1

dr. sc. Miroslav Poljak Boris Bojani, dipl. ing KonarInstitut za elektrotehnku d.d KonarMjerni transformatori d.d. mpoljak@koncar-institut.hr boris.bojanic@koncar.hr

KAKO SPRIJEITI EKSPLOZIJE MJERNIH TRANSFORMATORA

SAETAK U lanku je opisana metodologija i ispitni postupak kojima bi se potencijalne eksplozije mjernih transformatora u pogonu svele na zanemarivo malene vrijednosti. Uvodno su statistiki interpretirani rezultati ankete o uzrocima kvarova razliitih tipova mjernih transformatora od kojih se oko 90% razvija postepeno i traje od nekoliko sati do nekoliko mjeseci. Meunarodna elektrotehnika komisija (lEC) pred usvajanjem je normiranog postupka prema kojem bi mjerni transformatori morali izdrati efekte unutarnjeg luka. Autori se kritiki osvru na ovaj prijedlog obrazlaui njegove glavne nedostatke. Na temelju prorauna i eksperimentalnog istraivanja na modelima i strujnom transformatoru 123 kV dokazuju da se mehanizam koji dovodi do eksplozije mjernih transformatora ne moe dovoljno dobro simulirati na nain kako je prijedlogom nove IEC norme opisano. Predlae se novi koncept smanjenja eksplozija mjernih transformatora u pogonu nazvan pouzdan protiv eksplozije koji se sastoji od dodatnih komadnih i specijalnih ispitivanja te uporabe ureaja za mjerenje ili detekciju porasta tlaka ulja u transformatoru. Osnova predloenih ispitivanja je u istraivanju Volt-sekundnih znaajki napona nastanka parcijalnih izbijanja u uljno-papirnoj izolaciji mjernih transformatora.

Kljune rijei: mjerni transformator, kvar, ispitivanje, unutarnji luk, Weibullova distribucija

HOW TO PREVENT INSTRUMENT TRANSFORMER EXPLOSIONS

SUMMARY

The methodology and test procedure for the reduction of possible explosions of instrument transformers in service to negligibly low values is described. As the introduction, an interpretation of statistical results of a poll about different types of faults in instrument transformers is given, showing that about 90% of them develop gradually, taking from several hours to several months. International Electrotechnical Commission (IEC) is about to adopt a standardised procedure providing that instrument transformers should withstand the effect of internal arc. The authors take a critical view of the procedure, explaining its main flaws. On the basis of calculations and experimental research on models and 123 kV current transformer it is shown that the mechanism causing explosions of instrument transformers cannot be simulated well enough in the way provided for in the draft of the new IEC standard.

A new concept of reduction of explosions of instrument transformers in service called explosion safe is proposed. It includes additional type and special tests, and usage of devices for detection or measurement of oil pressure rises in transformers. The proposed tests are based on the investigation Volt-time Relationships for PD Inception in Oil-paper Insulation.

Key words: instrument transformer, failure, test, internal arc, Weibull distribution

8. savjetovanje HRO CIGR Cavtat, 4. - 8. studenoga 2007.

HRVATSKI OGRANAK MEUNARODNOG VIJEA ZA VELIKE ELEKTROENERGETSKE SUSTAVE CIGR

A3-11

2

1. UVOD Pouzdanost elektroenergetskog sustava vaan je imbenik u sve sloenijim zahtjevima za opskrbom elektrine energije. Kvarovi komponenti sustava izravno smanjuju njegovu pouzdanost pa se zadnjih godina izuzetna panja posveuje njihovoj analizi, tumaenju i stvaranju uvjeta da se isti sprijee. Mjerni transformatori u sustavu imaju vanu ulogu kod obrauna potronje elektrine energije i zatite ostalih komponenti sustava, pa je prouavanje i statistika obrada njihovih havarija redovito zaokupljala znanstvenu i strunu panju. Eksplozija mjernog transformatora najtei je oblik kvara i kao posljedicu redovito ima:

- direktan troak zamjene mjernih transformatora - direktne trokove zamjene susjedne opreme oteene u eksploziji.

