1

Antun Mikulecky KON�AR-Institut za elektrotehniku, Zagreb amikul@koncar-institut.hr

TRANSFORMATORSKI PROVODNICI – POGONSKA ISKUSTVA

SAŽETAK

U radu su opisane konstrukcijske, pogonske, dijagnosti�ke i druge osobitosti svih triju vrsta provodnika kondenzatorskog tipa koji se susre�u u pogonu. Razmatra se odnos kvara provodnika i kvara transformatora i u tom smislu razlu�uju se dvije vrste kvara provodnika: po�etni kvar koji nema za posljedicu ošte�enje transformatora i potpuni kvar koji neposredno ima za posljedicu kvar transformatora. Pokazuje se da bez primjene dijagnostike stanja provodnika svi kvarovi su potpuni. Analizirano je trinaest kvarova provodnika u pogledu uzroka, mehanizama nastanka i razvoja te posljedica. U tom smislu �lanak prikazuje mogu�nosti ali i ograni�enja povremene i kontinuirane dijagnostike i u tom smislu su predložena poboljšanja. Ukazano je na neke osobitosti rasklopišta u pogledu protupožarne zaštite i posebice na mogu�nost povezanosti priklju�ka pomo�u krutih cijevi i kvarova provodnika.

Klju�ne rije�i: provodnik, kvar, energetski transformator, dijagnostika, cijevni priklju�ak, protupožarna zaštita

TANSFORMER BUSHINGS – SERVICE EXPERIENCES SUMMARY Design, service, diagnostics and other properties of all three condenser types of bushings are

described in the paper. Relationship between failure of bushing and failure of transformer are discussed and in that sense two bushing failure types is recognized: early stage bushing failure without serious consequences on transformer and total bushing failure with failure on transformer as a consequence. Without applying of diagnostics all bushing failures are total. Thirteen bushing failures were analyzed in the sense of their cause, development mechanism and consequences. Regarding that, ability and limitation of off line and on line diagnostics are discussed in the paper and some improvements are proposed. Some switchyard properties are indicated, in the aspect of influence of rigid tubular connection to bushing failure and fire protection.

Key words: bushing, failure, power transformer, diagnostics, tubular connection, fire protection

1. UVOD

Transformatorski provodnik je naprava pomo�u koje se ostvaruje spoj rasklopišta i namota transformatora, [1]. On vodi struju i izolira prema kotlu. Provodnik se smješta na me�i izolacijskih medija, naj�eš�e ulja, SF6 ili zraka i me�usobno ih odvaja. Tim svojstvom su u znatnoj mjeri odre�ena protupožarna svojstva uljnih transformatora. U transformatorskoj tehnici rabe se naj�eš�e dvije osnovne vrste: porculanski provodnici (solid type bushing) koji prevladavaju na distribucijskim naponima i

9. savjetovanje HRO CIGRÉ Cavtat, 8. - 12. studenoga 2009.

HRVATSKI OGRANAK ME�UNARODNOG VIJE�A ZA VELIKE ELEKTROENERGETSKE SUSTAVE – CIGRÉ

2

kondenzatorski provodnici koji ve� pedesetak godina u potpunosti prevladavaju na višim naponima. Ovaj rad se bavi kondenzatorskim provodnicima. Oni se izvode u tri tehnologije: RBP (smolom obloženi papir), OIP (uljem impregnirani papir) i RIP (smolom impregnirani papir) namatanjem na središnju cijev ili vodi�, pri �emu se na odre�enim promjerima ume�u elektrode kojima se podešavaju radijalna i aksijalna naponska naprezanja. Skica kondenzatorskog provodnika ulje-zrak OIP tipa prikazana je na slici 1, a shematski prikaz kondenzatorskog tijela provodnika je na slici 2.

Slika 1: Skica provodnika Slika 2: Kondenzatorsko ulje-zrak OIP tipa tijelo provodnika (shematski)

