HRVATSKI OGRANAK MEĐUNARODNE ELEKTRODISTRIBUCIJSKE KONFERENCIJE 3. (9.) savjetovanje Sveti Martin na Muri, 13. 16. svibnja 2012. SO1 08 Sanela Carević KONČAR Distributivni i specijalni transformatori d.d., Zagreb sanela.carevic@koncardst.hr Martina Mikulić KONČAR Distributivni i specijalni transformatori d.d., Zagreb martina.mikulic@koncardst.hr Ivanka Radić KONČAR Distributivni i specijalni transformatori d.d., Zagreb ivanka.radic@koncardst.hr Ivan Sitar KONČAR Distributivni i specijalni transformatori d.d., Zagreb ivan.sitar@koncardst.hr DISTRIBUTIVNI TRANSFORMATOR 400 kva PUNJEN VEGETABILNIM ULJEM SAŽETAK Biološka razgradivost jedna je od najvažnijih svojstava tvari na temelju koje se ocjenjuje njen utjecaj na okoliš. Mineralno ulje je zbog niske cijene još uvijek ekonomski najpovoljnije no zbog slabe biorazgradivosti i mogućih rizika za okolinu kod eventualnog zapaljenja svrstava se u grupu ekološki manje prihvatljivog materijala. U referatu je prikazana primjena vegetabilnog ulja kao izolacijske tekućine u distributivnom transformatoru nazivne snage 400 kva, nazivnog napona 20(10)±2x2.5% /0.42 kv. Posebna pozornost posvetila se usporedbi rezultata ispitivanja svojstava vegetabilnog ulja prije i nakon provedbe rutinskih i tipskih ispitivanja na transformatoru. Za potrebe usporedbe svojstava vegetabilnog ulja s ostalim izolacijskim tekućinama koje se koriste u distributivnim transformatorima, provedena su ispitivanja svojstava mineralnog ulja i sintetskog estera na istom tipu transformatora. Ključne riječi: vegetabilno ulje, mineralno ulje, sintetski ester, distributivni transformator 400 kva DISTRIBUTION TRANSFORMER FILLED WITH VEGETABLE OIL SUMMARY Biodegradability is one of the most important properties of substances that assesses impact on the environment. Because of the low price mineral oil is still the most economical but poor biodegradability and possible environmental risks in the event of ignition classifies mineral oil as a less environmental friendly material. This paper describes the application of vegetable oil as an insulation liquid in a distribution transformer rated 400 kva, 20(10)±2x2.5% /0.42 kv. Special attention is paid to comparison of vegetable oil performance test results before and after implementation of routine and type tests on the transformer. For the purpose of comparing the properties of vegetable oil with other insulation liquids used in distribution transformers, the tests of mineral oil and sintetic ester properties are made on the same type of transformer. Key words: vegetable oil, mineral oil, synthetic ester, distribution transformer 1
1. UVOD Biološka degradacija odnosno biorazgradivost jedno je od najvažnijih svojstava tvari na temelju koje se ocjenjuje utjecaj prema okolišu, a odnosi se na razgradivost tvari pomoću mikroorganizama. Mineralno izolacijsko ulje dobiva se selektivnom rafinacijom iz naftne baze ili hidriranjem lakog destilata nafte. Sintetski organski esteri su tekućine koje se dobiju sintezom iz mono ili polihidrilnih alkohola i mono ili polibaznih alifatskih ili aromatskih kiselina. Vegetabilna ulja su prirodni esteri koji se dobivaju iz sjemenki