Transformatory w Eksploatacji 2019

Papier izolacyjny wzmocniony aramidem – właściwości i zastosowania

1. Wstęp

Starzenie izolacji jest naturalnym procesem zachodzącym w układzie izolacyjnym transformatora. Składa się na nie szereg zjawisk fizykochemicznych, takich jak:

  • pyroliza (wpływ temperatury),
  • hydroliza (wpływ wody),
  • utlenianie.

Podstawowymi materiałami używanymi jako izolacja stała w transformatorach olejowych są papier i preszpan na bazie celulozy. W efekcie starzenia, łańcuchy celulozy ulegają degradacji i ich długość maleje, co objawia się malejącą z czasem wytrzymałością mechaniczną materiału. Rys. 1 przedstawia wyznaczoną eksperymentalnie zależność między długością łańcuchów celulozy w papierze (DP – stopień polimeryzacji) i wytrzymałością mechaniczną papieru na zrywanie wyrażoną w procentach wytrzymałości papieru nowego (Percent Tensile Strength). Dla długości łańcuchów rzędu 200, pozostała wytrzymałość mechaniczna to ok. 35% wytrzymałości mechanicznej papieru nowego. Rys. 2 obrazuje próbkę papieru poddanego starzeniu w warunkach laboratoryjnych, który stał się kruchy i nie nadawałby się do dalszej pracy w układzie izolacyjnym transformatora.

Na Rys. 1 niektóre punkty obrazują własności papieru ulepszanego cieplnie poprzez specjalną obróbkę celulozy i dodanie określonej zawartości azotu. Papier ulepszany cieplnie jest mniej wrażliwy na temperaturę pracy, ale utrata własności mechanicznych wynikająca z degradacji łańcuchów celulozy ma miejsce tak samo jak w przypadku celulozy klasycznej (typu Kraft).

Analiza zjawisk starzenia izolacji celulozowej stała się podstawą do ustalenia dopuszczalnych temperatur pracy transformatora, tak aby zapewnić jego odpowiednią żywotność. Przewodniki obciążalności podają również wytyczne co do przeciążania transformatorów, aby uniknąć nadmiernej degradacji izolacji. Typowy czas użytkowania transformatorów w eksploatacji odbiega od teoretycznego czasu życia izolacji celulozowej. W przewodniku obciążalności IEC 60076-7 [1] podaje się, że izolacja celulozowa narażona ciągle na normalną dopuszczalną długotrwałą temperaturę pracy osiągnęłaby kres swej żywotności po kilku lub kilkunastu latach. Dla przykładu, wytrzymałość mechaniczna na zrywanie zmalałaby do poziomu 25% wytrzymałości nowego papieru po ok. 15 latach, a stopień polimeryzacji celulozy spadłby do poziomu krytycznego 200 po ok. 17 latach. Wnioskiem z tego jest, iż normalnie transformatory pracują w eksploatacji znacznie dłużej tylko dlatego, że nie są obciążane w sposób ciągłu do poziomu mocy znamionowej, lub pracują w niższych temperaturach otoczenia, niż to założono w normach. Gdyby jednak transformator miał pracować na pełną moc znamionową i przy średniej temperaturze otoczenia bliskiej 20°C (normalna temperatura otoczenia wg PN/EN/IEC), to zjawiska starzeniowe byłyby bardziej wyeksponowane a żywotność takiego transformatora byłaby krótsza niż typowego transformatora. Takim przypadkiem mogą być typowe transformatory blokowe, które pracują przy obciążeniach znacznie bliższych mocy znamionowej niż typowe transformatory sieciowe. Zwrócono na to uwagę w przewodniku obciążalności IEC 60076-7.

Niniejszy artykuł przedstawia koncepcję i zastosowanie nowego typu papieru celulozowego, w którym zastosowano składnik aramidowy celem wzmocnienia struktury papieru potencjalnie osłabionego efektami starzenia celulozy.