Kondenzatorska tijela, slike 1 i 2 su za sve tri tehnologije provodnika shematski gotovo identi�na ali su fizi�ki razli�itih svojstava. Kod RBP i RIP to su �vrste izra�evine koje se obra�uju skidanjem strugotine. Mehani�ki �vrsto i nepropusno prijanjaju uz prirubnicu (pozicija 9 na slici 1) te time i svojim integritetom odvajaju ulje transformatora od okolnog medija. Dakle, donji omota� (pozicija 8 na slici 1) nije neophodan zbog toga što samo tijelo odra�uje njegovu zada�u. U slu�aju proboja kondenzatorskog tijela (poz.1) integritet tijela i njegovo brtvljenje prema prirubnici je �esto dovoljno o�uvano da ne dolazi do istjecanja ulja iz transformatora ali se u odre�enom postotku kvarova to ipak doga�a. To je uzrokom požara transformatora zbog toga što ulje istje�e upravo na probojem užarene dijelove provodnika. U ovom pogledu situacija kod OIP provodnika je bitno druga�ija. Kondenzatorsko tijelo ne brtvi prema prirubnici ve� u slu�aju loma donjeg i gornjeg omota�a ulje iz transformatora istje�e s požarom kao �estom posljedicom. U slu�aju loma samo gornjeg omota�a ulje iz transformatora ne�e iste�i zbog toga što je donji omota� u�vrš�en za prirubnicu i brtvi prema njoj. (Kod nekih starijih izvedbi OIP provodnika kod kojih se brtvljenje provodnika osiguravalo aksijalnom tla�nom silom, lom barem jednog omota�a imati �e za posljedicu istjecanje ulja iz transformatora, što je bitno lošije od izvedbe OIP provodnika na slici 1). Zanimljivo je napomenuti da povratni ventil, �ija je zada�a sprije�iti istjecanje ulja iz konzervatora u slu�aju puknu�a kotla, �esto ne odradi svoju zada�u zbog premalog protoka ulja u slu�aju kvara provodnika. Podešenje povratnog ventila na manje protoke ima za posljedicu opasnost od ispada transformatora zbog njegove lažne prorade u slu�aju naglog hla�enja transformatora. Lažna prorada povratnog ventila ima za posljedicu aktiviranje Buchholz releja bez ikakvog poticaja sekundarnih zaštita. Ispravnoj proradi obi�no prethode signali sekundarnih zaštita i Buchholz releja. Gornji omota�i provodnika ulje-zrak (poz. 7 na sl. 1) opremljeni su rebrima (zakriljima) za osiguranje zadovoljavaju�e klizne staze, a

Oznake, slika 1: 1 - Kondenzatorsko tijelo 2 – Elektrode 3 - VN priklju�ak 4 - Glava 5 - Elektrostatski zaslon 6 - Središnja cijev 7 - Gornji omota� 8 - Donji omota� 9 - Prirubnica 10 - Produžetak prirubnice 11 - Mjerni priklju�ak 12 - Brtve 13 - Natpisna plo�ica 14 - Uljokaz 15 - Vezivni cement 16 - Izolacijsko ulje 17 - Ekspanzijski prostor Oznake, slika 2: 1 – Cijev provodnika 2 – Elektrode 3 – Prirubnica 4 – Mjerni priklju�ak C1i – Kapacitet, i-ti po redu ri – Radijus i-te elektrode hi – Visina i-te elektrode hz – Uspon zra�nog dijela hu – Uspon uljnog dijela C1 – Kapacitet kondenzatorskog tijela (1/C1 = 1/C11 + ⋅⋅⋅ + 1/C1i + ⋅⋅⋅ + 1/C1n) C2 – Kapacitet mjernog priklju�ka

3

izvode se kao porculanski ili kao kompozitni, sa silikonskim rebrima, odnosno u najnovije vrijeme silikonska rebra nanašaju se direktno na RIP tijelo. Prostor izme�u kondenzatorskog tijela i gornjeg omota�a ispunjen je uljem kod OIP provodnika, a viskoznom izolacijskom teku�inom kod RBP provodnika. Kod RIP provodnika taj prostor ispunjen uljem ili izolacijskom pjenom i u tom slu�aju se radi o potpuno suhoj izvedbi, ili ga nema ako se silikonska rebra nanašaju direktno na tijelo. Porculanski gornji omota�i vrlo su trajni ali su lomljivi. Obi�no se rasprsnu prilikom proboja provodnika i osjetljivi su na vandalizam. Hidrofobnost im slabi u uvjetima zaga�ene atmosfere. Kompozitni gornji omota�i su mehani�ki �vrš�i, otporniji su na vandalizam, ne rasprskavaju se i imaju bolju hidrofobnost, ali se smatraju manje trajnim od porculanskih. RBP i posebice RIP provodnici mogu raditi neko vrijeme u slu�aju loma gornjeg omota�a. Zbog ve�e �vrsto�e kondenzatorskog tijela RBP a pogotovo RIP provodnici imaju bolja seizmi�ka svojstva od OIP provodnika, [2, 3]. RBP i RIP provodnici podnose temperature do 120 oC a OIP 105 oC. OIP i RIP provodnici imaju vrlo mala parcijalna izbijanja (PI) u pravilu do nekoliko pC sve do ispitnih napona. RIP provodnici su osjetljivi na prisutnost PI zbog toga što nemaju svojstvo regeneracije kao OIP. RBP provodnici su u tom pogledu bitno lošiji. Imaju PI sve do nekoliko stotina pC kod ispitnih napona a mogu ih imati i do stotinjak kod pogonskog napona. To je zbog toga što oni u sebi uvijek sadrže odre�enu koli�inu zraka te se ta tehnologija danas smatra zastarjelom. Kapacitet i tanδ su kod OIP i RIP provodnika vrlo stalne veli�ine sve dok ne nastupi poreme�aj što je u pogledu njihove dijagnostike vrlo povoljno. RBP provodnici postepeno pove�avaju kapacitet tijekom pogona (�ak za desetak pa i više %) zbog impregnacije uljem što može maskirati njegove nedostatke. 2. DEFINICIJA KVARA PROVODNIKA