različitih poljoprivrednih kultura (ricinusa, uljane repice, suncokreta, soje). Budući da je transformator investicijska oprema predviďena za dugotrajni pogon, važna su svojstva materijala koja to omogućuju, a zbog sve većih zahtjeva vezanih za očuvanje okoliša i sigurnosti pogona, stupanj primjene biorazgradivih izolacijskih tekućina postaje sve veći. Referat prikazuje rezultate fizikalnokemijskih i dielektričnih ispitivanja vegetabilnog ulja prije i nakon provedbe električnih ispitivanja na distributivnom transformatoru nazivne snage 400 kva, nazivnog napona 20(10)±2x2,5%/0,42 kv te usporedbu s mineralnim i sintetskim esterom. Usporedba sa silikonskim uljem nije raďena zbog sve manje zastupljenosti tog ulja i njegove manje ekološke prihvatljivosti. Prije punjenja ulja u transformator ispitan je utjecaj vegetabilnog ulja na krutu izolaciju, brtveni materijal i antikorozivni premaz. 2. USPOREDBA SVOJSTAVA VEGETABILNOG ULJA S MINERALNIM ULJEM I SINTETSKIM ESTEROM Od transformatorskog ulja zahtjevaju se odreďena fizikalna i kemijska svojstva koja se utvrďuju laboratorijskim ispitivanjima. Fizička i kemijska svojstva transformatorskog ulja pokazuju njegovu kvalitetu i stanje s aspekta dielektričnih svojstava, onečišćenosti i brzine starenja. Svojstva vegetabilnog ulja specificirana su u ASTM normi i nisu normirana još prema IEC standardu, dok je kvaliteta mineralnog ulja i sintetskog organskog estera odreďena i prema zahtjevima u standardima IEC 60296 i IEC 1099. Postupak uzimanja uzoraka može imati znatan utjecaj na rezultate ispitivanja pa je iznimno bitno pridržavati se naputaka u normama. Glavne prednosti vegetabilnih ulja u odnosu na druge izolacijske tekućine su ekološka prihvatljivost (biorazgradivost, netoksičnost i nezapaljivost) i visoka tolerancija sadržaja vode. To znači da mogu apsorbirati visoku količinu vlage bez narušavanja dielektričkih svojstava. Prirodni esteri mogu apsorbirati vlagu iz papira i na taj način produžiti vijek trajanja papirne izolacije [1]. Po kemijskom sastavu vegetabilna ulja su smjesa triglicerida tj. triestera s dugim lancima karboksilnih kiselina kombiniranih s glicerolom. Relativno su polarni i zbog svoje strukture skloni stvaranju vodikovih veza. Za transformatorska ulja koriste se vegetabilna ulja s dugim lancima masnih kiselina koje sadrže 1422 ugljikova atoma s jednom do tri dvostruke veze. U malom postotku (do 1,5%) dodaju im se aditivi: antioksidansi i boja. Antioksidansi koji se dodaju pripadaju grupi dozvoljenih dodataka hrani. 2.1. Fizikalnokemijska svojstva Prije punjenja ulja u transformator potrebno je provjeriti parametre kvalitete ulja. Fizikalnokemijskom analizom vegetabilnog ulja, mineralnog ulja i sintetskog organskog estera provjerena su svojstva prikazana u tablici I. UsporeĎivanjem svojstava bitnih za pouzdan i siguran rad transformatora vidi se da vegetabilna ulja imaju znatno više plamište i gorište od mineralnog ulja, višu toleranciju vlage te znatno bolju biorazgradivost. 2