Nije rijedak sluaj da ovaj tip kvara uzrokuje indirektne tete uslijed neisporuene elektrine energije za vrijeme otklanjanja njegovih posljedica. S veoma malom vjerojatnou treba raunati i na ozljede osoblja u elektroenergetskom postrojenju. Pomna analiza dvije meunarodne ankete organizirane u okviru meunarodne CIGRE-a, viegodinja diskusija u radnim skupinama IEC-a, nagnala je autore da dodatno teorijski i eksperimentalno istrae fenomen eksplozije mjernih transformatora u pogonu. Najvaniji rezultati tih istraivanja sistematiziran su u prijedlogu ispitnih postupaka i drugih mjera ijom bi se primjenom eksplozije mjernih transformatora drastino smanjile odnosno gotovo sprijeile. 2. KVAROVI MJERNIH TRANSFORMATORA MEUNARODNA ANKETE Spomenutim anketama CIGRE-a obuhvaeni su kvarovi visokonaponskih (Um72,5kV) mjernih transformatora u petnaestak drava. Prva anketa obuhvaala je razdoblje od 1970. do 1986. godine [1] i ukljuivala je 136033 transformatora, dok je druga ukljuivala 131207 transformatora u razdoblju od 1985. do 1995. godine. Kako te dvije ankete nisu bile koncipirane na isti nain njihovi rezultati su teko meusobno usporedivi. Mi emo se stoga preteito osvrnuti na novija istraivanja i to tako da statistiki analiziramo samo tzv. velike kvarove, njihove uzroke, metode otkrivanja i poduzete radnje da se oni smanje. Veliki kvar je definiran kao iznenadan dogaaj popraen eksplozijom i koji je uzrokovao trenutni ispad ili iskljuenje. U ostale kategorije spadaju mali kvar i defekt. Kada se govori o statistikoj obradi kvara razlikujemo dva pojma, udio kvara i relativni udio kvara. Pod udjelom kvara smatra se omjer broj kvarova u promatranom razdoblju i ukupnog broj transformatora na kraju razdoblja izraen u postocima. Ako se udio kvara podjeli s brojem godina u promatranom razdoblju dobije se relativan udio kvara koji onda govori o vjerojatnosti nastanaka kvara u periodu jedne godine. U tablici I pokazan je udio velikih kvarova (eksplozija) mjernih transformatora u ovisnosti o ukupnom broju registriranih kvarova te ukupnom broju instaliranih mjernih transformatora. Analiza je dana po tipovima mjernih transformatora. Tablica I. analiza uea velikih kvarova (eksplozija) u odnosu na ukupan broj kvarova i broj instaliranih

transformatora

Vrsta transformatora

br. velikih kvarova (1)

ukupan br. kvarova (2)

br. instaliranih transf. (3)

veliki kvar/ uk. kvarovi (1)/(2)*100

udio velikih kvarova

(1)/(3)*100

udio uk. kvarova

(2)/(3)*100 Strujni

261 1024 65190 25,5 0,40 1,57

Induktivni naponski 85 537 19215 15,8 0,44 2,79

Kapacitivni naponski 60 624 22784 9,6 0,26 2,74

Kombinirani 54 819 24018 6,6 0,22 3,41

Ukupno 460 3004 131207 15,3 0,35 2,29

Na temelju podataka iz Tablice I moemo zakljuiti da broj eksplozija mjernih transformatora u odnosu na ukupan broj detektiranih kvarova iznosi 15,3 %. Udio eksplozija u ukupnim kvarovima znaajno je vei kod strujnih transformatora nego kod ostalih vrsta iako je udio ukupnih kvarova kod

3

strujnih transformatora najmanji. To se moe objasniti injenicom da se defekti naponskih i kombiniranih transformatora esto manifestiraju promjenom sekundarnog napona pa se reagirati moe prije npr. mjerenjem napona otvorenog trokuta. Naglasimo da je relativni udio kvara, podatak koji govori o godinjem broju kvarova u konkretnom sluaju 10 puta manji. Tako na temelju podataka iz Tablice I moemo rei da se na 10000 instaliranih transformatora tijekom jedne godine statistiki pokvari 22,9 od kojih 3,5 eksplodira. Interesantna je analiza o uzrocima nastalih kvarova, pri emu su mogui uzroci podijeljeni u est kategorija:

1. konstrukcijska greka uslijed krivih dielektrinih i mehanikih prorauna ili koritenja neadekvatnih materijala

2. neodgovarajua kontrola kvalitete koja obuhvaa pogreke u montai, oneienje izolacijskog sustava curenje impregnanta i slino

3. starenje ako se radi o transformatorima starijim od 25 godina 4. prenaponi atmosferskog podrijetla uslijed udara groma 5. rad u izvan nazivnim uvjetima kao to je ferorezonancija, izbijanje voda ili kabela, potres, kvar na

susjednoj opremi ili slino 6. neodgovarajue odravanje to ukljuuje nestrunu montau i putanje u pogon 7. nepoznato