U fizikalnom smislu kvar nastaje kada pogonska naprezanja premaše podnosiva naprezanja materijala. Na tom se temelji u tehnici je široko prihva�ena definicija kvara stroja/naprave kao gubitak funkcionalnih svojstava koji ima za posljedicu isklju�enje iz pogona. Prije ponovnog pogona neophodan je popravak ili zamjena. [4]. Djelomi�ni gubitak svojstava razumijeva se nedostatkom. Ova definicija kvara temelji se na pretpostavci bipolarnih funkcijskih svojstava naprave (funkcijska svojstva postoje – nema kvara i obrnuto). Ona je jasna ali više odgovara proizvo�a�ima naprave nego korisnicima. Njih više zanima raspoloživost naprave za pogon. Naime, postoje situacije kada naprava nije raspoloživa za pogon ali nema gubitaka funkcionalnih svojstava. Karakteristi�ne situacije su isklju�enja iz pogona radi planiranog ili neplaniranog istraživanja funkcijskih svojstava (stanja) odnosno radova održavanja. U smislu raspoloživosti, tendencija je da se svaka neplanirana obustava pogona naprave smatra kvarom. U tom smislu je vrlo zanimljiva definicija [5] prema kojoj je kvar bilo koja situacija koja ima za posljedicu neplanirano izbacivanje iz pogona radi istraživanja, popravka ili zamjene. Ona uvažava �injenice da je nadzor stanja pomo�u dijagnostike i motrenja dalo dobre rezultate i ušlo je u uobi�ajenu praksu elektroprivrednih organizacija širom svijeta. Osim toga, transformatori mogu imati i preko deset provodnika, a kvar bilo kojeg provodnika predstavlja kvar transformatora. Druga definicija je prikladnija za naprave kojima se stanje redovito dijagnosti�ki prati, iako �e sigurno, zbog pravnih posljedica, polu�iti žestoke rasprave izme�u korisnika i proizvo�a�a transformatora. Problem granice (kriterija) kada je istraživanjem dijagnosticiran kvar, a ure�aj može biti u pogonu, je vrlo osjetljivo i još dugo ne�e biti dovoljno dobro i nepristrano definirano. Zanimljivo je uo�iti da ti kriteriji ovise o tome da li se radi o povremenoj ili kontinuiranoj dijagnostici. Dodatan problem je što prema toj definiciji vrlo sli�ni doga�aji se mogu ali i ne moraju smatrati kvarom provodnika što zna�i da je ona izgubila na jednozna�nosti. Druga definicija ima još jedni posljedicu: ona name�e da, s obzirom na posljedice kvara provodnika po transformator (odnosno EES), treba razlu�iti dvije vrste kvara provodnika. Nazovimo ih potpuni kvar i po�etni kvar. U prvom slu�aju imamo potpuni gubitak pogonskih svojstava provodnika dok u drugom slu�aju imamo po�etni nedostatak koji se trajanjem pogona može razviti u potpuni gubitak pogonskih svojstava. Dakle, možemo razlu�iti dvije vrste kvarova provodnika: Potpuni kvar provodnika predstavlja potpuni gubitak pogonskih svojstava. Naj�eš�e je to njegovo rasprsnu�e i obi�no je uzrokom velikih ošte�enja i one�iš�enja transformatora a �esto i požara s pove�om kolateralnom štetom, dakle to su neplanirani, forsirani ispadi [4] s velikim direktnim i indirektnim troškovima. Uzrok rasprsnu�a uvijek je proboj: kondenzatorskog tijela, gornjeg ili donjeg omota�a. Po�etni kvar provodnika nastaje kada nekom dijagnosti�kom metodom registriramo nedostatak koji se može razviti u potpuni kvar. Ova vrsta kvara sanira se obi�no bez ve�ih posljedica za transformator i u relativno kratko vrijeme dakle s malim direktnim i indirektnim troškovima. Gledaju�i ukupno, kvarovi provodnika se dijagnostikom stanja ne mogu sprije�iti (oni su odre�eni kvalitetom provodnika i uvjetima pogona) ali se tako smanjuje udio potpunih kvarova na ra�un po�etnih, te ostvaruje ve�a pouzdanost pogona i znatna gospodarstvena ušteda.

