OKVARE IN TESTIRANJA VN MERILNIH TRANSFORMATORJEV

Transcription

1 ICES VIŠJA STROKOVNA ŠOLA Program: Elektroenergetika Modul: Elektroenergetska učinkovitost in električne instalacije OKVARE IN TESTIRANJA VN MERILNIH TRANSFORMATORJEV Mentor: mag. Drago Bokal Lektorica: Ana Peklenik, prof. slov. Kandidat: Mirko Jalovec Ljubljana, april 2014

2 ZAHVALA Zahvaljujem se mentorju g. mag. Dragu Bokalu za sodelovanje pri izdelavi diplomske naloge. Hvala g. Kostji Skoku, univ. dipl. inž. el., iz podjetja Eles d.o.o. za pomoč in nasvete pri izdelavi diplomskega dela. Zahvaljujem se tudi lektorici Ani Peklenik, prof. slov., ki je mojo diplomsko nalogo jezikovno in slovnično pregledala.

3 IZJAVA»Študent Mirko Jalovec izjavljam, da sem avtor tega diplomskega dela, ki sem ga napisal pod mentorstvom mag. Draga Bokala.Skladno s 1. odstavkom 21. člena Zakona o avtorski in sorodnih pravicah dovoljujem objavo tega diplomskega dela na spletni strani šole.«dne Podpis:

4 POVZETEK V elektroenergetiki se merilni transformatorji uporabljajo za meritve pretoka energije in zaščito elektroenergetskega sistema. V podjetju ELES d.o.o., kjer sem zaposlen kot vzdrževalec visokonapetostnih energetskih naprav, sem v nekaj letih doživel havarije, ki so bile posledica okvar oz. eksplozij visokonapetostnih merilnih transformatorjev, med drugim tudi eksplozije 110 kv tokovnega merilnega transformatorja v RTP Kleče, RTP Dekani, RTP Kidričevo, puščanje olja na 110 kv napetostnih merilnih transformatorjih v RTP Beričevo, RTP Okroglo, RP Hudo, razelektritve znotraj merilnih transformatorjev RTP Maribor in RTP Krško. Posledice so bili izklopi daljnovodov zaradi sanacije ali zamenjave merilnih transformatorjev in naprav, ki so bile poškodovane zaradi eksplozije. Tovrstni dogodki so povzročili gospodarsko škodo v vrednosti nekaj deset tisoč evrov. To je bil eden od razlogov za poglobljeno raziskovanje problematike in iskanje načinov za odpravo oz. vsaj omejitev okvar v prihodnosti. KLJUČNE BESEDE - pomanjkljivosti pri izdelavi visokonapetostnih merilnih transformatorjev, - okvare visokonapetostnih merilnih transformatorjev, - testi visokonapetostnih merilnih transformatorjev, - standardi visokonapetostnih merilnih transformatorjev IEC.

5 ABSTRACT Measuring transformers are being used in electroenergetics to apply flow energy measurments and for protection of an electroenergetic system. I m employed in public company ELES, Ltd., as maintainer of high voltage power supply systems and had been witnessing several major disasters caused by failure or explosion of high voltage measuring transformers. Such were explosions of a 110 kv current measurment transformers in RTP Kleče, RTP Dekani, RTP Kidričevo then oil leaking at 110 kv voltage measuring transformers in RTP Beričevo, RTP Okroglo, RP Hudo then electric discharges within measuring transformers at RTP Maribor and RTP Krško. Power line disconnections were necessary due to refurbishment or replacement of measuring transformers and other devices where damage coused by explosion occured. Such events have caused economic losses worth tens of thousands of euros. It was one of the reasons for in-depth exploration of these problems to avoid any further damage and to eliminate or at least limit failures in the future. KEY WORDS - deficiencies in manufacturing high voltage measuring transformers - failure of high voltage measuring transformers, - testing of high voltage measuring transformers, - IEC standards of high voltage measuring transformers.

6 KAZALO 1 UVOD PREDSTAVITEV PROBLEMA CILJI NALOGE PREDSTAVITEV OKOLJA PREDPOSTAVKE IN OMEJITVE METODE DELA UPORABA MERILNIH TRANSFORMATORJEV OSNOVNA ZGRADBA MERILNIH TRANSFORMATORJEV TOKOVNI MERILNI TRANSFORMATORJI NAPETOSTNI MERILNI TRANSFORMATORJI PROBLEMATIKA MERILNIH TRANSFORMATORJEV PROBLEMATIKA PRIKLJUČNE OMARICE SEKUNDARNIH NAVITIJ NAPAČNI KABEL ČEVLJI ZUNANJI IZOLATOR MT TESNJENJE EKSPLOZIJE MERILNIH TRANSFORMATORJEV OKVARE ZARADI NOTRANJIH RAZELEKTRITEV SPREMEMBE NAVODIL ZA VZDRŽEVANJE MT ZAKLJUČEK LITERATURA IN VIRI KAZALO SLIK KAZALO TABEL KRATICE IN AKRONIMI... 31