U Tablici II prikazani svi uzroci velikih kvarova (eksplozija) u postocima prema ukupnom broju kvarova za sve vrste mjernih transformatora

Tablica II. uzroci eksplozija mjernih transformatora u %

Uzrok kvara Strujni

ukupno = 261 Induktivni naponski

ukupno = 85 Kapacitivni naponski

ukupno = 60 Kombinirani ukupno = 54

Konstrukcijska greka 34,5 54,1 43,3 59,3

Kontrola kvalitete 17,2 7,1 16,7 0,0

Starenje 10,3 1,2 26,7 0,0

Prenaponi 8,4 17,6 3,3 29,6

Izvan nazivni uvjeti 3,1 13,0 3,3 9,2

Odravanje 0,4 1,2 0,0 0,0

Nepoznato 26,1 5,9 6,7 1,8

Evidentno je da je oko polovice eksplozija mjernih transformatora uzrokovano konstrukcijskom grekom, uzrok velikog broja eksplozija je nepoznat naroito kod strujnih transformatora. Kod induktivnih naponskih i kombiniranih mjernih transformatora prenaponi su mnogo ei uzronik kvara od ostalih vrsta mjernih transformatora. Razlog tome najvjerojatnije je nejednolika raspodjela napona uzdu primarnog namota induktivnog naponskog transformatora bilo da se radi o samostalnoj jedinici i sastavnom dijelu naponskog transformatora. Isto vrijedi i za izvan nazivne uvjete to se moe pripisati pojavi ferorezonancije kod induktivnih naponskih transformatora. Za poduzimanje adekvatnih mjera za spreavanje eksplozija mjernih transformatora osim uzroka vano je imati podatke kako su kvarovi otkriveni. Dodatna anketa CIGRE-a pokazuje kvantitativno naine otkrivanja kvara i to:

- 63 % redovitim vizualnim pregledom i odravanjem - 13 % na temelju djelovanja zatite sustava - 11 % na temelju monitoringa transformatora (naponski transformatori) - 8 % nekom drugom metodom - 4 % na temelju kvara sline opreme - 1 % neplaniranim pregledom postrojenja

Uzimajui u obzir uzroke i nain otkrivanja kvarova moemo zakljuiti da se velika veina kvarova sporo vremenski razvija. U tu grupu spadaju svi oni kvarovi koji nisu otkriveni djelovanjem relejne zatite

4

sustava te jedan dio otkriven i na taj nain. to se tie uzroka kvara u sporo razvijajue kvarove ne spada dio kvarova uslijed prenapona i ferorezonacije. Temeljem ovih injenica moe se procijeniti da 85-95 % eksplozija mjernih transformatora su rezultat sporih procesa. Kao takve mogue ih je na vrijeme otkriti ili predvidjeti. Kod transformatora s papirno-uljnom izolacijom, kvarovi koji se sporo razvijaju u pravilu za posljedicu imaju porast tlaka izolacijske tekuine. Senzorom za mjerenje tlaka ili tlanom sklopkom [2] mogue je na jednostavan i relativno jeftin nain sprijeiti eksploziju. Kako su korisnici reagirali na eksplozije i kvarove takoer se moe zakljuiti iz dodatne ankete [1]. Veina je poboljala odravanje i primijenila efikasnija dijagnostike metode. Neki su izmijenili nazivne parametre transformatora ili ak promijenili tip transformatora i proizvoaa. Paralelno pootreni su zahtjevi glede osiguranja kontrole kvalitete kod proizvoaa i vei naglasak dan na tipska i rutinska ispitivanja. 3. TO JE PODUZETO U IEC-u Poetkom 2000. godine u okviru IEC TC 38 Maintanance Team (MT) 30 pojavljuje se prijedlog da se u norme za mjerne transformatore uvrste definicije, zahtjevi i ispitivanja glede podnosivosti na eksplozivno djelovanje uslijed unutarnjeg luka. Poetni prijedlog odnosio se samo na transformatore izolirane plinom SF6, oslanjao se na praksu u SAD i Kanadi, a provjera ispitivanjem imala je karakter specijalnih ispitivanja. Definirane su dvije kategorije nazvane zatita od kvara na unutranji luk razred I i razred II. U prvu kategoriju spadaju oni transformatori kod kojih unutarnji luk moe uzrokovati lom izolatora i kuita, ali krhotine moraju biti unutar zadanog radijusa, dok se za drugu kategoriju lom nije dozvoljen. Struja koja inicira luk jednaka je kratkotrajnoj podnosivoj struji kratkog spoja (Ith) u trajanju od 0,2 sekunde, a dinamika struja jednaka je 2,5 puta termikoj. Mjesto nastanka luka odreeno je u podruju najjaeg elektrinog polja. Namjera ovog prijedloga imala je za cilj slijedee:

- istraiti to korisnici ele u danom trenutku - provocirati diskusiju na zadanu temu koja bi rezultirala boljim ispitnim prijedlogom - pokrenuti svijest o predmetnoj problematici vie nego deklarirati stupanj sigurnosti

transformatora lanovi IEC TC38 MT 30 veinom glasova zakljuuju da zahtjeve u pogledu unutranjeg luka treba proiriti i transformatore s uljno-papirnom izolacijom te se ve 2001. godine u okviru IEC 38 MT30 predlau dokumenti veoma slini prvom prijedlogu uz razliku da su kategorije zatita od kvara na unutranji luk razred I i razred II preimenovane u otporan na eksploziju (explosion resistant) i siguran od eksplozije (explosion proof). U prijedlogu se pokuava pojasniti izbor mjesta nastanka luka a ono se, kod strujnih transformatora, podudara s mjestom najjaeg dielektrinog naprezanja. lectricit de France (EDF) je od 1987. godine ispitivao strujne transformatore iji je Um245 kV na pojavu unutranjeg luka, a 1993 godine ispitivanje je proirio i na strujne, naponske i kombinirane transformatore iji je Um72,5 kV. Intencija je bila definirati transformatore s pojaanom sigurnou. EDF je za razliku od prijedloga IEC-a transformatore ispitivao sa strujama manjim od Ith opravdavajui to statistikom obradom struja kratkog spoju u svojoj mrei. Dinamika struja najmanje je jednaka 2,5 Ith, a vrijeme trajanja luka je od 0,525 do 2,5 sekundi. Analizom ispitivanja provedenih u EDF-u [3] pokazano je na temelju ispitivanja 20 transformatora da ureaj za rastereenje tlaka prorauje u vremenu od 15 do 100 ms, a da ulje zahvati plamen u vremenu od 45 do 125 ms pa se moe zakljuiti da je 0,2 sekunde dovoljno reprezentativno za ispitivanje. Nadalje pokazano je da energija koja s generira tijekom ispitivanja prema IEC metodologiji je vea od one EDF-ove. Takoer naglaava se da je kod inverznih strujnih transformatora, koji su eksplodirali u francuskoj mrei, utvreno da kvar gotovo uvijek nastaje na vrhu izolacijskog sustava koji je izvan porculanskog izolatora. Stoga je to mjesto odabrano kao podruje inicijalizacije luka. Za naponske transformatore sa zatvorenom jezgrom to je mjesto u kotlu na dnu transformatora. U fazi pripreme prijedloga norme najvie se diskutiralo o mjestu i struji inicijalizacije luka. Do danas su u tri navrata dokumenti predloeni nacionalnim odborima IEC-a na primjedbe i diskusiju. Poetkom 2004. godine u jednoj varijanti predlae se da mjesto nastanka luka za strujne transformatore inverznog tipa bude u glavi transformatora, dok za strujne transformatore iji je primarni namot oblika ukosnice, mjesto luka se locira na dnu transformatora, tonije u njegovom kotlu. Za naponske transformatore predlae se podruje najjaeg elektrinog polja. Ostali tehniki zahtjevi nepromijenjeni su u odnosu na poetne U slijedeoj varijanti prijedloga iz 2005. godine stoji da struja inicijalizacije luka iznosi 60-80% (Ith) pri emu je dinamika struja 1,7 puta vea. Zahtjevi na ispitivanje i kriteriji dani su Tablici III.