4

3. ZNA�AJKE KVAROVA PROVODNKA

U ovo odjeljku opisani su potpuni i po�etni kvarovi provodnika koji su se zbili u proteklih dvadesetak godina na našem ali i širem geografskom podru�ju. Njihov omjer ne odgovara stvarnosti zbog toga što se po�etni kvarovi �esto ne registriraju, pogotovo ako su blaže naravi i ako nemaju za posljedicu obustavu pogona dulju od nekoliko dana. Po�etni kvarovi su u stvari nekoliko puta u�estaliji od potpunih. Opise kvarova provodnika nastojalo se sistematizirati po bitnim podacima: o transformatoru (vrsta, napon i snaga), napon i vrsta provodnika, starost, pojavni oblik kvara (po�etni, potpuni, pojavnost požara), vrsta priklju�ka, specifi�nosti pogona, vremenski uvjeti kad je kvar nastao, prethodni dijagnosti�ki podaci, procijenjeni uzrok i scenarij kvara 3.1. Kvarovi 123 kV provodnika 1. slu�aj: U prolje�e 2006. godine tijekom jake kiše rasprsnuo se donji omota� provodnika 123 kV OIP tipa, na autotransformatoru 150 MVA, napona 220/110 kV, starom oko 40 godina, slika 3. Hidrodinami�ki udar nastao probojem provodnika bio je vrlo snažan. Kotao transformatora je napukao na više mjesta te je ulje curilo u uljnu jamu. Ve�ina preostalih provodnika na transformatoru je ošte�ena (puknu�e gornjeg porculanskog omota�a i pomak gornjeg omota�a u odnosu na glavu ili prirubnicu, što je popra�eno curenjem ulja iz provodnika). Aktivni dio transformatora je u znatnoj mjeri ošte�en i one�iš�en (uništena regulacijska sklopka, ošte�eni priklju�ci regulacijskog namota, itd.) što je rezultiralo njegovim rashodovanjem. Priklju�ak provodnika s rasklopištem je bio izveden pomo�u užeta.

Slika 3: Rasprsnut 123 kV provodnik (1 – donji dio provodnika bez rasprsnutog donjeg omota�a, 2 – puknut cilindar teretnog dijela regulacijske sklopke, 3 – tragovi elektri�nog luka na donjem elektrostatskom zaslonu)

Transformator je redovito dijagnosti�ki ispitivan u približno �etverogodišnjim intervalima. U razdoblju izme�u posljednja dva mjerenja 2002. odnosno 2005. godine uo�ava se relativno velik porast tanδ rasprsnutog provodnika za 41 %, ali je njegova vrijednost i dalje bila relativno niska (0,52 %). Provodnik je ocijenjen sumnjivim i preporu�ena su �eš�a ispitivanja. Nekoliko mjeseci nakon kvara proveden je detaljan pregled ostataka provodnika. Kondenzatorsko tijelo je razmotano ali nisu prona�eni nikakvi tragovi koji bi ukazivali na uzrok kvara. Donji dio kondenzatorskog tijela bio je �ist, bez tragova el. luka. Tragovi el. luka prona�eni su samo na fragmentima donjeg porculanskog omota�a sakupljenih iz kotla transformatora. Može se procijeniti slijede�i scenarij kvara. Zbog slabljenja brtvenog sustava dolazi do postupnog ovlaženja izolacijskog sustava provodnika što ima za posljedicu pove�anje tanδ. Zbog jake kiše i naglog hla�enja provodnika mogu�e je usisavanje vode u provodnik što predstavlja neposredni uzrok kliznog proboja donjeg omota�a (pozicija 8 na slici 1). Tako nastao hidrodinami�ki udar lomi cilindar teretnog dijela regulacijske sklopke koja tako gubi aksijalni oslonac. Zbog toga sklopka propada i pomi�e se u stranu te se zaustavlja na priklju�ku izvoda 123 kV i priklju�cima regulacijskih namota koje pri tom deformira. Na temelju ovog slu�aja može se zaklju�iti da je pove�anje tanδ za �etrdesetak posto vrlo znakovito unato� njegovoj relativno niskoj vrijednosti. Preporuka o �eš�em mjerenju nije bila dovoljno dobra. Kvar se mogao sprije�iti zamjenom provodnika ili prigradnjom interventnog sustava motrenja. 2. slu�aj: U prolje�e 2005. godine rasprsnuo se gornji omota� provodnika 123 kV OIP tipa na transformatoru 40 MVA, napona 110/10,5 kV, starom 20 godina. Rasprsnu�e je prouzro�ilo ošte�enja ostalih provodnika i druge opreme u postrojenju uz manji požar. Kvar se zbio tijekom izrazite grmljavinske nepogode. Prethodna dijagnosti�ka ispitivanja provodnika provedena su 1996. godine i 2000. godine, dakle približno devet i približno pet godina prije kvara. U tom razdoblju tanδ se pove�ao za gotovo 50 % (s 0,17 % na 0,25 %) ali su vrijednosti bile vrlo niske, �ak i za nove provodnike. Priklju�ak provodnika je

5

bio izveden pomo�u užeta. Sanacija je provedena na terenu zamjenom svih 123 kV provodnika transformatora, a trajala je relativno kratko. Vizualni pregled rasprsnutog provodnika ukazao je na uzdužni proboj u prostoru izme�u kondenzatorskog tijela i gornjeg omota�a (prostor izme�u pozicija 1 i 7 na slici 1). Na to ukazuje kaverna na središnjoj cijevi koja je nastala djelovanjem elektri�nog luka tijekom proboja, slika 4. Me�utim, s obzirom na velika ošte�enja kondenzatorskog tijela, �iji je ve�i dio uništen, mogu�i uzrok rasprsnu�a je i proboj kondenzatorskog tijela, ali se to u ovom slu�aju smatra manje vjerojatnim. Na transformatoru nije nastao ve�i požar zbog toga što je donji omota� ostao �itav, a što je sprije�ilo curenje glavnog ulja na mjesto kvara i njegovo zapaljenje a tako�er i one�iš�enje aktivnog dijela fragmentima provodnika. Pregledom glave provodnika uo�ene su napukline za koje je mogu�e da su nastale prije kvara i koje su mogle predstavljati nedostatak sustava brtvljenja.