7 1 UVOD 1.1 PREDSTAVITEV PROBLEMA V zadnji petih letih je bilo v elektrogospodarstvu zaznanih kar nekaj okvar merilnih transformatorjev in posledično nekaj havarij, ki so povzročile gospodarsko škodo. Motena je bila oskrba odjemalcev z električno energijo. 1.2 CILJI NALOGE Cilj naloge je preučiti dosedanjo problematiko s področja merilnih transformatorjev. S pomočjo zahtev, ki so navedene v najnovejših standardih IEC, želimo raziskati vzroke okvar, pregledati sedanja navodila za nadzor in vzdrževanje visokonapetostnih merilnih transformatorjev, ki so interni predpis v podjetju, in s pomočjo opravljenih raziskav ter nekajletnih praktičnih izkušenj najti načine za omejitev okvar. Naloga lahko služi kot pripomoček ali navodilo za kakovostnejšo izbiro MT-jev, povečano pozornost v času prevzema MT pri proizvajalcu in v času obratovanja. Kot referenčno točko smo vzeli standarde IEC, v katerih so priporočeni testi in opisane definicije ključnih zahtev, na katere naj bi bil pozoren proizvajalec pri izdelavi in testih, kupec pa pri nakupu MT. Kot vodilni standard smo vzeli IEC : Ta v grobem opisuje teste, ki naj bi se izvedli na merilnih transformatorjih, in splošne zahteve za delovanje MT. Ker na ELES-u uporabljamo samo induktivne napetostne merilne transformatorje (v nadaljevanju napetostnike) in tokovne merilne transformatorje (tokovnike), smo se poglobili v standarde IEC za tokovnike in IEC za induktivne napetostnike, ki podrobneje opisujejo teste in ključne zahteve. Struktura standardov je precej enostavna. Vsi trije standardi so ločeni dokumenti, ki so povezani z isto tematiko pod isto točko, samo v podtočkah, odvisnih od tipa MT, se razlikujejo. Ker vsi trije standardi opisujejo predvsem zahteve in testne postopke za MT, smo uporabili standard IEC , ki opisuje tudi testne veličine in postopke izvajanja meritev med testi. V naštetih standardih so testi uvrščeni v rutinske, tipske in specialne. Testi in zahteve se razlikujejo tudi po namembnosti MT, kot je tokovnik in napetostnik. Pri tokovnikih je več poudarka na tokovnih obremenitvah kot pri napetostnikih, pri katerih je glavni poudarek na razelektritvah. Tipske teste naj bi organiziral in izvedel proizvajalec v neodvisnem testnem laboratoriju, kjer se preverijo vse komponente MT in tudi vsak MT posebej in s tem zagotovi enakost istega tipa. Proizvajalec sam določi, katere teste bo izvedel na MT, vendar je priporočljivo, da se test opravi največ dvakrat, pri čemer je potrebno Mirko Jalovec: Okvare in testiranja merilnih transformatorjev Stran 1 od 31

8 upoštevati, da se testi opravijo pri temperaturi 20 C ± 10 C. Ko proizvajalec da MT v testni laboratorij, mora predložiti vse načrte, specifikacije in karakteristike za testirano napravo in vse dele testirane naprave. Vsak načrt in specifikacija določenega elementa morata biti evidentirana (s številko) in podana mora biti izjava o točnosti podatkov, ki je uradno potrjena s strani proizvajalca. Testni laboratorij ni odgovoren za točnost predloženih podatkov. Po kontrolnem pregledu dokumentov in delov morajo biti vrnjeni proizvajalcu v arhiv. V arhivu morajo biti trajno hranjeni in evidentirani, da je zagotovljena sledljivost. Če ima proizvajalec certificirano proizvodnjo po standardu ISO 9001, že zadostuje prej naštetim zahtevam. Osebje laboratorija mora pregledati vse načrte, specifikacije in ostale prejete podatke o elementih in napravah za testiranje. Rutinske teste proizvajalec izvede z namenom, da preveri kakovost proizvedene serije. Pri prevzemu MT kupec z rutinskimi testi preveri kakovost kupljenega proizvoda, vendar samo na desetih odstotkih proizvodov, ki jih sam naključno izbere. Pri tem se zagotovi ustreznost izbranih proizvodov. Specialne teste se izvede po zahtevi kupca na podlagi njegovih izkušenj ali prepričanj. Nanašanje na zgoraj omenjene standarde pri teh testih ni potrebno. Izvedejo se, da se kupec prepriča o ujemanju proizvoda z zahtevami. Vendar testi, ki so opravljeni zaradi svojih ekstremnih obremenitev na MT, lahko povzročijo spremembo, zato so v tem primeru tipični testi zanemarljivi. V tem primeru jih je treba ponoviti. 1.3 PREDSTAVITEV OKOLJA ELES d.o.o. je podjetje, ki se ukvarja s prenosom električne energije. Je sistemski operater, ki po svojem prenosnem omrežju napetostnega nivoja 110, 220 in 400 kv prenaša električno energijo med regijami od proizvajalcev do. Odgovorno je za obratovanje, vzdrževanje in razvoj prenosnega omrežja, opravljanje sistemskih storitev ter usklajeno delovanje s sosednjimi omrežji. 1.4 PREDPOSTAVKE IN OMEJITVE V nekaj letih dela z visokonapetostnimi merilnimi transformatorji smo soočeni z manjšimi in večjimi problemi s področja montaže in vzdrževanja. Pri težavah z montažo in vzdrževanjem smo izhajali iz lastnih praktičnih izkušenj. Poleg tega v nalogi niso navedena imena proizvajalcev, saj je naloga namenjena reševanju problemov, ki so nastajali, in iskanju rešitev zanje, ne pa izpostavljanju Mirko Jalovec: Okvare in testiranja merilnih transformatorjev Stran 2 od 31