2. Nowy papier izolacyjny – papier celulozowy wzmocniony aramidem     

2.1. Koncepcja nowego materiału izolacyjnego

Nowe rozwiązanie dla izolacji celulozowej zostało opracowane dla transformatorów olejowych, aby wypełnić lukę w dostępnych materiałach izolacyjnych o klasie temperaturowej wyższej niż zwykłe papiery celulozowe (typu Kraft lub ulepszane cieplnie), lecz niższej niż stosunkowo drogi papier aramidowy.

Do produkcji nowego papieru wykorzystuje się wysokiej jakości ulepszaną cieplnie pulpę celulozową do zastosowań elektrotechnicznych i spoiwo z wysokotemperaturowego polimeru meta-aramidowego (Nomex®). Składniki te są dobrze znane i używane od dziesięcioleci w układach izolacyjnych transformatorów olejowych jako dwa różne materiały izolacyjne. Papier aramidowy charakteryzuje się stosunkowo wysoką klasą temperaturową izolacji: 180°C przy pomiarach w oleju mineralnym.

W nowym rozwiązaniu, oba materiały połączone zostały razem w warstwowej strukturze papieru. Podczas gdy główna środkowa warstwa papieru składa się tylko z celulozy, warstwy zewnętrzne wzbogacone są składnikiem aramidowym (Rys. 3). W rezultacie, podczas pracy transformatora i degradacji celulozy w określonych temperaturach pracy, składnik aramidowy pozostaje nienaruszony i zapewnia wzmocnienie mechaniczne struktury papieru. Tym samym przedłuża żywotność papieru i jego zdolność do pracy w układzie izolacyjnym.

Rys. 3. Struktura papieru wzmocnionego aramidem

Generalnie, nowy papier posiada własności mechaniczne i elektryczne zbliżone do typowych standardowych papierów izolacyjnych powszechnie stosowanych w konstrukcji transformatorów (Tabela I) [2]. Dla celów porównania użyto ogólnie dostępnego papieru ulepszanego cieplnie o grubości 0.18 mm i nowego produktu o tej samej grubości. Podczas badań porównawczych stwierdzono taką samą nasycalność olejem jak w przypadku typowego papieru celulozowego.

Wyniki prób elektrycznych w oleju mineralnym pokazują, że nowy papier posiada wytrzymałość na przebicie napięciem przemiennym o ponad 30% wyższą niż badany w celach porównawczych papier ulepszany cieplnie (próby według normy ASTM D149). Dotyczy to zarówno prób wykonanych na pojedynczym arkuszu papieru, jak i na strukturach wielowarstwowych. Ta własność może zostać wykorzystana w celu optymalizacji konstrukcji transformatorów poprzez zmniejszenie grubości stosowanej izolacji lub może zwiększyć zapas bezpieczeństwa wytrzymałości układu izolacyjnego, jeśli zastosowano by taką samą grubość izolacji jak w przypadku izolacji konwencjonalnej. Przyczyny podwyższonej wytrzymałości dielektrycznej nowego papieru są ciągle obiektem badań laboratoryjnych.

Tabela I – Porównanie własności papierów izolacyjnych (grubość 0.18 mm)

Własności Typowy papier ulepszany cieplnie Papier wzmocniony aramidem Metoda prób
Gramatura (g/m2) 160 166 ASTM D646
Gęstość (g/cm3) 1.0 0.97 ASTM D646
Wytrzymałość na rozdzieranie (gf)
w kierunku wzdłużnym
w kierunku poprzecznym

200
220

160
240
TAPPI 414
Wytrzymałość na zrywanie (N/cm)
w kierunku wzdłużnym
w kierunku poprzecznym

165
43

191
43
ASTM D828
Wytrzymałość na rozerwanie (kPa)
(Mullen burst strength)
965 1050 ASTM D774-93 (2002)
Napięcie przemienne, szybki wzrost, napięcie przebicia na sucho (kV) 1.5 3.0 ASTM D149
Napięcie przemienne, szybki wzrost, napięcie przebicia w oleju (kV) 11.5 14.8 ASTM D149
Napięcie przemienne, szybki wzrost, wytrzymałość elektryczna w oleju (kV/mm) 63 83 ASTM D149

2.2. Klasa temperaturowa papieru wzmocnionego aramidem

Dla oceny przydatności nowego materiału w układach izolacyjnych transformatorów, konieczne było szczegółowe określenie faktycznego zachowania materiału podczas pracy w określonej temperaturze.