Slika 4: Demontirani rasprsnuti provodnik, na slici gore – cijeli provodnik nakon kvara, dolje – gornji dio

provodnika (rupa na desnom dijelu cijevi je kaverna nastala djelovanjem elektri�nog luka) Uzrok kvara ovog provodnika nije u potpunosti jasan. Mogu�e je da se radi o nedostatku u sustavu brtvljenja ili nedostatku kondenzatorskog tijela provodnika. Ovaj slu�aj tako�er ukazuje da je bitna promjena tanδ tijekom pogona unato� tomu što su aktualne vrijednosti vrlo male.

3., 4. i 5. slu�aj: U razdoblju 1991. do 1998. godine zbila su se tri rasprsnu�a 123 kV OIP provodnika na tri generatorska transformatora 43 MVA u jednoj hidroelektrani. Karakteristike ove hidroelektrane su �esti ulasci i izlasci iz pogona uz �est rad s nazivnim teretom. U sva tri slu�aja scenarij kvara bio je gotovo identi�an. Rasprsnu�e jednog VN provodnika ošte�uje ostale VN i NN provodnike te dovodi do požara koji dodatno ošte�uje cjelokupnu opremu i vanjštinu transformatora. Popravak je svaki put proveden u tvornici i trajao je po nekoliko mjeseci. Provodnici su bili spojeni s rasklopištem pomo�u cijevnih priklju�aka, sli�no kao na slici 5. Prvo rasprsnu�e se dogodio 1991. godine na transformatoru proizvedenom 1981. godine. Nisu prona�eni podaci o prethodnim dijagnosti�kim ispitivanjima. Prema pregledanim tragovima, proboj je išao radijalno od centralne cijevi provodnika (poz. 6, na sl. 1) do prirubnice u podru�ju mjernog priklju�ka (poz. 9 i 11 na slici 1). Drugi kvar se dogodio 1993. godine na transformatoru proizvedenom 1981. godine. Pregledani tragovi proboja su bili vizualno identi�ni kao u prethodnom slu�aju. Prethodno dijagnosti�ko ispitivanje je provedeno 14 mjeseci prije kvara, a rezultati nisu ukazivali na nepouzdanost pogona. Tre�i kvar se dogodio 1998. godine na transformatoru proizvedenom 1988. godine. Tragovi proboja protezali su se aksijalno, od gornjeg kraja provodnika, kroz

Slika 5: Spoj 123 kV provodnika s rasklopištem pomo�u cijevnih priklju�aka

6

prostor izme�u izolacijskog tijela provodnika (poz. 1, sl. 1) i porculana (poz 7, sl.1) pa do prirubnice u podru�ju mjernog priklju�ka (poz 9 i 11, sl. 1). Prethodno mjerenje tanδ, približno 13 mjeseci prije kvara, pokazivalo je vrijednost od 1,52 %, ali nažalost, unato� drasti�no pove�anoj vrijednosti nije upu�eno na zamjenu provodnika. Tri rasprsnuta provodnika nisu bila proizvod istog proizvo�a�a. Tragovi svih triju proboja su na neki na�in bili povezani s mjernim priklju�kom.

O�ito, ova tri slu�aja pokazuju da nešto kvari svojstva provodnika. Pretpostavljeno je da je uzrok tom kvarenju suviše krut spoj provodnika s rasklopištem pomo�u cijevnih priklju�aka. Tomu doprinosi i kriva orijentacija kompenzatora dilatacija sabirnice (vidi sliku 5). On može kompenzirati uspravnu dilataciju a ne horizontalnu koja bi trebala biti dominantna. Preporu�ena je promjena priklju�ka provodnika s rasklopištem i to tako da se dio cijevnog priklju�ka zamijeni fleksibilnim užetom. Rekonstrukcija postrojenja je provedena prije približno desetak godina, a kvarovi ovog tipa se nisu više javljali. 3.2. Kvarovi 245 kV provodnika

6. slu�aj: Termovizijskim ispitivanjem 2002. godine generatorskog transformatora 250 MVA, 220 kV, starog 16 godina utvr�eno je pove�ano zagrijanje glave i priklju�ka (poz. 3 i 4, slika 1) 245 kV provodnika u odnosu na zdravi provodnik i to za približno 60 K. Mjerenjem otpora VN namota ustanovljeno je pove�anje otpora u doti�noj fazi za 0,87 % te je ukazano na uzrok lošeg kontakta koji je bio na tulipanskom kontaktu priklju�ka (poz. 3, slika 1) sa svornikom na kraju bakrenog užeta, slika 6. Pregledom VN priklju�ka uo�eni su tragovi taljenja metala na tulipanskom kontaktu i prenošenja bakra svornika na aluminijski priklju�ak Ovaj po�etni kvar je saniran zamjenom pernog dijela tulipanskog kontakta, �ije slabljenje je najvjerojatniji uzrok ovom doga�aju i �iš�enjem kontaktnih površina. Zahvaljuju�i postojanju pri�uvnih dijelova i �injenici daje kvar registriran u po�etnoj fazi, popravak je trajao samo dva dana.