9 proizvajalcev. Pri izdelavi naprav se namreč raznovrstne konstrukcijske napake ali pomanjkljivosti lahko pokažejo šele po nekaj letih. 1.5 METODE DELA V teoretičnem delu so navedene kratke osnove merilnih transformatorjev (poglavja 1.6, 1.7, 1.8, 1.9) in testov iz standardov IEC. Uporabljena je opisna metoda. V nadaljevanju je opisana dosedanja problematika merilnih transformatorjev, ki ji sledi opis testa ali določila iz standardov IEC, s katerimi bi lahko v prihodnosti preprečili ali omejili tovrstne probleme. 1.6 UPORABA MERILNIH TRANSFORMATORJEV Poznamo tokovne (tokovnike) in napetostne (napetostnike) merilne transformatorje. Obstajajo tudi izvedbe, ki se imenujejo kombinirani merilni transformatorji, v katerih sta združena tokovnik in napetostnik. Visokonapetostni merilni transformatorji se uporabljajo za pretvorbo napetostnega in tokovnega signala na veličine, primerne za uporabo v merilnih in zaščitnih napravah. Območja tokov in napetosti so bistveno različna med območji normalnega obratovanja in območji, kjer delujejo zaščitni releji. Tako pri kratkih stikih tokovni merilni transformator zaradi visokih tokov in fizikalno pogojenih izenačevalnih tokov preide v zasičenje. Napetostni merilni transformator v primeru kratkega stika v bližini dobi vrednost nič. 1.7 OSNOVNA ZGRADBA MERILNIH TRANSFORMATORJEV Osnovna zgradba MT je nožni del, izdelan iz kovine, na katerem ima pritrjeno kovinsko priključno omarico za sekundarna navitja, luknje za pritrditev naprave na konstrukcijo, priklop ozemljitvenega vodnika in ventil za izpust izolacijskega sredstva, ki se nahaja znotraj MT. Na nožni del je v vertikalni smeri pritrjen rebrasti izolator, ki je iz keramike ali kompozitne izolacije. Več o izolatorju je opisano poglavju 2.3. Glava MT je kovinska; na njej so povezovalne sponke primarnega navitja. V zgornjem delu glave je membrana, ki služi za kompenzacijo spremembe volumna notranjega izolacijskega sredstva zaradi temperature. Membrana je pokrita s kovinsko ali plastično kapo, ki ima ob strani zastekljeno odprtino z označeno minimalno in maksimalno dovoljeno pozicijo membrane, ta pa služi za indikacijo nivoja izolanta v MT. Okvare zaradi puščanja ali pregrevanja je razvidna iz lege membrane. Mirko Jalovec: Okvare in testiranja merilnih transformatorjev Stran 3 od 31

10 Tokovni merilni transformator poznamo v dveh izvedbah glede na namestitev sekundarnih navitij. Prva izvedba je ravna povezava med obema primarnima priključkoma, ki vodi skozi sekundarna navitja. Tako se primarna in sekundarna navitja nahajalo v glavi TMT. Vodniki primarnih navitij so tako speljani od glave TMT po sredini izolatorja do priključne omarice. Pri drugi izvedbi je primarni vodnik speljan od prve primarne sponke po izolatorju do spodnjega dela TMT skozi sekundarna navitja, ki se nahajajo v spodnjem delu TMT in nazaj po izolatorju na drugo primarno sponko. Konci vodnikov sekundarnih navitij so speljani do priključne omarice. Napetostni merilni transformator z eno ozemljeno primarno točko ima iz glave speljan vodnik do spodnjega dela NMT, kjer se nahajajo primarna in sekundarna navitja. 1.8 TOKOVNI MERILNI TRANSFORMATORJI Tokovni merilni transformator ali tokovnik ima zelo majhno impedanco in proporcionalno pretvori primarni tok v sekundarni (enačba 1). Tako lahko rečemo, da tokovnik deluje kot transformator v kratkem stiku. (1) Iz enačbe 2 je razvidno, da je moč, ki je na sekundarnem navitju, odvisna od impedance sekundarnega tokokroga. Zato je treba neuporabljena sekundarna navitja kratko skleniti, sicer pride do poškodbe tokovnika. Slika 1: Osnovna shema merilnega transformatorja (Schneider, 1992, str. 5) Mirko Jalovec: Okvare in testiranja merilnih transformatorjev Stran 4 od 31

11 (2) (3) Napetosti, ki se lahko pojavijo na sponkah sekundarnega navitja, so lahko reda nekaj kv, zato je treba zaradi varnosti ljudi in naprav sponke neuporabljenih navitij kratko skleniti. Stopnja izolacije primarnega dela Stopnja izolacije primarnega dela je določena z nazivno napetostjo U m. Vrednosti, ki jih zajema diplomsko delo, so 123, 245 in 420 kv. Stopnja izolacije sekundarnega dela Najvišja dovoljena sekundarna napetost je 3 kv tako na priključnih sponkah posameznega navitja kot med posameznimi sekundarnimi navitji. Razred točnosti za tokovne merilne transformatorje Tokovnik mora transformirati primarni tok v sekundarnega z dovoljenim pogreškom. Merilni inštrumenti in števci imajo normalno delovno območje med 5 in 120 % nazivnega toka. Razredi točnosti za merilne transformatorje so podani z odstotki nazivnega toka. Razred točnosti Dovoljen pogrešek ± % Vrednost toka (odstotek nazivnega toka) 1 % 5 % 20 % 100 % 120 % 0,1 * 0,4 0,2 0,1 0,1 0,2 * 0,75 0,35 0,2 0,2 0,5 * 1,5 0,75 0,5 0,5 1 * 3,0 1,5 1,0 1,0 0,2S 0,75 0,35 0,2 0,2 0,2 0,5S 1,5 1,5 0,75 0,5 0,5 Opomba: * Pri razredih točnosti od 0,1 do 1 vrednosti pri 1 A niso podane. Tabela 1: Maksimalni dovoljeni pogrešek za TMT (Vir: IEC , str. 21) Mirko Jalovec: Okvare in testiranja merilnih transformatorjev Stran 5 od 31

12 Razred točnosti za zaščitne transformatorje Razred točnosti za zaščitne transformatorje se poda z vrednostmi 5P in 10P, pri čemer pomeni 5P 1-odstotni pogrešek, 10P pa 3-odstotni pogrešek pri nazivnem toku. Nazivna moč Nazivna moč tokovnih merilnih transformatorjev mora biti prilagojena merilnim inštrumentom. Standardne vrednosti so naslednje: 2,5 5, in 30 VA. Nazivni primarni tok Za nazivni primarni tok so navedene standardne vrednosti: 10 12, A ter njihovi desetiški večkratniki. Nazivni sekundarni tok Standardne vrednosti za nazivni sekundarni tok so 1A in 5A. Danes se v večini uporablja 1A. Nazivni trajni termični tok Je enak nazivnemu toku tokovnega merilnega transformatorja, ker se ne sme segreti nad dopustno delovno temperaturo transformatorja. Termični mejni tok Je največja efektivna vrednost primarnega toka, ki ga lahko zdrži na sekundarni strani kratko sklenjeni merilni transformator v času 1 s. V tem času se ne sme segreti nad dovoljeno vrednost. Dinamični mejni tok Dinamični tok je temenski primarni tok, pri katerem na sekundarni strani kratko sklenjeni TMT prenese mehanske obremenitve. Standardne vrednosti so 2,5-kratnik termičnega mejnega toka. 1.9 NAPETOSTNI MERILNI TRANSFORMATORJI Napetostni merilni transformator ima zelo veliko notranjo impedanco. Tako lahko tudi rečemo, da napetostni merilni transformator deluje kot transformator v praznem teku. Iz enačbe (4) je razvidno, da mora biti impedanca tokokroga velika, sicer pride do prevelikih tokov na sekundarni strani in tako do okvare NMT. Zato morajo biti Mirko Jalovec: Okvare in testiranja merilnih transformatorjev Stran 6 od 31