5

Tablica III. trajanje internog luka i kriteriji kod ispitivanja mjernih transformatora Efektivna struja unutarnjeg luka

Stupanj zatite

Trajanjeluka s

Siguran od eksplozije Otporan na eksploziju

1 0.2 Nema vanjskih uinaka osim prorade ureaja za rastereenje tlaka

< 40 kA

2 0.5 Nema krhotina (gorenje prihvatljivo)

1 0.1 Nema vanjskih uinaka osim prorade ureaja za rastereenje tlaka

40 kA

2 0.3 Nema krhotina (gorenje prihvatljivo)

Lom kuita i izolatora te vatra dozvoljeni, ali rasprsnuti djelovi moraju biti unutar povrine zadanog radijusa

Mjesto inicijalizacije luka za transformatore izolirane s plinom SF6 je mjesto najjaeg elektrinog polja. Za strujne transformatore s papirno uljnom izolacijom mjesto nastanka luka isto je kao u prijedlogu 2004.godine, a za naponske transformatore ovaj put se predlae kotao na dnu transformatora. Prijedlog je ponovno modificiran krajem 2005. na generalnom zasjedanju IEC TC 38 u Opatiji. Iz razloga da eksplozija transformatora u pogonu, koji je na temelju ispitivanja deklariran kao siguran od eksplozije, moe izazvati i pravne posljedice, sukladno amerikoj praksi predlau se kategorije zatita od kvara na unutranji luk mjerni transformatori razreda I ili II. Razred I zamjenjuje transformator koji je otporan na eksploziju, a razred II transformator siguran od eksplozije. Dodatno za mjerne transformatore izolirane papirno-uljnom izolacijom predvia se da mjesto inicijalizacije luka odredi dogovorno izmeu kupca i proizvoaa. Moe se iz prije izloenog zakljuiti da su este i ponekad oprene promjene osnovnog prijedloga rezultat mnogih kontroverzi. to je sporno u ovom prijedlogu? Kao prvo sporno je odstupanje od osnovne namjere da se dobije vrlo visoka pouzdanost mjernih transformatora u pogonu. Umjesto toga, to naroito vai za uljno-papirnu izolaciju, pokuava se nai kompromis i definirati minimum ispitnih modaliteta i zahtjeva kao bi neki od transformatora proao ispitivanja. Zatim sporan je iznos i dinamika komponenta struje luka. Koja se najvjerojatnija vrijednost te struje u energetskim sustavima moe razviti kod proboja mjernih transformatora trebalo bi i eksperimentalno provjeriti.

a) b)

Slika 1. mjesto najjaeg elektrinog polja inverznog strujnog transformatora a) i rezultati prorauna njegove jakosti b)

6

Definitivno je krivo predloeno mjesto nastanka luka kod mjernih transformatora s papirno-uljnom izolacijom. Prema prijedlogu, samo kvarovi koji nastaju unutar metalnog kuita donekle su pokriveni ispitivanjem. Kao to je poznato proboj ili preskok u izolacijskom sustavu moe nastati izmeu bilo koje dvije elektrode koje su na razliitom potencijalu pri emu vrijedi pravilo da su najvjerojatniji proboji na mjestima gdje je izolacija najjae dielektrino napregnuta. Kod visokonaponskih mjernih transformatora u pravilu to je uvijek na rubovima potencijalnih elektroda smjetenih unutar izolatora kako je pokazano na slici 1. za inverzni strujni transformator (crveni krug). Konstatacije da je najvjerojatnije mjesto nastanka kvara na vrhu transformatora na slici 1. oznaeno slovom K, koje se ak i u prijedlogu norme potencira rezultat su iskustva nekih korisnika. Prema miljenju autora ono je prije svega povezano s konstrukcijskim i tehnolokim pogrekama proizvoaa mjernih transformatora i mogu se relativno jednostavno otkloniti. Da bi potkrijepili tu tezu, 123 kV strujni transformator iz redovne proizvodnje, podvrgnut je izuzetno snanim dielektrinim ispitivanjima u skladu s dijagramom na slici 2.

Ispitni napon

0

50

100

150

200

250

300

350

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

t/h

U/kV

Slika 2. dijagram ispitivanja 123 kV strujnog transformatora u uvjetima ekstremnih dielektrinih naprezanja

a) b)

Slika 3. oteeni transformator nakon proboja a) i mjesto nastanka kvara i poetka elektrinog luka b)