Tablica I. Usporedba ispitanih svojstava novog mineralnog, vegetabilnog ulja i sintetskog estera. (Ulazna kontrola Končar D&ST i IET) Svojstva Mjerna jedinica Mineralno ulje ERGON Hyvolt III Vegetabilno ulje Envirotemp FR3 Sintetski ester MIDEL 7131 Silikonsko ulje Dow Corning FIZIKALNOKEMIJSKA Izgled Boja Gustoća, 20 C Kin. viskoznost, 20 C 40 C 100 C Gr. površinska napetost Indeks loma Neutralizacijski broj Sadržaj vode Tolerancija vlage, 23 C Topivost zraka, 25 C, 1atm Korozivni sumpor g/cm³ mm²/s mn/m KOH/g mg/kg mg/kg % bistro 0,5 0,871 25 9 2,5 42 1,4780 0,01 6 55 10 nekorozivno bistro L 0,5; zelena 0,920 33 8 27 1,4740 0,03 35 1100 16 nekorozivno bistro 0,5 0,970 6070 32 6 30 1,4550 0,02 40 2600 10 nekorozivno bistro 0,5 0,960 54 39 15 0,01 30 220 nekorozivno DIELEKTRIČNA Probojni napon (2,5mm) Faktor diel. gubitaka, tg 100 C Spec. el. otpor, 100 C kv GΩm 69 0,0005 >1000 74 0,0003 >1000 85 0,002 >1000 50 0,0095 >1000 TOPLINSKA Plamište (z. posuda) Gorište (o. posuda) Temp. samozapaljenja Stinište Termička vodljivost, 20 C C C C C W/mK 143 150175 250 50 0,13 316 360 >400 21 0,17 280 320 >400 50 0,16 300 350 >400 50 0,15 Izgled ulja prije provedbe ispitivanja kvalitete ulja prikazan je na slici 1. Slika 1. Izgled vegetabilnog ulja (1), mineralnog ulja (2) i sintetskog estera (3) 3. KOMPATIBILNOST VEGETABILNOG ULJA S KONSTRUKCIJSKIM MATERIJALIMA U novijim tipovima distributivnih transformatora hermetičke izvedbe namoti su sušeni u LFH (engl. Low Frequency Heating) postrojenju. Za meďuslojnu izolaciju takvih namota koristi se tzv. dijamantni papir (engl. diamond paper) ili DPP papir kako bi se povećala otpornost namota na kratki spoj, dok se za izolaciju izvoda i priključaka te za distancione ploče koriste većinom celulozni materijali. Kompatibilnost s drugim komponentama izolacijskog sustava kritični je faktor za izbor materijala. Izolacijska tekućina ne smije utjecati na brtve, premaze, laminate niti njena svojstva smiju slabiti pod utjecajem tih materijala. Metode ispitivanja kompatibilnosti materijala s vegetabilnim uljem nisu normizirane meďunarodnom normom pa se kao podloga za provoďenje ispitivanja koristila ASTM D345511 metoda koja se odnosi na 3
ispitivanje kompatibilnosti konstrukcijskih materijala s izolacijskim mineralnim uljem [2]. Pri odabiru uvjeta izlaganja materijala ulju polazilo se od realnih uvjeta pogona, pooštrenih toliko da se dugogodišnji pogon svede na razumno vrijeme laboratorijskih ispitivanja, a da se ne prekorače kritične vrijednosti najutjecajnijih parametara. 3.1. Ispitivanje kompatibilnosti vegetabilnog ulja s DPP papirom Budući da se najveći dio krute izolacije nalazi upravo u namotima, koju najvećim dijelom čini spomenuti dijamantni papir, provedeno je ispitivanje kompatibilnosti vegetabilnog ulja s DPP papirom. DPP papir zahtjeva odgovarajući termički tretman kako bi se izvela polimerizacija smole unutar papira čime se dva susjedna sloja papira meďusobno zalijepe i učvrste namot izolacije u kompaktnu cjelinu. Da bi se to ostvarilo potrebno je u roku od najviše 4 sata postići temperaturu polimerizacije od minimalno 105 C do maksimalno 120 C, a zatim tu temperaturu održavati točno odreďeno vrijeme, 3 sata pri temperaturi 105 C ili 1,5 sat pri temperaturi 120 C. Usporedno je provedeno ispitivanje kompatibilnosti DPP papira s vegetabilnim