13 sponke neuporabljenih sekundarnih navitij razklenjene. Ena točka sekundarnega navitja mora NMT biti obvezno ozemljena. (4) (5) Napetost na primarnih sponkah je proporcionalno enaka napetosti na sekundarnih sponkah. (6) Nazivna primarna napetost Nazivna napetost NMT je enaka nazivni napetosti omrežja. Vrednost pri visokonapetostnih NMT je enaka fazni nazivni napetosti. (7) Nazivna sekundarna napetost Nazivna napetost sekundarnega navitja je napetost na sekundarnih sponkah transformatorja in znaša 100 V za enopolno izoliran transformator. Razred točnosti Razred točnosti je izražen pogrešek prestave in je podan z odstotkom. Standardne vrednosti so definirane z razredi: 0,1 0,2 0,5 1,0 3,0. Nazivna moč Nazivna moč je podana z VA in nam pove, s kakšnim bremenom lahko obremenimo sekundarna navitja. Standardne vrednosti so: 1,0 2,5 5, VA. Mirko Jalovec: Okvare in testiranja merilnih transformatorjev Stran 7 od 31

14 Termična mejna moč Termična mejna moč je definirana z maksimalno trajno dopustno močjo, s katero lahko obremenimo NMT, ne da bi temperatura presegla dovoljene vrednosti. 2 PROBLEMATIKA MERILNIH TRANSFORMATORJEV Že pri sami montaži visokonapetostnih merilnih transformatorjev so se pojavili manjši problemi, kot je velikost priključne omarice in označbe priključnih sponk. V času obratovanja MT so se pojavile okvare zaradi slabega tesnjenja, serijskih napak proizvajalca, notranjih razelektritev in posledično eksplozij MT. 2.1 PROBLEMATIKA PRIKLJUČNE OMARICE SEKUNDARNIH NAVITIJ Priključna omarica sekundarnih navitij Vsi MT imajo enak princip priklopa sekundarnih sponk. Iz sekundarnega navitja so pripeljani vodniki po cevi do vezalne omarice. V vezalni omarici je izolacijska plošča, na katero so pritrjeni vijaki. Nekatere izvedbe MT imajo v povezovalni cevi olje in tako izolacijska plošča služi tudi kot tesnilo izolacijskega sredstva. Na eni strani vezalne plošče so na vijak pritrjeni vodniki navitij, na drugi strani se priklopijo vodniki, ki povezujejo MT s števci in zaščitnimi releji. V starejših izvedbah so se uporabljali vijaki M6 iz zlitine medenine, kar je bilo s strani električne prevodnosti ugodno, vendar se je zaradi krhkosti vijaka zgodilo, da se je ta odlomil. Ker je bilo v cevi transformatorsko olje MT in je priključna plošča služila kot pokrov cevi, je zaradi zloma vijaka prišlo do puščanja olja. Nekateri proizvajalci vgrajujejo priključne vijake iz nerjavečega jekla, kar je neugodno, saj nerjaveči vijaki ne dopuščajo trdega spajkanja in pri vijačenju zaradi oksida na kovini radi»zaribajo«, če niso mazani z mastjo. Standardi IEC ne predpisujejo velikosti in oblike priključne omarice, tako sta oblika in velikost prepuščena proizvajalcu. V praksi se je izkazala za najboljšo izvedbo rešitev, da so v ohišje navrtane luknjice, skozi katere so vsak posebej speljani vodniki sekundarnih navitij, luknje pa so zatesnjene z dvojnim tesnilom. Na drugi strani ohišja je cev, ki ni polnjena z oljem, po kateri so speljani vodniki do priključne omarice. Označevanje priključnih sponk sekundarnega navitja in velikost priključne omarice Mesto označevanja priključnih sponk sekundarnega navitja je odvisno od proizvajalca MT. Nekatere oznake se nahajajo ob priključnih sponkah, nekatere so grafično odtisnjene na notranjem delu pokrova omarice. Zato so se zgodile okvare Mirko Jalovec: Okvare in testiranja merilnih transformatorjev Stran 8 od 31

15 pri vezavi. Napačno zvezani MT pomeni v najhujšem primeru trajno okvaro ali pa celo eksplozijo MT. Leta 1990 je po zamenjavi TMT med ponovnim priklopom monter zaradi nerazločne označitve sekundarnih sponk nepravilno priklopil TMT, zaradi česar je nastala trajna okvara novega TMT in s tem povzročena škoda. Standardi IEC predpisujejo, da morajo biti označene vse priključne sponke, tako primarne kot sekundarne, vendar pa ne predpisuje lokacije. Za tokovnike določajo oznaki primarnih sponk s P1 in P2. Za sekundarne sponke predpisujejo, da so v primeru izvedbe MT z več sekundarnimi jedri oznake sestavljene s kombinacijo številk in črk, kjer prva številka pomeni zaporedno število jedra, nato je velika črka»s«, tej pa sledi število, ki določa konec navitja. Primer oznake je 1S1 in 1S2. V praksi se je izkazalo, da je najprimernejša rešitev označevanja priključnih sponk poleg vsake priključne sponke, kar pa je pogojeno z velikostjo priključne omarice. Na Slika 2 je priključna omarica s premerom 13 cm štirijedrnega TMT, v katerega je treba pripeljati in priklopiti kabel z osmimi vodniki, kar povzroča probleme pri preglednosti in montaži. Izkazalo se je, da je zaradi preglednosti in montaže priporočljiva velikost priključne omarice najmanj 30 x 25 cm z označbami ob priključnih sponkah. Zaradi preverjanja pravilne vezave MT po vsakem posegu v vezavo pravilnost vezave tokokrogov preveri ustrezno usposobljena merilna služba, ki poda izjavo o pravilnem priklopu naprave. Slika 2: Priključna omarica NMT leto izdelave 1986 Mirko Jalovec: Okvare in testiranja merilnih transformatorjev Stran 9 od 31

