Zmiany w wymaganiach dotyczących badań i konstrukcji transformatorów suchych, wnoszone przez nową edycję normy IEC 60076-11:2018

W   2018 roku wprowadzono nową drugą edycję normy IEC 60076-11, która jest przystosowana do potrzeb producentów i eksploatujących transformatory suche. Wnosi ona kilka istotnych zmian:

• Rozszerza zakres stosowania normy do napięcia 72,5 kV;
• Przedstawia zagadnienia związane z zarządzaniem eksploatacją;
• Precyzuje wymagania dielektryczne i termiczne związane z położeniem nad poziomem morza;
• Wprowadza nowe klasy klimatyczne i środowiskowe dla lepszego dostosowania do potrzeb klienta;
• Ustanawia zależności pomiędzy lokalizacją a klasami środowiskowymi;
• Dla klasy palności, określa graniczną moc badanych transformatorów do 1000 kVA, aby ograniczyć zanieczyszczenie;
• Wprowadza definicje i wymagania dla klas sejsmicznych;
• Wprowadza konieczność sprawdzenia zdolności transformatorów z rdzeniem amorficznym do długiej eksploatacji.

Norma wprowadza zmiany w punkcie „Normalne warunki pracy”, do których należą:

• woda jako czynnik chłodzący transformator suchy(4.2b);
• zawartość harmonicznych w prądzie obciążenia (4.2 d);
• klasy środowiskowe, warunki środowiskowe zdefiniowane zgodnie z IEC 60721-3-4 obejmujące warunki biologiczne 4B1, substancje aktywne chemicznie 4C2, substancje aktywne mechanicznie 4S3 oraz warunki mechaniczne 4M4 (4.2 f);
• ograniczniki prądu rozruchu(4.2h);
• częstotliwość załączeń pod napięcie (4.2i)
• ochronę przed kapiącą i płynącą wodą (4.2 j);
• szczególne warunki środowiska wokół transformatora (4.2 k);
• poziom drgań (wibracji) (4.2 l);
• ochronę przed korozją (4.2 m);
• właściwe warunki eksploatacji i serwis.(4.2 n);

Norma wymienia te czynniki jako elementy, które powinny być uwzględnione i określone przez zamawiającego oraz podane producentowi, na etapie formułowania zamówienia.

Dokument ten wprowadza pojęcie mocy znamionowej z wentylatorami lub wymiennikami ciepła (pkt.5.2.2). Jako moc znamionową, w sytuacji gdy pozorna moc transformatora może mieć różne wartości, w zależności od zastosowanych sposobów chłodzenia, przyjąć należy największą z tych wartości jako moc znamionową. W sytuacji kiedy przewidziane jest dodatkowe chłodzenie, to sposób określenia mocy z i bez dodatkowego chłodzenia powinna być uzgodniona pomiędzy producentem a nabywcą.

Punkt 5.2.4 normy określa wymagania dla transformatorów w obudowie w dwóch przypadkach: kiedy transformator montowany, badany i dostarczany jest w obudowie oraz w przypadku kiedy część aktywna transformatora i obudowa dostarczane są osobno. Jest to nowość, gdyż poprzednia edycja nie przewidywała takiego rozwiązania.

Określone zostały tutaj także wymagania dotyczące transportu i magazynowania transformatorów suchych, takich jak: gabaryty i masa jednostki, przyspieszenia jakim może być poddany transformator w czasie transportu, a także temperatury i wilgoci. Warunki w jakich będzie składowany i transportowany przez nabywcę, powinny być przedstawione wytwórcy.

Poprzednia edycja przewidywała zakres napięć Um transformatorów suchych do 36 kV, obecna edycja rozszerza ten zakres do U_m = 72,5 kV. Dopuszcza stosowanie wyższych poziomów napięciowych zgodnie z IEC 60076-3. Norma podaje także sposób uwzględniania poprawek związanych z położeniem stanowiska pracy transformatora i/lub laboratorium badawczego nad poziomem morza dla położeń pomiędzy 1000 m, a 4500 m n.p.m. Edycja normy IEC 60076-11:2018 przewiduje wodę jako czynnik chłodzący i wprowadza nowe oznaczenie symbolem

W – woda,

przy czym zachowuje pozostałe oznaczenia nie zmienione.

Zostały zdefiniowane nowe symbole sposobu chłodzenia

AFWF – chłodzenie wymuszone z zastosowaniem wodnego wymiennika ciepłą,

WF – oznacza wymuszone chłodzenie wodne wewnątrz cewki.

Omawiana norma dopuszcza stosowanie przełączników zaczepów typu OLTC.

W pkt. 10.1 omawianego dokumentu podano klasy temperaturowe uzwojeń i odpowiadające im średnie przyrosty temperatury przy prądzie znamionowym. Dołączono klasę temperaturową 250°C, patrz Tabela 2.

Zdefiniowano nowy sposób obliczania dopuszczalnych przyrostów temperatury dla transformatorów przewidzianych do pracy powyżej 1000 m n.p.m.. Zalecono zmniejszenie dopuszczalnych średnich przyrostów temperatury na każde 100 m o następujące wartości:

dla transformatorów chłodzonych naturalnym obiegiem powietrza o 0.5% a dla transformatorów chłodzonych wymuszonym obiegiem powietrza o 1 %.