uljem i s mineralnim uljem. Na slici 2. prikazana je priprema uzoraka bakrenog namota izoliranog s DPP papirom. Sukladno masenim udjelima DPP papira i ulja u transformatoru 400 kva na kojem su provedena električna ispitivanja u nastavku, uzorci su sadržavali 50 g DPP papira koji je ispitivan u 0,5 l ulja. Slika 2. Priprema namota za polimerizaciju Na slici 3. prikazani su uzorci namota nakon polimerizacije koja je provedena zagrijavanjem uzoraka na temperaturi od 120 C nakon čega su uzorci stavljeni u vegetabilno i mineralno ulje. Paralelno s pripremom uzoraka za ispitivanje kompatibilnosti provodila se i slijepa proba. Slika 3. Priprema uzoraka za ispitivanje kompatibilnosti: na lijevoj slici prikazani su uzorci namota za polimerizaciju, a na desnoj slici prikazana je slijepa proba vegetabilnog ulja (0), polimerizirani uzorak postavljen u vegetabilno ulje (1), slijepa proba mineralnog ulja (2) i polimerizirani uzorak postavljen u mineralno ulje (3) Nakon izlaganja uzoraka temperaturi 105 C u trajanju od 168 sati dobiveni su rezultati prikazani u tablici II. i na slici 4. Dielektrična svojstva vegetabilnog ulja ostala su u granicama za nova ulja prema metodi ASTM D6871. Nakon izlaganja DPP papiru i mineralno ulje i vegetabilno ulje mijenjaju boju. 4
Slika 4. Uzorci nakon ispitivanja kompatibilnosti: novo vegetabilno ulje iz spremnika ulja (00), slijepa proba vegetabilnog ulja nakon izlaganja 105 C/168h (0), mineralno ulje nakon izlaganja 105 C/168h s DPP papirom (1), vegetabilno ulje nakon izlaganja 105 C/168h s DPP papirom (2) Tablica II. Rezultati ispitivanja fizikalnokemijskih i dielektričnih svojstava nakon izlaganja ulja DPP papiru Svojstva Mjerna jedinica 00 0 1 2 ASTM D6871 tg, 100 C % 0,82 0,826 1,1 1,2 <4,0 Specifični otpor, 100 C GΩm 2000 2000 1400 1100 Vlaga ppm 36,05 105 115 117 <200 Probojni napon kv 92,53 64,04 >35 3.2. Ispitivanje kompatibilnosti vegetabilnog ulja s brtvenim materijalom Najveći udio brtvenih materijala u distributivnom transformatoru 400 kva zauzima brtva koja se nalazi izmeďu ruba kotla i poklopca transformatora pa je utjecaj ulja na brtvene materijale ispitan na uzorku gumene brtve NBR 70 ShA procesom ubrzanog starenja u ulju. Uzorak brtve (2,1 cm3) stavljen je u 200 ml ulja u staklenu brizgaljku i bez pristupa vanjskog zraka izložen temperaturi 100 C tijekom 72 sata. Nakon toga ispitana je promjena tvrdoće prema metodi DIN 53505 i promjena mase brtvenog materijala prema metodi ISO 1817. U tablici III. prikazani su rezultati ispitivanja. Tablica III. Rezultati ispitivanja utjecaja vegetabilnog ulja na brtvu NBR 70 ShA Svojstva Mjerna jedinica DIN 53505 / ISO 1817 Rezultati Tvrdoća, ShA 70 ± 5 73 Promjena tvrdoće nakon ubrzanja starenja u ulju, ShA ± 5 3 Promjena mase nakon ubrzanog starenja u ulju % 5... 10 3,15 3.3. Ispitivanje kompatibilnosti vegetabilnog ulja s premazom bijele boje Unutarnja površina kotla u kontaktu je s uljem i od korozije se štiti uljootpornim premazom. Utjecaj vegetabilnog ulja na premaz bijele boje na bazi 2K epoksidnih smola ispitan je na uzorku veličine 200 cm2 u 678 ml ulja. Uzorak je izložen temperaturi 100 C tijekom 164 sata. U tablici IV. prikazani su rezultati ispitivanja. Pri primijenjenim ispitnim uvjetima nije izražen utjecaj premaza na dielektrične karakteristike vegetabilnog ulja. Tablica IV. Rezultati ispitivanja utjecaja premaza na vegetabilno ulje Svojstva Mjerna jedinica Premaz + vegetabilno ulje Neutralizacijski broj mg KOH/g 0,11 Granična površinska napetost, 20 C mn/m 20 tg % 0,053 Specifični otpor, 90 C GΩm 2,8 5