Slika 6: Lijevo: tragovi pregrijanja na VN priklju�ku i pernom dijelu tulipanskog kontakta, desno: tragovi pregrijanja na svorniku

7. slu�aj: 2005. godine na transformatoru 400 MVA, 400/220/30 kV, starom približno 25 godina

dogodio se vrlo zanimljiv kvar provodnika 245 kV RBP tipa koji se o�itovao kao rasprsnu�e gornjeg omota�a ali i donjeg dijela provodnika. Popratne posljedice su manji požar transformatora, one�iš�enje aktivnog dijela fragmentima rasprsnutog provodnika i drugim karboniziranim ostacima. Fragmenti gornjeg omota�a su uništili provodnik nulto�ke i oštetili jedan provodnik 420 kV, slika 7. Nema informacija o provo�enju dijagnosti�kih ispitivanja u razdoblju od 5 godina do kvara. Vizualni pregled provodnika ukazivao je na radijalni proboj kondenzatorskog tijela. Nakon detaljnog pregleda provodnika utvr�en je slijede�i vjerojatan scenarij kvara. Zbog lošeg kontakta na vij�anom spoju gornjeg priklju�ka i priklju�nog tijela (poz. 3, slika 1) dolazi do pregrijanja koje trajanjem pogona eskalira sve do taljenja tvrdog lema kojime su bakrena užad zalemljena na priklju�no tijelo (slika 7 u sredini gore i dolje). Dolazi do fizi�kog odvajanja priklju�nog tijela i užadi. Provo�enje struje s priklju�nog tijela preuzima središnja cijev provodnika. Sa cijevi struja prelazi preko više nedefiniranih kontaktnih mjesta ponovo na bakrenu užad zbog toga što se samo na taj na�in može zatvoriti strujni krug izme�u postrojenja i namota. Gubici na nedefiniranim kontaktima zagrijavaju središnju cijev (slika 7 desno) i izolaciju provodnika, što na kraju ima za posljedicu toplinski proboj kondenzatorskog tijela. Prema tragovima pregrijanja �ini se da je razvoj doga�aja trajao relativno dugo i nije jasno zbog �ega pregrijanje nije registrirano termovizijskom metodom

7

Slika 7: Kvar transformatora 400 MVA, 400 kV; slika lijevo: 1 - rasprsnut provodnik 245 kV,

2 - uništen 170 kV provodnik nulto�ke, 3 - ošte�en provodnik 420 kV; u sredini gore – tragovi pregrijanja na gornjem priklju�ku; u sredini dolje – priklju�no tijelo, užad odlemljena; desno – trag taljenja mjedene

središnje cijevi provodnika na užetu (koja se u pravilu primjenjuje jednom godišnje), kao što je to u�injeno u prethodnom slu�aju, a �ime bi rasprsnu�e provodnika bilo sprije�eno. Oba kvara po�ela su fizikalno identi�no s tom razlikom da je u prethodnom slu�aju pregrijanje otkriveno termovizijskim snimanjem i pravovremeno sanirano, uz zanemarive troškove te minimalnu obustavu pogona.

Ova dva slu�aja vrlo zorno ukazuju da ako se dijagnostika provodnika ne primjenjuje svi kvarovi �e biti potpuni, s velikom štetom i dugim obustavama pogona.

Slika 8 Rasprsnu�e 245 kV provodnika RBP tipa, gornji porculanski omota� je ostao �itav (lijevo), detalj rasprsnutog donjeg dijela (desno)

8. slu�aj: U prolje�e 2003. godine dogodio se kvar autotransformatora 150 MVA starog približno

30 godina. Nije bilo posebnih izvana vidljivih pokazatelja koji bi ukazivali na uzrok kvara. Pregledom demontiranog provodnika RBP tipa utvr�eno je rasprsnu�e donjeg dijela kondenzatorskog tijela provodnika (poz. 1 na sl.1) u duljini od približno 0,5 m, slika 8. Transformator, a posebice podru�je oko izvoda iz namota 220 kV je izrazito one�iš�eno fragmentima rasprsnutog provodnika, karboniziranom izolacijom i elektrodama. Dijagnosti�ka ispitivanja provodnika provedena su gotovo osamnaest godina prije kvara (nisu ukazivala na problem), a priklju�ak je bio izveden fleksibilno, pomo�u užeta. Uzrok ovog proboja nije poznat. Me�utim, tragovi proboja upu�uju da se radi o termi�kom proboju a dotrajalost je mogu�i uzrok. Koliko je autoru poznato transformator je rashodovan.