Klasy Klimatyczne – do tej pory definiowane były 2 klasy klimatyczne:

C1 – transformator może pracować w temperaturze nie niższej niż -5°C, ale może być transportowany i składowany w temperaturze nie niższej niż -25°C.

C2 – Transformator może pracować, być transportowany i składowany w temperaturze nie niższej niż -25°C.

Nowa edycja normy przewiduje jeszcze 4 klasy klimatyczne:

C3 – transformator może pracować w temperaturze nie niższej niż -25°C, ale może być transportowany i składowany w temperaturze nie niższej niż -40°C.

C4 – transformator może pracować w temperaturze nie niższej niż -40°C, ale może być transportowany i składowany w temperaturze nie niższej niż -50°C.

C5 – transformator może pracować w temperaturze nie niższej niż -50°C, ale może być transportowany i składowany w temperaturze nie niższej niż -60°C.

C_xy – transformator może pracować w temperaturze nie niższej niż -Y°C, ale może być transportowany i składowany w temperaturze nie niższej niż -X°C.

Ta ostatnia klasa powinna zostać zdefiniowana na drodze porozumienia pomiędzy zamawiającym a dostawcą.

Klasy środowiskowe – dotychczasowe trzy klasy środowiskowe zostały inaczej zdefiniowane w wyniku czego wprowadzone dodatkowe dwie klasy. Nie uległy zmianie definicje klasy E0 i E1.

E0 – Na transformatorze nie pojawia się kondensacja a zanieczyszczenia są pomijalnie małe. To zwykle jest możliwe do osiągnięcia w czystych wnętrzowych instalacjach.

E1 – Na transformatorze może pojawić się sporadycznie kondensacja (na przykład, gdy odłączone jest zasilanie transformatora). Możliwe jest ograniczone zanieczyszczenie.

E2 – Częsta kondensacja lub/i małe zanieczyszczenie.

E3 – Częsta kondensacja lub/i średnie zanieczyszczenie.

E4 – Częsta kondensacja lub/i duże zanieczyszczenie.

Wprowadzone zostały wprowadzone klasy środowiskowe dla transformatorów bez obudowy (IP00) przeznaczonych do pracy na zewnątrz:

E-O-1 – Teren wiejski lub teren o niskim zanieczyszczeniu,

E-O-2 – Teren miejski, obszar przemysłowy lub przestrzeń o umiarkowanym zanieczyszczeniu,

E-O-3 – Teren nadmorski lub obszar o silnym.

Klasy palności pozostały bez zmian.

Podana sekwencja umożliwia przeprowadzenie prób dla klas – klimatycznej, środowiskowej i palności – na jednym transformatorze.

Największy transformator zalecany do próby palności to 1000 kVA z izolacją na 12 kV lub 24 kV.

Dla transformatorów o mocy większej niż 1000 kVA lub poziomie izolacji wyższym niż 24 kV próbę klimatyczną i środowiskową, można uznać za ważną jedynie gdy wytwórca posiada certyfikat na całą sekwencję prób dla transformatora 1000 kVA o poziomie izolacji 24 kV.

Jeśli poziom wstrząsów ziemi ag w miejscu zainstalowania transformatora przekracza 2 m/s² lub około 0,2 g konstrukcja transformatora musi być odporna na wstrząsy. Klasa sejsmiczna powinna być określona zgodnie z IEC 60068-3-3 i uzgodniona pomiędzy nabywcą, a wytwórcą.

Przedstawiono dwie metody umożliwiające wyznaczenie zastosowanego spektrum wzbudzenia dla określenia klas sejsmicznych:

1) Metodę znormalizowanej amplitudy, gdy niedostępne są dane o lokalizacji transformatora  i o strukturze konstrukcji nośnej(podłoża),

2) Metodę obliczenia amplitudy, gdy dostępne są dane o lokalizacji transformatora i o strukturze konstrukcji nośnej.

Podano w jaki sposób, na podstawie dostępnych danych i IEC 60721-2-6 określić przybliżony poziom wstrząsów i klasę sejsmiczną. Podano sposób obliczania amplitudy umożliwiającą zakwalifikowanie transformatora do klasy sejsmicznej w oparciu o IEC 60068-3-3.

Jak wynika, z przedstawionych powyżej, najważniejszych zmian w normie IEC 60076-11:2018 (od 2019 norma ta znajduje się w zbiorze Polskich Norm PN) transformator suchy stał się ważnym elementem systemu energetycznego i należy traktować te jednostki z pełną uwagą. A próby typu i specjalne przeprowadzać w sposób optymalny dla środowiska, producenta i zamawiającego.

Anna Krajewska – Instytut Energetyki

LITERATURA:

[1] IEC 60076-11:2018 Transformatory-Część 11: Transformatory suche.
[2] IEC 60076-11:2004 Transformatory-Część 11: Transformatory suche.
[3] Anna Krajewska – „Zmiany wnoszone do wymagań dotyczących badań i konstrukcji transformatorów suchych przez normę IEC 60076-11:2018” – Prezentacja na Międzynarodowej Konferencji Transformatorowej TRANSFORMATOR’19 – Toruń 7-9 maja 2019r.