Aby ocenić długotrwałą odporność na temperaturę, przeprowadzono długotrwałe starzeniowe próby laboratoryjne według procedur określonych w normie IEEE C57.100 [3]. Zgodnie z procedurą opisaną w normie, badania wykonane zostały jako badania porównawcze z układem izolacyjnym o znanych własnościach.  Według procedury, takim układem odniesienia jest papier ulepszany cieplnie starzony w oleju mineralnym.

Do porównawczych długotrwałych prób starzeniowych wykorzystano papiery o grubości 0.18 mm, co odpowiada typowym papierom stosowanym na izolację warstwową w transformatorach rozdzielczych. Rys. 4 przedstawia zestaw typowych materiałów konstrukcyjnych transformatora wykorzystywanych w odpowiednich proporcjach do prób starzeniowych. Omawiane badania porównawcze wykonuje się dla kilku temperatur, dla których określa się czas życia izolacji, tj. czas po jakim materiał straci swe własności użytkowe według określonego wcześniej kryterium. Następnie ekstrapoluje się wyniki do wymaganego czasu życia wynoszącego umownie 180 000 godzin (ok. 20 lat) i w ten sposób określa się dopuszczalną długotrwałą temperaturę pracy materiału. W omawianym przypadku, w celu uzyskania bardziej precyzyjnych charakterystyk starzeniowych, starzenie wykonano w siedmiu różnych temperaturach, a nie w trzech, jak tego wymaga podana norma.

Rys. 4. Typowy zestaw materiałów do wykonania długotrwałych prób starzeniowych; zdjęcie po prawej stronie pokazuje materiały umieszczone w komorze starzeniowej

Rys. 5 prezentuje otrzymaną charakterystykę starzeniową Arrheniusa dla nowego papieru z aramidem zanurzonego w oleju mineralnym. Poniższy wzór opisuje uzyskaną charakterystykę i może służyć do obliczania teoretycznego czasu życia izolacji w przypadku pracy w określonych temperaturach.

gdzie, „LIFE” to czas życia izolacji w godzinach a „T” to temperatura pracy izolacji w °C (temperatura starzenia lub temperatura najgorętszego miejsca w uzwojeniu).

Przeprowadzone badania wykazały, że badana izolacja mogłaby pracować ciągle w temperaturze 120°C i obserwowano by taki sam efekt utraty własności mechanicznych jak w przypadku celulozy ulepszanej cieplnie pracującej w temperaturze 110°C, czyli o 10°C niższej. Potwierdza to, że dodanie składnika aramidowego poprawiło własności starzeniowe materiału. Materiał można więc zakwalifikować do klasy temperaturowej 130 (stara klasa B).

Badania wykonano również dla nowego papieru zanurzonego w estrze naturalnym wg IEC 62770. Badania pokazały, że ester dodatkowo poprawia własności starzeniowe materiału. Ciągła temperatura pracy dająca taki sam efekt w postaci degradacji własności mechanicznych to w tym wypadku 140°C.

Rys. 6 przedstawia charakterystyki starzeniowe różnych porównywanych materiałów. Zaznaczono ustalone temperatury pracy skutkujące jednakową żywotnością materiałów, odpowiadającą czasowi pracy 180 000 godzin, czyli ok. 20 lat.