16 2.2 NAPAČNI KABEL ČEVLJI Slika 3: Pokrov priključne omarice s tablico Pojavljale so se serijske pomanjkljivosti proizvajalca, na primer na koncih vodnikov sekundarnih navitij TMT, ki so bili preseka 6 mm 2, so bili kabel čevlji za 10 mm 2, stisnjeni s kabelskimi kleščami na iglo, kar je pomenilo slabši kontakt med vodnikom in kabel čevljem. Pomanjkljivost se je pojavila na 57 TMT in je bila odkrita v času obratovanja zaradi napačnih merilnih podatkov. Pomanjkljivost je bila odpravljena s trdim spajkanjem (zalivanjem) praznih delov med kabel čevljem in vodnikom. Kot je bilo že omenjeno, pri TMT, ki nima kratkosklenjene sekundarne sponke med obratovanjem, lahko pride do trajne okvare ali celo do eksplozije naprave. Standardi IEC predpisujejo številne teste za odkrivanje tovrstnih pomanjkljivosti, kot so meritve točnosti, impulzni testi itd., vendar se zaradi oksidacije materialov, električnega pregrevanja slabih spojev sčasoma slabša električna prevodnost spojev. Zato v času testov tovrstne pomanjkljivosti ni mogoče ugotoviti. V praksi se tovrstne pomanjkljivosti lahko odkrijejo z izvajanjem periodičnih električnih meritev in nadzorom električnih vrednosti med obratovanjem. 2.3 ZUNANJI IZOLATOR MT Za zunanjo izvedbo merilnega transformatorja je značilno, da ima izolator rebra v vodoravni smeri po celi dolžini, s katerimi povečamo izolacijsko razdaljo med VN primarnim delom in zemljo. S tem zmanjšamo možnost preskoka iskre zaradi umazanije, ki se s časoma nabira na izolatorju, in tako v kombinaciji z vlago (dežjem) zmanjšuje prebojno trdnost med fazo in zemljo. Danes uporabljamo predvsem dva tipa izvedbe zunanje izolacije, ki se uporablja pri MT. Klasični izolator je izdelan iz keramike, uporablja pa se že od samega začetka. Izkazalo se je, da ima keramika odlične lastnosti, kot so trdnost, enostavno čiščenje in ugodna cena. Kakovost keramičnih izolatorjev je opazna pri 30 ali več let starih MT, kjer je barva le rahlo pobledela in ne kaže nikakršnih deformacij. Slaba lastnost Mirko Jalovec: Okvare in testiranja merilnih transformatorjev Stran 10 od 31

17 keramičnih izolatorjev je, da se ob eksploziji razletijo in leteči delci lahko poškodujejo ljudi in naprave v okolici nekaj deset metrov. V Elesu se kompozitna izolacija na MT uporablja dobrih 10 let. V primerjavi s keramičnim izolatorjem ima boljše lastnosti, kot so hidrofobnost 1, v primeru eksplozije težje poškoduje sosednje naprave. Za doseganje iste trdnosti kompozitnega izolatorja v primerjavi s keramičnim se porabi manj materiala, rezultat tega je bistveno manjša teža končnega izdelka. Izdelava izolatorja je dražja. Pri transportu in uporabi zaradi svoje mehkosti ni tako podvržena fizičnim vplivom kot keramični izolator. Je bolj stabilna v primeru potresov. Kompozitna izolacija ima torej boljše mehanske in električne lastnosti. Slika 4: Prečni prerez kompozitnega izolatorja ( Med slabe lastnosti kompozitne izolacije lahko štejemo, da je v uporabi le nekaj let, kar je kljub zagotovitvam proizvajalcev, ki dajejo 15-letno garancijo, lahko vprašljivo, saj bo čas in izkušnje s tovrstno izolacijo pokazal realno kakovost. Do sedaj so se izkazale nekatere slabosti tovrstne izolacije: zaradi mehkosti so jo grizle in tako poškodovale miši v času skladiščenja. Umazanija, ki se nabira na izolatorjih, je bolj trdovratna za čiščenje kot na keramičnih izolatorjih. Za čiščenje keramičnih izolatorjev se je do sedaj uporabljalo visokotlačni čistilec, kar pa pri kompozitnem izolatorju ni dovoljeno. Proizvajalci izolatorjev predpisujejo samo ročno čiščenje z detergentom in čisto vodo. Med slabe lastnosti bi lahko uvrstili tudi grbančenje 1 Hidrofobnost pomeni, da se voda, ki je na izolatorju, ne razlije kot na keramičnem izolatorju, ampak ostane kot kapljica in tako hitro odteče. Tako se zmanjša možnost preboja na zunanjem izolatorju. Mirko Jalovec: Okvare in testiranja merilnih transformatorjev Stran 11 od 31