4. UPOTREBA VEGETABILNOG ULJA U DISTRIBUTIVNOM TRANSFORMATORU 400 KVA Kako bi se prikazala upotreba vegetabilnog ulja kao izolacijske tekućine u distributivnom transformatoru i usporedba s ostalim izolacijskim tekućinama, provedena su električna ispitivanja na tri ista transformatora nazivnih podataka: Nazivna snaga: 400 kva Nazivni napon: 20(10)/0,42 kv Broj faza: 3 Izolacijski nivo: LI125 AC50 / AC3 Nazivna frekvencija: 50 Hz Grupa spoja: Dyn5 Napon kratkog spoja: 4 % Gubici praznog hoda: 610 W Gubici tereta: 4600 W Volumen ulja: 0,245 m 3 Ukupna masa: ~ 1220 kg Transformatori su projektirani na standardni način pri čemu je transformator DT1 punjen s mineralnim inhibiranim uljem, transformator DT2 s vegetabilnim uljem i transformator DT3 sa sintetskim organskim esterom. Sušenje je provedeno u LFH postrojenju pri čemu se velika pažnja posvetila procesu punjenja ulja i vakumiranja zbog različitosti u fizikalnokemijskim svojstvima korištenih izolacijskih tekućina. Vizualnim pregledom transformatora nakon LFH procesa ustanovljeno je da nema nedostataka poput curenja ulja ili oštećenja provodnika i transformatori su podvrgnuti rutinskim i tipskim ispitivanjima prema [3]. 4.1. Rutinska ispitivanja i mjerenje otpora izolacije namota Rutinskim ispitivanjima otpora namota, prijenosnog omjera i grupe spoja pokazalo se da nema razlika u nazivnim karakteristikama transformatora DT1, DT2 i DT3. Dielektričnim ispitivanjima provjerava se ispravnost projektiranog izolacijskog sustava čija kvaliteta ovisi o sadržaju vlage, temperaturi i kvaliteti ulja. Ispitivanjem otpora izolacije odreďuje se u kvalitativnom smislu ostarjelost izolacije izmeďu namota transformatora i izolacije namota prema uzemljenim dijelovima transformatora. Mjerenje je provedeno megaohmmetrom s izvorom istosmjernog napona od 2500 V, a vrijednosti otpora mjerene su u 1. i u 10. minuti. Otpori izolacije pojedinih namota ispitivani su meďusobno i prema masi: VN namot prema masi i NN namotu, NN namot prema VN namotu i masi te VN i NN namoti prema masi. U tablici V. prikazani su rezultati mjerenja otpora izolacije. Sve vrijednosti mjerenih otpora izolacije veće su od 2000 MΩ. Stranim naponom industrijske frekvencije od 50 Hz kroz 1 minutu pokazalo se da nema proboja izolacije na namotima transformatora DT1, DT2 i DT3. Ispitivanje induciranim naponom 2Un frekvencije 150 Hz u trajanju od 40 sekundi nije izazvalo pojavu proboja izmeďu susjednih zavoja u namotima. Tablica V. Rezultati mjerenja otpora namota i otpora izolacije namota Karakteristike DT1 DT2 DT3 Izolacijska tekućina Mineralno ulje ERGON Hyvolt III Vegetabilno ulje FR3 Sintetski ester MIDEL 7131 Otpori namota: 1U1V 1U1W 1V1W 1U1V 1U1W 1V1W 1U1V 1U1W 1V1W VN (20kV), Ω 11,354 11,331 11,351 11,405 11,388 11,38 11,568 11,515 11,552 Otpori namota: 2U2V 2U2W 2V2W 2U2V 2U2W 2V2W 2U2V 2U2W 2V2W NN namot, Ω 0,00352 0,00354 0,00348 0,00346 0,00352 0,00348 0,00344 0,00348 0,00347 Otpori izolacije namota: VNnNN NNnVN VNNN VNnNN NNnVN VNNN VNnNN NNnVN VNNN 1 min, MΩ 8280 10400 11200 8360 4590 7670 5710 4210 5160 10min, MΩ 26500 24700 43700 23500 3310 26700 16400 16200 27700 6