3. Zastosowanie w konstrukcji transformatorów

Podwyższona odporność na temperaturę papieru wzmocnionego aramidem daje określone korzyści w konstrukcji transformatora. Dwie podstawowe metody zastosowania to:

1. Zastosowanie w celu zwiększenia żywotności układu izolacyjnego

Transformator jest zaprojektowany do pracy przy konwencjonalnych temperaturach znamionowych dla uzwojeń, typowych dla celulozy. Poprzez wykorzystanie nowego materiału, układ izolacyjny jest mniej wrażliwy na przeciążenia i akumulujące się skutki cieplnej degradacji izolacji podczas długoletniej pracy. Okresowe przeciążenia czy stany pracy awaryjnej podczas użytkowania transformatora mają mniejszy wpływ na stan izolacji w dłuższej perspektywie czasu, a co za tym idzie na niezawodność urządzenia. Rozwiązanie to wybrane zostało już w kilku projektach transformatorów blokowych (na napięcia do 500 kV).

2. Wykorzystanie wyższej dopuszczalnej temperatury pracy celem optymalizacji konstrukcji transformatora

W tym wypadku pozwala się, aby uzwojenia pracowały przy wyższych temperaturach znamionowych. Norma PN/EN 60076-14 [5] definiuje różnorodne układy izolacyjne bazujące na materiałach izolacyjnych o klasie temperaturowej wyższej niż dla konwencjonalnej celulozy. Norma podaje maksymalne dopuszczalne temperatury znamionowe dla zdefiniowanych układów izolacyjnych. Zgodnie z treścią normy, materiał o klasie temperaturowej 130 może być zastosowany jako izolacja przewodów w układzie izolacyjnym półhybrydowym lub na niektóre elementy układu izolacyjnego mieszanego lub hybrydowego (Tabela II). Średni przyrost temperatury uzwojenia może być zwiększony o 10-20°C, a przyrost temperatury najgorętszego miejsca nawet o 22°C. Takie same przyrosty temperatur mogą być stosowane w układach izolacyjnych z cieczami alternatywnymi, takimi jak estry czy oleje silikonowe (Tabela III). Wyższe temperatury dozwolone w transformatorze dają możliwość optymalizacji rozmiarów przewodów w uzwojeniach lub redukcji układu chłodzącego transformatora (kanałów chłodzących w uzwojeniach, bądź układu chłodzenia na zewnątrz kadzi transformatora).

Tabela II – Dopuszczalne przyrosty temperatury dla hybrydowych układów izolacyjnych wg PN/EN 60076-14 [5]
Tabela III – Dopuszczalne przyrosty temperatury dla wysokotemperaturowych układów izolacyjnych z estrami lub cieczami siliko-nowymi wg PN/EN 60076-14 [5]

4. Przykłady zastosowań

4.1. Transformatory blokowe do instalacji w gorącym klimacie

Jako przykład jednego z pierwszych zastosowań papieru wzmocnionego aramidem warto przytoczyć jego zastosowanie w konstrukcji serii transformatorów blokowych dla instalacji w gorącym klimacie, w Egipcie. Zgodnie ze specyfikacją użytkownika transformatorów, w celu przedłużenia żywotności układu izolacyjnego, wymagano układu izolacyjnego hybrydowego z materiałami w klasie temperaturowej przynajmniej 130. Zwykle takie wymaganie narzucałoby zastosowanie papieru aramidowego do izolacji przewodów w uzwojeniach oraz preszpanu aramidowego na elementy pozostające w bezpośrednim kontakcie z uzwojeniami (kliny pionowe, przekładki). Dzięki dostępności papieru wzmocnionego aramidem, możliwe było zastosowanie tego bardziej ekonomicznego rozwiązania w zakresie izolacji zwojowej. Na elementy preszpanowe zastosowano aramid.

Zastosowanie nowego papieru w projekcie poprzedzone zostało szczegółową analizą własności nowego papieru w zastosowaniu do izolacji przewodów. Producent przewodów wykonał szereg prób dotyczących procesu izolacji: optymalizacja naciągu taśmy, optymalizacja prędkości owijania, itp. Jakość wykonanej izolacji przewodów potwierdzono badaniami mechanicznymi i dielektrycznymi wykonanymi na gotowych przewodach. Konstrukcja transformatora wykorzystywała przewody z ciągłą transpozycją żył w uzwojeniach górnego napięcia i przewody prostokątne w uzwojeniu regulacyjnym. W uzwojeniach dolnego napięcia zastosowano przewody z ciągłą transpozycją żył bez izolacji papierowej.