8

3.2. Kvarovi 420 kV provodnika

9. i 10. slu�aj: Na autotransformatoru 300 MVA, 400/110 kV zbila su se dva kvara 400 kV provodnika, prvi 1994. godine a drugi 2003., odnosno nakon približno 8 odnosno 17 godina pogona. Provodnici su OIP tipa a spojeni su s postrojenjem pomo�u cijevnih priklju�aka, slika 9. Prvi kvar je po�etni – dijagnosti�kim ispitivanjima je utvr�en pove�an tanδ od 2,2 % što ukazuje na visoki stupanj nepouzdanosti pogona. Vizualni pregled i kromatografska analiza ulja potvrdili su nalaz. Ukazali su na tragove gareži u ulju i znatne koncentracije plinova kao posljedica elektri�nog luka. Prethodno dijagnosti�ko ispitivanje bilo je 1989. godine kada su izmjereni podjednaki tanδ od približno 0,22 % na sva tri provodnika. Provodnik je zamijenjen rezervnim uz neraspoloživost od nekoliko dana. Drugi kvar je potpun – rasprsnu�e popra�eno požarom, slika 9, koji nije uspjela ugasiti stabilna protupožarna zaštita zbog toga što su provodnici izvan podru�ja njenog djelovanja. Fragmenti provodnika su znatno one�istili transformator ali su se ve�inom zadržali unutar kupole provodnika. Dinami�ki udar ošte�uje izvod iz namota 400 kV. Ta ošte�enja su se, uz odre�en rizik, uspjela sanirati na terenu a neraspoloživost je trajala nekoliko tjedana. Tragovi proboja na kondenzatorskom tijelu provodnika ukazuju na njegov radijalni proboj najvjerojatnije u razini prirubnice. Rezultati dijagnosti�kih ispitivanja provedena su približno tri godine prije rasprsnu�a i nisu ukazivala na nedostatak (tanδ je iznosio 0,23 %).

Slika 9: Rasprsnu�e provodnika 2003. godine i tragovi požara na transformatoru 300 MVA (desni provodnik na slici zamijenjen je nakon po�etnog kvara 1994. godine). Detalj prikazuje rasprsnuti

provodnik i kompenzator dilatacije cijevnog priklju�ka

Name�e se sumnja da je uzrok ubrzanog kvarenja provodnika priklju�ak pomo�u cijevi unato� primjeni kompenzatora dilatacija (koji je u ovom slu�aju ispravno orijentiran). Pogonska iskustva ukazuju na mogu�nost blokiranja kompenzatora nakon dugotrajnog izlaganja atmosferilijama, promjenama temperature i sli�no.

11. slu�aj: 1990. godine rasprsnuo se 420 kilovoltni provodnik OIP tipa generatorskog transformatora 725 MVA, starog približno pet godina. Kvar se dogodio pri snazi od 658 MVA i prouzro�io je požar na provodniku koji je ugašen djelovanjem vatrogasne ekipe. Stabilna protupožarna zaštita je djelovala, ali nije ugasila požar, zbog toga što je on bio lociran iznad njenog dohvata. 420 kilovoltni izvod istrgnut je iz namota a fragmenti rasprsnutog provodnika znatno su one�istili transformator.Na kondenzatorskom tijelu provodnika (poz.1, sl.1) u razini prirubnice, vidljiva je rupa nagorenih rubova, promjera približno 4 cm koja se prostirala u dubinu sve do središnje aluminijske cijevi (poz. 6, sl.1). S unutrašnje strane prirubnice vidljivi su znakoviti tragovi elektri�nog luka u blizini mjernog priklju�ka.

9

Mjerenje kapaciteta i tanδ VN provodnika provedeno je 1989. godine, a rezultati su bili zadovoljavaju�i i podjednaki za sva tri provodnika. VN priklju�ak transformatora s rasklopištem izveden je dvostrukim Al/� užetom. Popravak je proveden u tvornici a neraspoloživost je trajala približno 7 mjeseci.

12. i 13. slu�aj: Na autotransformatoru 350 MVA, 400/110 kV, nakon približno dvije odnosno tri godine pogona, zbila su se dva gotovo identi�na po�etna kvara provodnika RIP tipa. Sustav motrenja je registrirao promjenu kapaciteta provodnika 420 kV od približno 3 % što ukazuje na proboj izme�u susjednih kondenzatorskih obloga. Ona je potvr�ena mjerenjem na terenu i na demontiranom provodniku u visokonaponskom laboratoriju. Faktor dielektri�kih gubitaka provodnika, mjereno prije i poslije pove�anja kapaciteta, prakti�ki se nije promijenio. Provodnik je bez ve�ih posljedica zamijenjen uz neraspoloživost od nekoliko dana. Nakon demontaže provodnici su podvrgnut lociranju proboja izme�u susjednih obloga. Proboj je bio izme�u zadnje (obloge spojene na mjerni priklju�ak) i predzadnje obloge, kondenzatorskog tijela (poz.1, sl.1), slika 10. To�na lokacija proboja je kona�no utvr�ena pregledom mikroskopom. Trag proboja vizualno je bila rupa promjera oko pola milimetra koja se protezala od preklopa zadnje obloge pa do predzadnje obloge i ozna�ena je strelicom. U ova dva slu�aja sustav motrenja se pokazao pouzdanim za brzu detekciju promjene kapaciteta provodnika. Prona�ena mjesta proboja odgovarala su izmjerenim vrijednostima kapaciteta.