7

Transformator je najprije podvrgnut naponu koji odgovara 80% kratkotrajnog nazivnog podnosivog napona industrijske frekvencije od 184 kV u trajanju od 24 sata. Idua 24 sata primijenjeno je 100% ispitnog napona, zatim 250 kV i 275 kV oba u trajanju od po 5 sati. Transformator je konano probio u 20 minuti primjene napona od 300 kV. Uinci pokusa pokazani su na slici 3. Slika 3. nedvojbeni je dokaz, da ako je izolacija mjernih transformatora dobro dimenzionirana i ako ne postoje skrivene tehnoloke ili druge pogreke, kvar uslijed djelovanja napona nastat e na mjestu najjaeg elektrinog polja gdje e se onda inicirati elektrini luk. U ovim uvjetima oekivati da transformator zadovolji kriterije siguran od eksplozije tehniki nemogua je misija. Stoga autori umjesto koncepta siguran od eksplozije (explosion proof) predlau koncept pouzdan protiv eksplozije (explosion safe). 4. MJERNI TRANSFORMATOR POUZDAN PROTIV EKSPLOZIJE Umjesto koncepta i strategije koja se proizlazi iz prijedloga IEC-a autori predlau novi koncept koji poveava pogonsku pouzdanost. Pod novim konceptom se podrazumijevaju ispitivanja i mjere, koji ako su ispunjeni mogunost eksplozije transformatora u pogonu svode na teoretsku. Transformatorom pouzdanim protiv eksplozije smatra se onaj transformator:

1. ija parcijalna izbijanja ne prelaze vrijednost 10 pC na kratkotrajnom nazivnom podnosivom naponu industrijske frekvencije (komadno ispitivanje)

2. ija parcijalna izbijanja, nakon ispitivanja sklopnim, atmosferskim i viestrukim odrezanim udarnim naponima, ne prelaze vrijednost 10 pC na kratkotrajnom nazivnom podnosivom naponu industrijske frekvencije, a porast koncentracije plinova otopljenih u ulju ne prelazi definirane vrijednosti (specijalno ispitivanje)

3. koji je opremljen senzorom nadtlaka ili slinim ureajem

Teoretsku podlogu za prvu tvrdnju nalazimo u istraivanjima ponaanja izolacije pod djelovanjem elektrinog polja [4] i [5] gdje je pokazano da se vjerojatnost nastanka parcijalnih izbijanja moe predstaviti Weibullovom raspodjelom. Eksperimentalnim putom dobiju se, za praktinu primjenu i analize interesantne i znaajne, krivulje napon-vrijeme ili takozvane volt-sekundne krivulje kojima se definira vjerojatnost neke pojave u ovisnosti o naponu i vremenu. Za zadanu vjerojatnost kao parametar krivulja napon vrijeme opisuje se matematiki jednadbom

tCU /= (1)

Da se pokazati da je eksponent praktino jednak za sve vjerojatnosti, pa se volt-sekundne

karakteristike mogu prikazati u relativnim vrijednostima. Referentnom vremenu R

tt = odgovara referentni

napon, a bilo kojem drugom vremenu t njegova postotna vrijednost (2).

= )/(100%RttU (2)

Eksponent moe odrediti i na temelju izraza (3):

)/ln(/)/ln( 1221 ttUU= (3) gdje su (U1,t1) i (U2,t2) dvije toke volt-sekundnih krivulja jednakih vjerojatnosti.

Postotne volt-sekunde karakteristike tri modela papirno uljne izolacije tipine za mjerne transformatore, ekstrapolirane na due vrijeme, prikazane su na slici 4. Krivulja vjerojatnosti nastanka parcijalnih izbijanja opada s vremenom po eksponencijalnoj funkciji iji eksponenti redom iznose = 0,0486 za modele debljine 2x1,25mm, = 0,0418 za modele debljine 2x1,00 mm te = 0,0350 za modele debljine 2x0,75mm.

U literaturi za izolacijske konfiguracije tipine za energetske transformatore taj koeficijent se kree od 0,019 do 0,059.

Dobiveni rezultati pokazuju da eksponent raste s debljinom izolacije izmeu potencijalnih obloga, to sugerira da je u praksi korisnije koristiti izolaciju s vie potencijalnih obloga.

