltage (kV)

HV

Cx „A”

Mérési mód

Mért kapacitás

1U 1V 1W

2U 2V 2W 2N

UST A

CHL

3.015

37

10

1U 1V 1W

2U 2V 2W 2N

GST A+B

CHL+CHG

3.673

33

10

1U 1V 1W

2U 2V 2W 2N

GSTg A+B

CHG

0.658

15

10

2U 2V 2W 2N

1U 1V 1W

UST A

CHL

3.016

34

2

2U 2V 2W 2N

1U 1V 1W

GST A+B

CHL+CLG

6.696

36

2

2U 2V 2W 2N

1U 1V 1W

GSTg A+B

CLG

3.681

36

2


Mérési eredmények értékelése - veszteségi tényező 4. transzformátor mérési eredményei: 10,5/0,4 kV, 630 kVA, hagyományos módon szárítva Tan delta mérő kapcsolások C (nF)

Tan delta (104)

Test voltage (kV)

HV

Cx „A”

Mérési mód

Mért kapacitás

1U 1V 1W

2U 2V 2W 2N

UST A

CHL

5.255

35

5

1U 1V 1W

2U 2V 2W 2N

GST A+B

CHL+CHG

6.12

32

5

1U 1V 1W

2U 2V 2W 2N

GSTg A+B

CHG

0.865

12

5

2U 2V 2W 2N

1U 1V 1W

UST A

CHL

5.255

34

2

2U 2V 2W 2N

1U 1V 1W

GST A+B

CHL+CLG

13.17

36

2

2U 2V 2W 2N

1U 1V 1W

GSTg A+B

CLG

7.913

36

2


Mérési eredmények értékelése - veszteségi tényező 5. transzformátor mérési eredményei: 10,5/0,4 kV, 160 kVA, új, LF technológiával szárítva Tan delta mérő kapcsolások C (nF)

Tan delta (104)

Test voltage (kV)

HV

Cx „A”

Mérési mód

Mért kapacitás

1U 1V 1W

2U 2V 2W 2N

UST A

CHL

2.924

24

10

1U 1V 1W

2U 2V 2W 2N

GST A+B

CHL+CHG

3.591

22.5

10

1U 1V 1W

2U 2V 2W 2N

GSTg A+B

CHG

0.667

16

10

2U 2V 2W 2N

1U 1V 1W

UST A

CHL

2.925

24

2

2U 2V 2W 2N

1U 1V 1W

GST A+B

CHL+CLG

6.677

39

2

2U 2V 2W 2N

1U 1V 1W

GSTg A+B

CLG

3.753

51

2


Mérési eredmények értékelése - veszteségi tényező 7. transzformátor mérési eredményei: 10,5/0,4 kV, 630 kVA, új, LF technológiával szárítva Tan delta mérő kapcsolások C (nF)

Tan delta (104)

Test voltage (kV)

HV

Cx „A”

Mérési mód

Mért kapacitás

1U 1V 1W

2U 2V 2W 2N

UST A

CHL

5.214

28

5

1U 1V 1W

2U 2V 2W 2N

GST A+B

CHL+CHG

6.077

26

5

1U 1V 1W

2U 2V 2W 2N

GSTg A+B

CHG

0.863

11

5

2U 2V 2W 2N

1U 1V 1W

UST A

CHL

5.214

28

2

2U 2V 2W 2N

1U 1V 1W

GST A+B

CHL+CLG

12.8

35

2

2U 2V 2W 2N

1U 1V 1W

GSTg A+B

CLG

7.587

40

2


Az olaj főbb fizikai/kémiai tulajdonságainak vizsgálata

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. - A trafókba

Olaj főbb fizikai/kémiai tulajdonságainak vizsgálata: Nynas Nitro Lyra X Vizsgálatok megnevezése

Mértékegység

Átütési feszültség

Mért értékek „196”

„19”

„kék”

„110”

kV

75

76

76

75

Típikus Nynas Lyra X > 70

Határfelületi feszültség

mN/m

49,1

48,8

49,3

49,0

50

Veszteségi tényező

104tgδ

14

10

10

10

< 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/cm3

0,8609

0,8613

0,8584

0,8609

0,8609

Üledéktartalom

%m/m

mentes

mentes

mentes

mentes

mentes

Mechanikai szennyezés Külső

%m/m

mentes

mentes

mentes

mentes

mentes

-

tiszta,

tiszta,

tiszta,

tiszta,

tiszta,

áttetsző

áttetsző

áttetsző

áttetsző

áttetsző

Szinszám

fokozat

0

0

0

0

0

Inhibitor

%m/m

0,30

0,30

0,30

0,30

0,38

RVM mérések: 1. trafó: hagyományos szárítás, mérés a 10kV-os tekercsen, két domináns időállandó bejelölve


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.

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.

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. 1000

Rv (V)

100

1. tr CL After Cond HV

10

2. tr CL After Cond HV 3. tr CL After Cond HV 4. tr CL After Cond HV

1

0.1 0.01

Tc (s) 0.1

1

10

100

1000

10000

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.

Köszönöm a figyelmet


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

tgδ módszerekkel

Recommend Documents