18 zaradi puščanja olja (Slika 7: Izolator med puščanjem olja), ki po navedbi proizvajalca izgine v nekaj mesecih po prenehanju puščanja. V primeru razelektritve po zunanjem delu izolatorja pride hitreje do poškodbe kompozitnega kot keramičnega izolatorja, vendar zaradi hidrofobnosti teže pride do preboja na kompozitnem izolatorju, kar kaže Napaka! Vira sklicevanja ni bilo mogoče najti. opravljenega mokrega testa. Slika 5: Primer hidrofobičnosti na kompozirnem izolatorju (Pfiffner) Test je bil opravljen istočasno na kompozitnem in keramičnem izolatorju z napetostjo 130 kv. Postopek testa je opisan v IEC 60044/60060 s to razliko, da je bila količina vode povečana z 1,5 mm/min na 5 mm/min in prevodnost vode s 100 µs/cm na 500 µs/cm. Keramični izolator Kompozitni izolator Nazivna napetost Um [kv] Razdalja iskrenja [mm] Plazilna razdalja [mm] Tabela 2: Primerjava vrednosti testa med keramičnim in kompozitnim izolatorjem Slika 6: Razelektritve pri mokrem testu (Pfiffner) Mirko Jalovec: Okvare in testiranja merilnih transformatorjev Stran 12 od 31

19 V IEC je opisan mokri test, s katerim se simulira vpliv dežja na zunanjo izolacijo. Pred začetkom testa je treba testni objekt škropiti 15 minut z upoštevanjem navedenih zahtev iz Tabela 3. Nato sledi škropljenje z enosekundnim intervalom, ki traja najmanj dve minuti. potem se izvede 15-minutni test. Testirani MT se škropi iz vertikalne in horizontalne smeri istočasno in enakomerno. Pri tem se je potrebno izogniti pojavu meglice. Količina in temperatura vode sta določeni v Tabela 3. Položaj razpršil določi tehnična komisija za vsak model MT posebej. Ponavljanje testov je manj pomembno kot pri testih prebojne trdnosti in razelektritev. Količino vode merimo s posodo, ki ima horizontalno in vertikalno odprtino velikosti mm 2. Zbiralna posoda mora biti nameščena na tolikšni oddaljenosti od objekta, da ne zajema pljuskov ali kapelj, ki se odbijajo od MT. Med testom se mora premikati po škropljeni površini, da se izloči nesimetričnost škropljenja. Površina premikanja je definirana s širino testnega objekta in maksimalno višino enega metra. Za testne objekte, ki so visoki 1 3 m, se zbiralne posode namesti na vrhu, sredini in spodaj glede na testni objekt. Tako mora vsaka zbiralna posoda pokrivati tretjino testiranega objekta. Pri testnem objektu, ki je višji od 3 m, je treba povečati število zbiralnih posod, tako da so nameščene po celotni višini testnega objekta in se površine merjenja ne prekrivajo. Predpisane vrednosti Enota Količina Vrednosti za vse meritve - vertikalna smer - horizontalna smer Dovoljeno odstopanje za vsako meritev Temperatura vode mm/min mm/min mm/min C 1,0 do 2,0 1,0 do 2,0 ±0,5 % od srednje vrednosti Sobna temperatura (20 C) Prevodnost vode μs/cm 100 ± 15 Tabela 3: Količine vode pri škropljenju (INTERNACIONAL STANDARD IEC , 2009) 2.4 TESNJENJE V letu 2013 je nastal problem puščanja olja na šestnajstih 110 kv NMT iste serije in istega proizvajalca, ki so bili proizvedeni leta 2006, vgrajeni in v obratovanju od Pojavilo se je malenkostno puščanje na vrhu membrane, kjer je vijak za Mirko Jalovec: Okvare in testiranja merilnih transformatorjev Stran 13 od 31

20 izpraznitev olja. Problem je nastal, ker je popustilo tesnilo med vijakom in membrano. Težava pri tovrstnem puščanju je, da zaradi hidroskopičnosti 2 olja v napravo vstopa vlaga, ki povzroča zmanjšanje prebojne trdnosti olja in lahko v skrajnem primeru povzroči razelektritve ali preboj med navitji in zemljo. Puščanje je bilo sanirano z zamenjavo tesnila, ki je med vijakom in membrano. Slika 7: Izolator med puščanjem olja Mehanski testi Za teste puščanja olja standardi IEC predpisujejo test statičnih obremenitev, test najvišje in najnižje predpisane temperature ozračja in test spremembe temperature zaradi električnih izgub. Merilni transformatorji prestanejo teste, če ni nobenih znakov puščanja izolanta. Test statičnih obremenitev Pri testu, ki je naveden v IEC , str. 49, se izvedejo statične obremenitve na VN priključke MT. Namen testa je preveriti tesnost MT pod vplivom vetra, žleda in med obremenitvami, ki nastanejo ob kratkih stikih. Smeri obremenitve so določene po sliki 8. Čas obremenitve je najmanj 90 s z vrednostmi, ki so navedene v Tabela 4. Obremenitve ne smejo biti sunkovite, zato se postopoma obremenjuje s, dokler ne doseže predpisane vrednosti, nato se obremenitev zadrži za najmanj 60 s. V času testa mora biti obremenitev zapisana. 2 Olje se veže z vlago in tako izgublja izolacijske vrednosti. Mirko Jalovec: Okvare in testiranja merilnih transformatorjev Stran 14 od 31

21 Nazivna napetost MT Un (kv) Napetostni merilni transformator Statične obremenitve F R [N] Tokovni tokovni transformator Klasa 1 Klasa to to to > Tabela 4: Statične obremenitve (INTERNACIONAL STANDARD IEC , 2009) Tip merilnega transformatorja Način priklopa Horizontalno z napetostnimi priključnimi sponkami Vertikalno s tokovnimi priključnimi sponkami Horizontalno za vsako priključno sponko Vertikalno za vsako priključno sponko Tabela 5: Prikaz smeri statičnih obremenitev Test tesnosti z mejnimi temperaturami ozračja Test, ki je naveden v IEC , str. 51, se opravi zaradi dnevnega spreminjanja temperature ozračja in sprememb temperature zaradi električnih izgub navitij med Mirko Jalovec: Okvare in testiranja merilnih transformatorjev Stran 15 od 31