8

2x0,75 mm

2x1,0 mm

2x1,25 mm

100

90 u /%

80

70

60

50

40

100

t /min

101

10 10 10 10 10 102 3 4 5 6 7

Slika 4. postotne vrijednosti volt-sekundnih krivulja za modele izolacije mjernih transformatora Koja je praktina primjena ovih istraivanja pokazat emo na primjeru modela koji je imao najdeblju izolaciju (crvena krivulja). Na temelju izraza (2) ili slike 4. da se pokazati da ako je neka izolacija na odreenom naponu izdrala bez parcijalnih izbijanja jednu minutu s istom vjerojatnou e bez izbijanja na pola toga napona biti u trajanju od 2,97 godina (1,56*106 min). U mreama visokog napona omjer nazivnog napona i jednominutnog podnosivog napona industrijske frekvencije iznosi od 0,28 do 0,37. Teoretski sad se moe pokazati da ako transformator nije imao parcijalna izbijanja pri ispitivanju jednominutnim naponom industrijske frekvencije, njegova izolacija bit e zadovoljavajua tisuama godina. U ovim istraivanjima utjecaj temperature i vlage nije uzet u obzir. Nadalje, treba naglasiti da je maksimalno trajanje ispitivanja ogranieno na ezdeset minuta pa je ekstrapolacija na dulje vrijeme moe biti upitna. U radovima koji tretiraju eksperimente s izolacijom energetskih transformatora [4] pokazano je da ekstrapolacija nije upitna do vremena 104 min, to odgovara vremenu od sedam dana. Zakljuivanje na dulji vremenski period teko je prihvatljivo bez prethodnih eksperimentalnih provjera iz jednostavnog razloga to mehanizam nastanka parcijalnih izbijanja nije dovoljno poznat, a moe biti promjenljiv s vremenom i tipom izolacije koja se modelira [6]. Drugu tvrdnju iz definicije transformatora pouzdanog protiv eksplozije zasnivamo na injenici da parcijalna izbijanja u pogonu mogu biti inicijalizirana atmosferskim i sklopnim prenaponima, te brzim prenaponima prvenstveno uzrokovanim sklapanjima rastavljaa. Odsustvo parcijalnih izbijanja nakon njihove laboratorijske simulacije pouzdan je kriterij kojim se izraava sigurnost transformatora u pogonu. Dodatno se nakon laboratorijske prenaponske simulacije moe kontrolirati sadraj plinova otopljenih u transformatorskom ulju ime se osjetljivost ispitnog postupka die na veoma visoku razinu Treu tvrdnju iz definicije transformatora pouzdanog protiv eksplozije ve smo elaborirali u prethodnim poglavljima. Konstatirajmo na ovom mjestu da e ureaj za registraciju porasta tlaka ulja u transformatoru biti efikasno sredstvo u sluaju mehanikog oteenja izolacije, prodora vlage u izolaciju i slinih pojava koje dovode do sporog razvoja kvara u transformatoru. Vidjeli smo u anketi CIGRE-a da je takvih priblino 90%.

9

5. ZAKLJUAK Na temelju istraivanja na modelima, sustavne analize ankete CIGRE-a o kvarovima mjernih transformatora, te ispitivanja na inverznom strujnom transformatoru za Um =123 kV kritiki je osporen pristup IEC-a koji ima za cilj spreavanje eksplozija mjernih transformatora u pogonu. Umjesto direktnih ispitivanja na uinke unutarnjeg luka, koji u mnogoemu ne odgovaraju pogonskoj slici kvara, predlae se novi nain poveanja pouzdanosti mjernih transformatora u pogonu. Opisana istraivanja i pogonsko iskustvo pokazuju da se pouzdanost glavne izolacije moe objektivno potvrditi u tvornici specijalnim, tipskim i rutinskom ispitivanjima. Ostaju problemi vezani uz kvarove namota, njihova teenja zbog kratkih spojeva, transporta, prodora vlage, curenja i slino. Ti kvarovi sporo generiraju plinove koji rezultiraju poratom tlaka. Opremanjem transformatora senzorom ili slinim ureajem za indikaciju porasta tlaka ulja moglo bi se na vrijeme sprijeiti gotovo 90% ozbiljnih havarija mjernih transformatora. Zbog toga novi koncept nazvan pouzdan protiv eksplozije se sastoji od:

- mjerenja parcijalnih izbijanja na nazivnom podnosivom naponu industrijske frekvencije (komadno ispitivanje) - mjerenja parcijalnih izbijanja nakon ispitivanja viestrukim odrezanim udarnim naponom,

atmosferskim i sklopnim udarnim naponom - primjene dodatnog senzora za kontrolu tlaka ulja ili nekim drugog slinog ureaja.