4.2. Ispitivanje udarnim naponima Otpornost izolacijskog sustava u transformatoru prema atmosferskim prenaponima provjerava se pomoću naponskih impulsa propisanog oblika i trajanja. Primijenjeni naponi mjereni su kapacitivnim djelilom za udarne napone i sustavom za registraciju udarnih napona i struja u skladu s HRN IEC60060 2/02. Na slikama 5., 6. i 7. prikazana su očitanja s osciloskopa tijekom ispitivanja linijske stezaljke 1W u položaju preklopke 5 atmosferskim udarnim naponom negativnog polariteta amplitude 125 kv. Slika 5. Oscilogrami primjenjenog napona i rezultirajuće struje DT1 mineralno ulje Slika 6. Oscilogrami primjenjenog napona i rezultirajuće struje DT2 vegetabilno ulje Slika 7. Oscilogrami primjenjenog napona i rezultirajuće struje DT3 sintetski ester Usporedbom valnih oblika napona i struje pri punom i sniženom ispitnom naponu utvrďeno je da su transformatori DT1, DT2 i DT3 izdržali ispitivanje udarnim naponom pri čemu nisu uočene razlike u oscilogramima valnih oblika izmeďu ispitivanih transformatora. 4.3. Mjerenje parcijalnih izbijanja Posljednje dielektrično ispitivanje koje se provelo na transformatorima je mjerenje parcijalnih izbijanja. Parcijalna izbijanja uzrokuju kvarenje svojstava izolacijskih materijala, njihovo prerano starenje, ponekad i proboj izolacije, a mjerenjem se utvrďuje da u transformatoru ne postoje štetni izvori koji ih uzrokuju. Nisu uočene razlike u mjerenim nivoima parcijalnih izbijanja kod transformatora DT1, DT2 i DT3 čije su vrijednosti niže od onih specificiranih standardom IEC600763. 7
4.4. Ispitivanje zagrijavanja Pokusom zagrijavanja simulira se pogonsko stanje kojim se provjerava je li rashladni sustav transformatora konstruiran tako da zagrijavanja ulja i namota pri bilo kojem položaju regulacije i bilo kojem specificiranom pogonu ne prelaze dozvoljene granične vrijednosti. Ispitivanje zagrijavanja provedeno je pomoću metode kratkog spoja u položaju regulacije 3. Konstantno su se pratile temperature ulja na poklopcu u džepu transformatora i temperature vanjskog rahladnog sredstva (zraka) pomoću termosondi spojenih na računalo. Trajanje pokusa zagrijavanja odreďeno je ovisno o temperaturnoj vremenskoj konstanti ispitivanih transformatora. Rezultati ispitivanja zagrijavanja prikazani su u tablici VI. Tablica VI. Rezultati mjerenja zagrijavanja ulja i namota pomoću metode kratkog spoja Zagrijavanje Mjerna jedinica DT1 DT2 DT3 Izolacijska tekućina Mineralno ulje ERGON Hyvolt III Vegetabilno ulje FR3 Sintetski ester MIDEL 7131 Vrsta hlađenja ONAN KNAN KNAN Ulje K 56 59,3 58,3 Visoki namot K 63,4 64,1 65 Niski namot K 60,8 62,1 62,8 Nazivna struja In VN NN A 23,1 549,9 23,1 549,9 23,1 549,9 Namotulje kod In VN NN K 18,5 16 16,6 14,6 18,3 16,2 Rezultati mjerenja usporedni su s mjerenim