Slika 10: Lokacija mjesta proboja, slika lijevo - proboj se nalazi oko 1 cm u dubini materijala od mjesta ozna�enog strelicom, desno – strelica ozna�ava proboj izme�u dvije elektrode (fotografija je na�injena

pod mikroskopom s uve�anjem x15) 4. ZAKLJU�AK

Svi kvarovi transformatorskih provodnika zapo�inju s greškom a završavaju s potpunim kvarom – rasprsnu�em. Taj slijed doga�aja mogu�e je promijeniti primjenom dijagnostike stanja. Tako možemo pouzdano registrirati grešku prije no što se ona razvije u potpuni kvar i tada taj doga�aj smatramo po�etnim kvarom. Direktni i indirektni troškovi zbog po�etnog kvara provodnika neusporedivo su niži od onih kod potpunog kvara i to je temelj gospodarskog zna�aja i povremene i kontinuirane dijagnostike. Analize kvarova provodnika pokazuju da je u�inkovitost dijagnostike stanja mogu�e poboljšati na više na�ina.

Prvo poboljšanje predstavlja ve� sama redovita odnosno planska primjena povremene dijagnostike.

Drugo poboljšanje je unapre�enje povremene dijagnostike i to primjenom relativnih kriterija za tanδ. Naime, uo�ava se kod nekih provodnika znatna promjena tanδ u razdoblju prije kvara uz relativno niske apsolutne vrijednosti, �ak i niže od vrijednosti definirane standardom za nove provodnike [1]. To razumijeva razradu i primjenu postupka za prera�unavanje na referentnu temperaturu. On se sastoji od dva dijela: poznavanja ovisnosti tanδ o temperaturi, [6], i mjerenja temperature izolacijskog sustava provodnika što u terenskim uvjetima može biti poseban problem.

Tre�e poboljšanje je primjena kontinuirane dijagnostike. Ta relativno nova tehnologija pokazuje se uspješnom u prevenciji potpunih kvarova. Motrenjem kapaciteta mogu�e je detektirati grešku kondenzatorskog tijela u posve po�etnoj fazi - da ju je pri uvi�aju potrebno tražiti mikroskopom. Kod dvojbenih dijagnosti�kih rezultata ili kad nije mogu�e zamijeniti sumnjiv provodnik (nema rezervnog, dugi rok isporuke) može se preporu�iti ugradnja interventnog sustava motrenja provodnika koji bi, ako je to potrebno, mogao biti i mobilnog tipa.

10

Osim poboljšanjem dijagnostike, na smanjenje kvarova možemo utjecati i poboljšanjem pogonskih uvjeta. Pokazuje se da primjena priklju�aka pomo�u cijevi, vjerojatno zbog njihove prevelike mehani�ke krutosti, na još uvijek nerazjašnjen na�in kvari svojstva provodnika, što je navedeno i u [7]. Potpora tomu je i [8] gdje se navodi da je ve�ina problemati�nih provodnika kod kojih je uo�en pove�an tanδ spojena s postrojenjem pomo�u cijevnih priklju�aka. �ini se da primjena kompenzatora dilatacija sabirnica nije dovoljno dobro rješenje zbog mogu�nosti njihovog blokiranja tijekom dugotrajnog pogona. Spoj pomo�u fleksibilnog užeta smatra se u ovom smislu dobrim rješenjem.

Kao zanimljivost iz analize kvarova može se navesti da stabilna protupožarna zaštita �esto ne uspijeva ugasiti požar prouzro�en rasprsnu�em provodnika najviših napona vjerojatno zbog toga što se izvor požara, zbog veli�ine provodnika, nalazi izvan podru�ja njenog efikasnog djelovanja. 5. LITERATURA

[1] IEC 600137-2008, Insulated bushings for alternating voltages above 1000 V [2] R. Krump, H Frielingsdorf: Dry type bushings for operation under difficult conditions, Transform

2001, Munich 23-26. 04.2001. Convention report, 61-74. [3] H. Frielingsdorf, J. Frost, N. Koch: Future design for transformer bushings, Transform 1998,

Munich 20-22. 04.1998. Convention report, 17-26. [4] An international survey on failures in large power transformers in service, Electra 88, May 1983,

21-48. [5] CIGRE WG 12.18: Life Management of Transformers, Guidelines for Life Management techniques

for Power Transformers, Final report, Draft for comments, 2001. [6] Mikulecky, A.: Kapacitet i faktor dielektri�kih gubitaka transformatorskih provodnika, doktorska

disertacija, Sveu�ilište u Zagrebu, FER, Zagreb, 2006. [7] P.V. Goosen: Transformer accessories, CIGRE 1996, Paris, Ref. 12-104. [8] Mikulecky, A.: Dijagnostika kondenzatorskih provodnika transformatora, magistarski rad,

Sveu�ilište u Zagrebu, FER, Zagreb, 2003.