22 obratovanjem. Pri tem se zaradi fizikalnih lastnosti materiali, ki so uporabljeni v MT, raztezajo in krčijo. Med testom se temperaturo ozračja meri z najmanj tremi temperaturnimi senzorji, ki so oddaljeni približno 0,3 m od merilnega transformatorja. Senzorje se namesti po višini merilnega transformatorja na enaki razdalji. Izvede se serija dveh testov po točno določenem vrstnem redu: - Meritev se začne izvajati pri temperaturi ozračja 20 ± 10 C. - Temperatura ozračja se mora zmanjšati ali povišati na najnižjo ali najvišjo določeno temperaturo iz Tabela 6 in hitrost spremembe temperature ne sme presegati ±10 K/h. - MT mora imeti minimalno ali maksimalno določeno temperaturo, z maksimalnim odstopanjem ±5 K najmanj 24 h, da se lahko izvede meritev puščanja. - Meritve puščanja se izvajajo samo pri minimalni ali maksimalni določeni temperaturi ozračja. - Temperatura ozračja se mora zmanjšati ali povišati na najnižjo ali najvišjo določeno temperaturo (Tabela 6) in hitrost spremembe temperature ne sme presegati ±10 K/h. - Meritev pri sobni temperaturi se ponovno opravi, ko se MT stabilizira na temperaturo 20 ± 10 C. Kategorija MT Minimalna temperatura ozračja ( C) Maksimalna temperatura ozračja ( C) 5 / / / Tabela 6: Temperaturna območja delovanja merilnih transformatorjev (INTERNACIONAL STANDARD IEC , 2009) Test povišanja temperature zaradi električnih izgub Test povišanja temperature se opravi z namenom, da se proučijo temperaturne spremembe ključnih delov merilnega transformatorja pod obremenitvijo: navitja, magnetnih zank, tokovnih povezav in ostalih delov merilnega transformatorja. Maksimalne temperaturne vrednosti za posamezne dele MT so navedene v Tabela 7 in izhajajo iz temperaturne kategorije delovanja MT v delovnem okolju. Dovoljena temperaturna odstopanja so navedena v Tabela 6. Najvišja vrednost temperature navitja je omejena na razred izolacije ali materiala, iz katerega je navitje, ali izolacijskega sredstva, ki ga obdaja. Če temperatura ozračja presega vrednosti, navedene v Tabela 6, je treba za razliko prekoračene temperature zmanjšati vrednosti, navedene v Tabela 7. Mirko Jalovec: Okvare in testiranja merilnih transformatorjev Stran 16 od 31

23 IEC navaja, da je treba v primeru, če ima MT več kot eno sekundarno navitje, med testom obremeniti vsako navitje. Test se izvaja z nazivno napetostjo in frekvenco. Sestavni deli merilnega transformatorja Maksimalno povišanje temperature na temperaturo ozračja Zgornji nivo olja 50 Zgornji nivo olja hermetično zaprt 55 Povprečna vrednost navitja 60 Povprečna vrednost navitja hermetično zaprto 65 Ostali kovinski deli, ki so v kontaktu z oljem Enako kot za navitja Kontakti, sponke in ostali priključki Čisti baker, bakrene zlitine in aluminijaste zlitine 50 Posrebreni ali ponikljani kontakti 75 Pokositrani kontakti 60 Tabela 7: Maksimalne dovoljene temperature delov merilnega transformatorja (INTERNACIONAL STANDARD IEC , 2009) Napetosti, uporabljene med testom, so določene po sledečih točkah: - Test se izvaja na 1,2 x U n na primarnih priključkih sponkah. - Če je določena maksimalna termična obremenitev na izhodu, mora biti NMT testiran na nazivni napetosti U n in izhodna obremenitev mora biti prilagojena maksimalni termični obremenitvi močnostnega faktorja. Če ima NMT več sekundarnih navitij, je potrebno test izvesti na vsakem navitju posebej in termična obremenitev mora biti prilagojena vsakemu navitju posebej. Test se izvaja, dokler temperatura transformatorja ne doseže konstantne vrednosti. - Transformatorji, ki imajo napetostni faktor 1,5 za 30 s ali 1,9 za 30 s morajo biti testirani za 30 s po stabilizaciji na 1,2 x U n. Temperaturna razlika ne sme presegati 10 K vrednosti, določene v tabeli 1. IT, ki imajo napetostni faktor 1,9 za 8 h, morajo biti testirani po osmih urah priklopljeni na 1,9 x Un. MT imajo določeno stabilnost pri 1,2 x Un. Temperaturna sprememba ne sme presegati 10 K, kot je določeno v tabeli 1. IEC , str. 32, navaja, da je potrebno za test uporabiti termični dopustni tok za primarna navitja. Spremembe temperature navitij se merijo z metodo padca upornosti navitij. Pri merjenju temperature ostalih delov se uporabijo termometri ali termo kamere (za zunanje dele). Za meritev celotnega TMT se namesti termometer v zgornjem delu naprave in mora biti v neposrednem stiku z oljem. Pri tej meritvi je Mirko Jalovec: Okvare in testiranja merilnih transformatorjev Stran 17 od 31

24 treba strogo upoštevati temperaturo ozračja, ki jo merimo na polovici višine TMT, in so oddaljeni toliko, da nanje ne vpliva temperatura testirane naprave. Da se izločijo motnje meritev temperature ozračja, so senzorji nameščeni v hladilnem telesu, ki ima približno isti termični čas kot testirana naprava. 2.5 EKSPLOZIJE MERILNIH TRANSFORMATORJEV V RTP Kleče je marca 2009 ob četrti uri zjutraj prišlo do eksplozije TMT-a v daljnovodnem polju Šiška II v fazi L1. Okvara je trajala 4,6 sekunde in tok, ki je tekel od faze proti zemlji, je bil 16 ka. Pri tem dogodku je zaradi delovanja zaščite prišlo do popolnega izklopa vseh daljnovodov v sosednjih RTP-jih, ki so povezani z RTP Kleče. Zaradi tega je bil moten konzum RTP Šiška, RTP Vič, RTP Cerknica, RTP Logatec in RTP Vrhnika. Pri pregledu obratovalnega stanja pred dogodkom je bilo ugotovljeno, da niso bile izvedene nobene stikalne manipulacije in niso bili zaznani nobeni vremenski vplivi, ki bi lahko povzročili kakršnekoli prenapetosti. Poškodbe, ki so nastale zaradi eksplozije in posledično leteče keramične izolacije TMT, so povzročile poškodbe obeh naslednjih TMT, poškodovani so bili odklopnik v vseh treh fazah, ločilnik v fazi L3 in podporni izolator v fazi L1. Zaradi temperature ognja, ki je nastal med okvaro, in zaradi gorenja transformatorskega olja, ki je iztekel iz TMT, so bili poškodovani podporni steber TMT in signalno-krmilni kabli v fazah L1 in L2. Deli zunanjega izolatorja so bili najdeni v radiju tridesetih metrov (ELES d.o.o., 2009). Slika 8: Stanje TMT po eksploziji Mirko Jalovec: Okvare in testiranja merilnih transformatorjev Stran 18 od 31