fizikalnokemijskim svojstvima korištenih izolacijskih tekućina iz tablice I. Kritični utjecaj na odvoďenje topline ima viskoznost koja je kod vegetabilnog ulja viša nego kod mineralnog ulja i sintetskog estera, ali znatno niža nego kod silikonskog ulja. Povećani otpor cirkulaciji ulja uzrokuje veći gradijent temperature ulja u kotlu. Zbog toga svojstva je mjereno zagrijavanje ulja u džepu veće kod vegetabilnog ulja u odnosu na mjerene vrijednosti kod sintetskog estera i mineralnog ulja. 5. SVOJSTVA ULJA NAKON ELEKTRIČNIH ISPITIVANJA TRANSFORMATORA 5.1. Fizikalnokemijska svojstva ulja i kromatografska analiza plinova otopljenih u ulju Nakon provedbe rutinskih i tipskih ispitivanja na transformatorima punjenima s tri različite vrste izolacijskih tekućina ispitana je njihova kvaliteta s aspekta dielektričnih svojstava, onečišćenosti i ostarjelosti. Fizikalnokemijska svojstva izolacijskih tekućina nakon provedenih električnih ispitivanja u transformatorima DT1, DT2 i DT3 prikazana su u tablici VII. Tablica VII. Svojstva izolacijskih tekućina nakon električnih ispitivanja transformatora. (Ulazna kontrola Končar D&ST i IET) Vrsta ispitivanja Mjerna jedinica Mineralno ulje ERGON Hyvolt III Vegetabilno ulje FR3 Sintetski ester Midel 7131 Probojni napon kv 77,25 62,6 60 Sadržaj vode mg/kg 5,6 48 55 tg, 100 C 0,009 0,02 0,02 Specifični otpor, 100 C GΩm 1200 703,7 212,5 Neutralizacijski broj mg KOH/g 0,015 0,05 0,05 Površinska napetost mn/m 46 24 29 Kromatografskom analizom plinova pouzdano se otkrivaju povećana električna i termička naprezanja u izolacijskom sustavu transformatora punjenih mineralnim uljem ili esterom budući da se tijekom predviďenog i nepredviďenog pogona u transformatoru pojavljuju plinovi koji se više ili manje otapaju u ulju. Brzina starenja izolacijskih materijala neposredno ovisi o temperaturi i sadržaju kisika u ulju ili esteru. 8
Promjene u vrijednostima koncentracije plinova u sva tri uzorka su u granicama prihvatljivih vrijednosti za izolacijske tekućine u transformatoru nazivne snage 400 kva prije puštanja u pogon. Ukupna količina dijagnostički bitnih plinova otopljenih u izolacijskim tekućinama prije i nakon provedbe električnih ispitivanja na transformatorima prikazana je u tablici VIII. Tablica VIII. Usporedba ukupnog sadržaja plinova prije i nakon provedbe električnih ispitivanja Ukupni sadržaj plina Mjerna jedinica Mineralno ulje ERGON Hyvolt III Vegetabilno ulje FR3 Sintetski ester Midel 7131 prije el. ispitivanja ml/l 9,3 13,1 10,7 nakon el. ispitivanja ml/l 12 14,6 12,5 6. STARENJE IZOLACIJE U VEGETABILNOM ULJU Ovisno o pogonskim uvjetima, razgradnja izolacijskih materijala u izolacijskom sustavu uljepapir odvija se tijekom pogona transformatora postupno ili naglo. Unaprijed predviďeni pogonski uvjeti predviďaju normalno tj. postupno starenje izolacije, dok se u slučaju nepredviďenih, povećanih električkih i termičkih naprezanja razgradnja izolacijskih materijala odvija naglo. Transformatorski izolacijski papir praktično je nezamjenjiv dio transformatora zbog čega je starenjem papira dominantno odreďeno starenje izolacijskog sustava transformatora tj. životni vijek transformatora. Papirna