Projekt składał się z trzech transformatorów blokowych (Rys. 7) o charakterystyce podanej poniżej.

Moc znamionowa: 186 (ONAN) / 248 (ONAF-1) / 310 (ONAF-2) MVA
Napięcie GN: 220 kV ± 4×2.5% (z bezobciążeniowym przełącznikiem zaczepów)
Napięcie DN: 15.75 kV
Układ połączeń: YNd1

Układ izolacyjny: Klasa izolacyjna – przynajmniej 130°C; izolacja hybrydowa uzwojeń wg IEEE C57.154 (amerykański odpowiednik PN/EN 60076-14).
W kolejnych projektach dla tego samego użytkownika zastosowano papier wzmocniony izolacją aramidową w transformatorach blokowych na napięcie 500 kV. Tym razem wybrano jednak układ półhybrydowy, gdzie izolacja o podwyższonej klasie temperaturowej użyta została tylko do izolacji zwojowej. (Rys. 8-9)

Rys. 9. Uzwojenie transformatora blokowego 300 MVA, 500 kV – izolacja zwojowa z papieru wzmocnionego aramidem; elementy preszpanowe z tradycyjnego preszpanu celulozowego (foto: Shandong Power)

4.2. Transformatory rozdzielcze o wysokiej przeciążalności

Kolejny przykład zastosowania nowej izolacji dotyczy transformatorów rozdzielczych. Analizowany przypadek dotyczy transformatora podnoszącego napięcie w zastosowaniu do instalacji solarnej. Pokazany w Tabeli IV profil obciążenia zakładał regularne przeciążanie transformatora w okolicach południa do poziomu 120% mocy znamionowej. Do tego, transformator zainstalowany wewnątrz podstacji narażony miał być na stosunkowo wysokie temperatury otoczenia na poziomie 55-60°C w ciągu dnia.

Aby uniknąć przegrzania izolacji w tak ciężkich warunkach pracy, transformator musiałby być zaprojektowany na stosunkowo niskie temperatury pracy przy mocy znamionowej w normalnych warunkach. Oznaczałoby to stosunkowo wysoki koszt transformatora. Tymczasem jednak przeprowadzona analiza konstrukcji z wykorzystaniem izolacji o podwyższonej klasie temperaturowej pokazała, że można obniżyć koszt transformatora. Kluczem było dopuszczenie wyższych temperatur w uzwojeniach podczas przeciążenia transformatora. Rys. 10 przedstawia wyniki obliczeń temperatur w transformatorze dla podanego cyklu obciążenia i dla określonej temperatury otoczenia. Choć obliczona chwilowa temperatura najgorętszego miejsca w uzwojeniach osiąga niemal 150°C, to układ izolacyjny nie jest narażony na nadmierne starzenie papieru. Obliczona utrata życia izolacji wyniosła jedynie 1.08 dnia przy 24-godzinnym cyklu obciążenia. Dla porównania, takie same temperatury w transformatorze z klasyczną izolacją celulozową spowodowałyby degradację 11-krotnie szybszą, czyli powodowałyby znaczne narażenie izolacji na przedwczesne zestarzenie.

Rys. 10. Obliczenia temperatur oleju (linia niebieska) i uzwojeń (linia zielona) dla ana-lizowanego profilu przeciążenia transformatora

Tabela V przedstawia porównanie konstrukcji obu transformatorów: z izolacją konwencjonalną i z izolacją wzmocnioną aramidem. Tabela VI natomiast pokazuje porównanie kosztu poszczególnych elementów transformatora. Jak widać całkowity koszt został obniżony o 6%, głównie dzięki redukcji kosztu uzwojeń i oleju. Warto zauważyć, że zastosowany papier izolacyjny był znacznie droższy niż papier konwencjonalny (12.5 razy). Nie przeszkodziło to jednak w uzyskaniu ostatecznych oszczędności. Wynika to ze stosunkowo niewielkiego udziału papieru izolacyjnego w całkowitym koszcie transformatora.