Koncept je u potpunosti primjenljiv na mjerne transformatore izolirane uljno-papirnom izolacijom, a njegovim prihvaanjem izbjegla bi se destruktivna i skupa ispitivanja. Osnovne postavke koncepta teoretski i praktino su provjerene uzimajui u obzir zakonitosti Weibullove statistike raspodjele. Kada govorimo o transformatoru pouzdanom protiv eksplozije, vrsta izolatora koji se koristi ima presudnu ulogu na efekte unutranjeg luka. Smatra se da su transformatori sa silikonskim izolatorom praktino sigurni i veoma pouzdani to se tie eksplozija u pogonu. to se tie mjernih transformatora izoliranih plinom SF6 , predloeni koncept nije za njih prikladan i primjenjiv. Zbog stlaivosti plina, pravilnim elektrinim i mehanikim dimenzioniranjem dijelova transformatora, praktino je mogue izbjei eksplozije i krhotine i u sluajevima kada luk nastaje u predjelu porculanskog izolatora. Koliko su laboratorijska ispitivanja reprezentativna i za pogonske uvjete bilo bi vrijedno istraiti i na temelju dosadanjih iskustava statistiki obraditi. Za mjerne transformatore izolirane plinom SF6 karakteristino je da kod pojave luka u transformatoru obavezno dolazi do prsnua zatitne tlane naprave i istjecanja plina u atmosferu. To je redovit sluaj kod laboratorijske provjere i ispitivanja u skladu s novim prijedlogom IEC-a. Danas to, zbog jakog staklenikog djelovanja plina SF6 u mnogim zemljama predstavlja ozbiljan ekoloki incident. Stoga prijedlog IEC-a i na laboratorije postavlja zahtjeve da osmisle naine kojim bi to onemoguili. 6. LITERATURA [1] The paper-oil insulated measurement transformer, CIGRE, Working Group 07 of SC 23

(Substation), 1990 [2] M.Poljak, B. Bojani, Mjerni transformatori dijagnostika ao preduvjet pouzdanog pogona,

Zbornik radova 5. meunarodnog simpozija Dijagnostika elektrinih strojeva, transformatora i ureaja, Rovinj 2000, Referat T1

[3] F. Lemaitre, Comments on documents TC38/MT30/0126 and 0127, Intenal arc fault requirements and tests for current and inductive voltage transformers [4] S. Yakov, Volt-time Relationships for PD Inception in Oil-paper Insulation, ELEKTRA, 1979 , p. 17-28 [5] M. Poljak, Izolacijski sustav kombiniranih mjernih transformatora, Doktorska disertacija, FER-

Zagreb, 2006 [6] G.W. Brown, The Weibull Distribution: some dangers with its use in insulation studies, IEEE

Transection on PAS, Vol. PAS-100 No.9 (1982) , p. 3513-3522

/ColorImageDict > /JPEG2000ColorACSImageDict > /JPEG2000ColorImageDict > /AntiAliasGrayImages false /CropGrayImages true /GrayImageMinResolution 300 /GrayImageMinResolutionPolicy /OK /DownsampleGrayImages true /GrayImageDownsampleType /Bicubic /GrayImageResolution 300 /GrayImageDepth -1 /GrayImageMinDownsampleDepth 2 /GrayImageDownsampleThreshold 1.50000 /EncodeGrayImages true /GrayImageFilter /DCTEncode /AutoFilterGrayImages true /GrayImageAutoFilterStrategy /JPEG /GrayACSImageDict > /GrayImageDict > /JPEG2000GrayACSImageDict > /JPEG2000GrayImageDict > /AntiAliasMonoImages false /CropMonoImages true /MonoImageMinResolution 1200 /MonoImageMinResolutionPolicy /OK /DownsampleMonoImages true /MonoImageDownsampleType /Bicubic /MonoImageResolution 1200 /MonoImageDepth -1 /MonoImageDownsampleThreshold 1.50000 /EncodeMonoImages true /MonoImageFilter /CCITTFaxEncode /MonoImageDict > /AllowPSXObjects false /CheckCompliance [ /None ] /PDFX1aCheck false /PDFX3Check false /PDFXCompliantPDFOnly false /PDFXNoTrimBoxError true /PDFXTrimBoxToMediaBoxOffset [ 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 ] /PDFXSetBleedBoxToMediaBox true /PDFXBleedBoxToTrimBoxOffset [ 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 ] /PDFXOutputIntentProfile (None) /PDFXOutputConditionIdentifier () /PDFXOutputCondition () /PDFXRegistryName () /PDFXTrapped /False

/Description > /Namespace [ (Adobe) (Common) (1.0) ] /OtherNamespaces [ > /FormElements false /GenerateStructure true /IncludeBookmarks false /IncludeHyperlinks false /IncludeInteractive false /IncludeLayers false /IncludeProfiles true /MultimediaHandling /UseObjectSettings /Namespace [ (Adobe) (CreativeSuite) (2.0) ] /PDFXOutputIntentProfileSelector /NA /PreserveEditing true /UntaggedCMYKHandling /LeaveUntagged /UntaggedRGBHandling /LeaveUntagged /UseDocumentBleed false >> ]>> setdistillerparams> setpagedevice