izolacija u namotima je čista celuloza koja se pod utjecajem vlage, kisika i temperature razgraďuje i mijenja svoju kemijsku strukturu. Time slabe i mehanička svojstva papira što ima za posljedicu slabljenje otpornosti transformatora na kratki spoj. Mehanička svojstva papira izravno su povezana sa stupnjem polimerizacije papira pa je preostali vijek transformatora moguće procjeniti mjerenjem stupnja polimerizacije papira. Kod termičkog naprezanja celuloze dolazi do njezine degradacije čime nastaje voda koja se pritom raspodjeljuje izmeďu ulja i papira i time ubrzava daljnju degradaciju papira jer se na molekuli celuloze pojavljuju slobodne reaktivne hidroksilne grupe koje molekulu celuloze čine nestabilnom. Vegetabilno ulje ima veći afinitet i sposobnost otapanja vode od mineralnih ulja jer kao prirodni ester hidrolizira s vodom stvarajući dugačke lance masnih kiselina koje se potom vežu na hidroksilne grupe i stabiliziraju celuloznu molekulu. Na taj način dolazi do sušenja papira u namotima jer vlaga kontinuirano prelazi u vegetabilno ulje čime se usporava daljnji proces degradacije papira. Eksperimentima je dokazano da je starenje celuloze u vegetabilnom ulju pod uvjetima zatvorenog sustava disanja transformatora znatno sporije nego u mineralnom ulju. Zbog toga se sve više provodi revitalizacija izolacijskog sustava manjih distributivnih transformatora zamjenom ostarjelog mineralnog ulja s vegetabilnim uljem. 7. ZAKLJUČAK Primjena vegetabilnih ulja u distributivnim transformatorima, osobito u Sjevernoj i Južnoj Americi je već duže vrijeme prisutna i u pogonu se nalaze deseci tisuća transformatora. U Hrvatskoj nije bilo sličnih zahtjeva od strane korisnika. Postoje iskustva u primjeni sintetičkih estera kod distributivnih, specijalnih i energetskih transformatora. Referat opisuje aktivnosti i pripreme proizvoďača za ovladavanje projektom, tehnologijom i proizvodnjom distributivnih transformatora punjenih vegetabilnim uljem. Problemu se pristupilo studiozno i profesionalno. Napravljena je usporedba fizikalnokemijskih svojstava estera s mineralnim uljem i opsežna ispitivanja kompatibilnosti vegetabilnog ulja s osnovnim materijalima koji se najčešće koriste u distributivnim transformatorima. Na tri transformatora nazivne snage 400 kva i napona 20(10)/0,42 kv iste izvedbe aktivnog dijela punjena mineralnim uljem, prirodnim i sintetskim esterom provedena su sva rutinska i relevantna tipska ispitivanja. Dobiveni rezultati su pokazali da je proizvoďač ovladao tehnologijom primjene vegetabilnog ulja u distributivnim transformatorima. 9
LITERATURA [1] CIGRE Technical Brochure 436, Experiences in Service with New Insulating Liquids, WG A235. October 2010. [2] A. HadžiSkerlev, B. Musulin, A. Mareković, Biorazgradiva transformatorska ulja, 8. savjetovanje HRO CIGRE, Cavtat, studeni 2007. D101 [3] IEC 60076, Power transformers [4] I. Sitar, M. Biloš, D. Valešić, Energetski transformator 40MVA punjen sintetičkim esterom, 10. savjetovanje HRO CIGRE, Cavtat, studeni 2011. A205 [5] S. Gazivoda, A. Mikulecky, "Dijagnostika distribucijskih transformatora, 1. savjetovanje HO CIRED, Šibenik, svibanj 2008. S0113 10