Tabela IV – Przykładowy profil obciążenia transformatora do instalacji solarnej

Czas 0:00-9:00 9:00-11:00 11:00–13:00 13:00-15:00 15:00–24:00
Profil obciążenia 10% 100% 120% 100% 10%
Temperatura otoczenia 40°C 55°C 60°C 55°C 40°C

Tabela V – Porównanie konstrukcji transformatorów z izolacją konwencjonalną i wzmocnioną aramidem

Papier izolacyjny Papier Kraft DuPont™ Nomex® 910
Moc znamionowa (kVA) 3 150 3 150
Ilość faz 3 3
Napięcie GN/DN (kV) 35/0.4 35/0.4
Przewód GN (mm) 2.12 x 6.7 2.12 x 6.5
Przewód DN (mm) 2.1 x 850 2.1 x 830
Przyrost temp. uzwojeń (K) 48 58
Przyrost temp. oleju (K) 42 52
Przyrost temp. hot spotu (K) 61 72
Straty jałowe (W) 3 295 3 040
Straty obciążeniowe (W) 24 942 25 178
Temperatura odniesienia dla strat 75°C 75°C
Masa uzwojeń GN (kg) 896 810
Masa uzwojeń DN (kg) 534 516
Masa rdzenia (kg) 2471 2398

Należy zauważyć, że przytoczona analiza konstrukcji wykonana została w Chinach przy założeniu tamtejszych cen materiałów. Analiza wykonana w Polsce może się różnić i wykazać większe lub mniejsze oszczędności.

5. Prace badawcze i przyszłe zastosowania

Powyżej opisano przykładowe zastosowania nowego papieru izolacyjnego w transformatorach mocy i rozdzielczych. Obecnie w wielu ośrodkach przemysłowych i badawczych na świecie (również w Polsce) trwają równolegle prace nad dalszą analizą własności nowej izolacji i możliwościami jej najlepszego wykorzystania.

Rys. 11 pokazuje przykładowe wyniki badań laboratoryjnych pod kątem gazów rozpuszczonych w oleju (DGA) po próbach starzeniowych izolacji w oleju. Znamienne jest, że izolacja wzmocniona aramidem wygenerowała mniej gazów typowych dla degradacji celulozy niż tradycyjna izolacja ulepszana cieplnie.

Badanie powtórzono na prototypie dużego transformatora mocy 165 MVA, 230/34.5 kV. Dwie bliźniacze jednostki zbudowane z wykorzystaniem dwóch różnych rodzajów izolacji poddano próbom cieplnym łącznie z próbą 8-godzinnego nagrzewania uzwojenia do temperatury 110°C oraz 120°C. Wyniki pokazane są na Rys. 12 i 13. Potwierdziły one badania laboratoryjne i wykazały mniejszą generację CO i CO2 w przypadku zastosowania papieru wzmocnionego aramidem. [6]

Oznacza to, że praca izolacji przy wyższej temperaturze uzwojeń nie musi jednocześnie oznaczać większej generacji gazów z materiału. Potwierdza to możliwość stosowania nowej izolacji w konstrukcjach pracujących ciągle lub okresowo przy wyższych temperaturach uzwojeń niż konwencjonalne.

Inne programy badawcze dotyczą własności dielektrycznych czy mechanicznych papieru, lub też szczególnych własności przy zastosowaniach jako izolacja zwojowa czy izolacja warstwowa w formie papieru z żywicą (DDP).

Rys. 14 pokazuje przykład wyników obliczeń różnych transformatorów celem optymalizacji ich konstrukcji z wykorzystaniem nowej izolacji. Jak wspomniano wcześniej, norma PN/EN 60076-14 pozwala na zastosowanie wyższych temperatur w konstrukcji uzwojeń, jeśli użyta zostanie izolacja o odpowiedniej klasie temperaturowej lub dodatkowo alternatywna ciecz izolacyjna. Zaprezentowane przykłady obliczeń dotyczą analizy konstrukcji transformatorów o różnych mocach, w których zastosowano ester jako ciecz izolacyjną.

Rys. 14. Wyniki optymalizacji konstrukcji różnych transformatorów wykorzystujących ester jako ciecz izolacyjną i papier z arami-dem jako izolację uzwojeń

Pokazane wykresy obrazują różnicę kosztu transformatorów w zależności o użytych materiałów. Jak powszechnie wiadomo, koszt transformatora z cieczą typu ester jest wyższy niż koszt transformatora z olejem mineralnym. Różnica wynika z wyższej ceny samej cieczy izolacyjnej, ale także z nieco innej konstrukcji transformatora, wymagającej nieco większych kanałów chłodzących oraz nieco większych odstępów izolacyjnych. W pokazanych przykładach różnica kosztu transformatora może wynosić od 19% do 39%, w zależności od wielkości transformatora czy poziomu strat. Gdy jednak w konstrukcji z estrem zastosuje się izolację o podwyższonej klasie temperaturowej, można konstrukcję zoptymalizować, wykorzystując wyższe dopuszczalne przyrosty temperatur dla takiej konstrukcji. Według zaprezentowanych obliczeń, oszczędności w koszcie transformatora mogą wynosić nawet 16% w stosunku do kosztu transformatora z estrem i konwencjonalną izolacją celulozową.

Należy zwrócić uwagę, że osiągnięte wyniki optymalizacji konstrukcji są w znacznym stopniu zależne od typu transformatora, jego mocy i narzuconego poziomu strat. Dla przykładu, w analizowanej konstrukcji transformatora 1600 kVA, 20 kV, uzyskano oszczędność 16% dla przypadku, gdy straty nie były ograniczone, natomiast jedynie 1% gdy narzucono poziom strat według obowiązujących wymagań europejskich. W przypadku analizowanych transformatorów o mocy 2800 kVA oraz 20 MVA, znaczne oszczędności wykazane zostały nawet w przypadku ograniczenia strat.

Tabela VII pokazuje dopuszczalne temperatury jakie użyte zostały w poszczególnych wariantach konstrukcji.

Tabela VII – Dopuszczalne przyrosty temperatur dla konstrukcji z różnymi materiałami izolacyjnymi

6. Wnioski

Zaprezentowane przykłady zastosowań pokazują, że nowy papier izolacyjny wzmocniony aramidem może być przydatną alternatywą dla konwencjonalnej izolacji celulozowej w wybranych przypadkach. Można się spodziewać, że badania kontynuowane w przemyśle i doświadczenia z pierwszych zastosowań będą skutkować coraz większą popularnością tego materiału w konstrukcji transformatorów różnych mocy.

Radosław Szewczyk
DuPont

Bibliografia

[1] IEC 60076-7:2005 “Loading guide for oil-immersed transformers”
[2] DuPont™ Nomex® 910 Engineered Cellulose Paper, Preliminary Technical Data Sheet, 2017
[3] IEEE Std C57.100:2011 “IEEE Standard Test Procedure for Thermal Evaluation of Insulation Systems for Liquid Immersed Power and Distribution Transformers”
[4] Szewczyk R., Galhardo L., Marek R.P., Wicks R.C. “New cellulose paper enhanced with aramid – practical example of material thermal evaluation acc. to IEEE Std C57.100-2011”, CIGRE SC D1 Colloquium 2015, article ID 27
[5] PN/EN 60076-14:2013, Power transformers – Part 14: Liquid-immersed power transformers using high-temperature insulation materials.
[6] W. Calil, A. Souza, R.P. Marek, L. Galhardo, R. Szewczyk „Application of Aramid Enhanced Cellulose Paper and Practical Verification in Power Transformers for Extended Life or Optimized Size”, EuroDoble 2018

Click to comment

Leave a Reply

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

To Top