25 Slika 9: Delček keramičnega izolatorja, najden na 25 m oddaljenosti Podoben primer se je zgodil leta 2013 v RTP Dekani, ko je na 110 kv KMT prišlo do notranje okvare in kot je razvidno iz Slika 10, je razneslo kovinsko glavo KMT. V glavi KMT se nahajajo primarna in sekundarna navitja. Čeprav so se kovinski deli razpršili po stikališču, ni bila povzročena nobena škoda na ostalih napravah. Slika 10: Eksplozija 110 kv KIT-a v RTP Dekani V RTP Kidričevo je prišlo v začetku leta 2014 do notranje okvare v navitju NMT (Slika 11), kar je bila posledica eksplozije nožnega dela NMT. NMT ima primarna in sekundarna navitja v nožnem delu. Za razliko od eksplozij v RTP Kleče in RTP Dekani se kovinski deli niso razleteli po celem stikališču, temveč so ostali v radiju Mirko Jalovec: Okvare in testiranja merilnih transformatorjev Stran 19 od 31

26 enega metra. Čeprav je NMT starejše izvedbe, bi prestal test kratkega stika med VN in NN navitji. Slika 11: Eksplozija 110 kv NMT v RTP Kidričevo Test kratkega stika med VN in NN navitji MT V standardu IEC se je v letu 2009 prvič pojavil opisani test, s katerim bi omejili poškodbe ljudi v bližini ali škodo okoliških naprav. Test je simulacija kratkega stika med jedri znotraj MT, vendar ne zagotavlja varnosti za vse vrste eksplozij znotraj MT. Teste se izvaja na MT, ki imajo U m višjo od 72,5 kv. Za test mora biti MT opremljen z vsemi pripadajočimi deli in vgrajen, kot da bi bil v delovnem okolju. MT mora biti montiran na podstavek višine 500 mm. Okoli testiranega MT se postavi ograja višine 500 mm v radiju, ki je definiran z vsoto premera (najširši del) in dvojne višine MT, pri čemer premer področja ne sme biti manjši od 2 m. Vrednost toka, ki se uporabi pri testu, je naveden v IEC (v točki 4.5 vrednost R10). Temenska vrednost toka na začetku je 1,7-kratna vrednost RMS toka. Čas trajanja impulza je navedena v Tabela 8. Frekvenca testnega toka mora biti v mejah od 48 do 52 Hz. Tokovni generator mora zagotavljati konstanten sinusni tok skozi celotni test. Primarno in sekundarno navitje se poveže z žico ploščine od 1 do 3 mm 2. Tolerance tokov med testom znašajo: - ±5 % pri vrednosti RMS, - ±5 % pri trajnem toku. Mirko Jalovec: Okvare in testiranja merilnih transformatorjev Stran 20 od 31

27 Vrednost RMS toka pri notranjem kratkem stiku [ka] Stopnja zaščite Čas trajanja kratkega stika [s] < ,2 2 0, ,1 2 0,3 Tabela 8: Čas trajanja testa kratkega stika (INTERNACIONAL STANDARD IEC , 2009) Iz povzročene škode, ki je nastala zaradi letečih delov MT, je razvidno, da je ta test pomemben za varnost ljudi in naprav v bližini. Pri odločitvi za nakup in pri prevzemu visokonapetostnih merilnih transformatorjev bi bilo treba upoštevati nov standard. 2.6 OKVARE ZARADI NOTRANJIH RAZELEKTRITEV V začetku leta 2014 je iz RTP Krško okoli 23. ure v regionalni center vodenja (RCV) prišel podatek, da ni napetosti na eni fazi v daljnovodnem polju. Po pregledu daljnovodnega polja je bilo ugotovljeno, da je prišlo do okvare na NMT, kot je prikazano na Slika 12. Na Slika 12 desno je brezhiben NMT, na levi pa v okvari. NMT je bil še isti dan demontiran in zamenjan z drugim. Pred demontažo je bilo zaradi suma okvare in primerjalnih vrednosti iz vseh treh NMT v istem daljnovodnem polju odvzet vzorec olja v analizo. Opravljene so bile plinskokromatografske, tekočinskokromatografske in fizikalno-kemijske preiskave, ki so bile potrebne za oceno stanja NMT. Plinokromatografska analiza je pokazala stanje NMT glede na možne toplotne, električne okvare in stanje papirja. Iz tekočinskokromatografkih podatkov je bilo ugotovljena količina vode v olju NMT. Ostale fizikalno-kemijske analize pa so pokazale dotrajanost olja. Rezultati so pokazali, da je glede na starost in časovno dobo obratovanja NMT olje, odvzeto iz okvarjenega NMT, nenormalno razkrojeno, kar pomeni zmanjšano prebojno trdnost olja. Poleg tega je bila v olju najdena povečana koncentracija furana, ki nastane pri razgradnji papirja v transformatorskem olju. Povečane so bile tudi vrednosti plinov CO, CO 2 in vseh CHplinov, ki nastanejo pri razkroju papirja in olja. Nižja je bila koncentracija kisika in dušika. Iz količine plinov, vode in furanskih razkrojnih produktov je ocenjeno, da je ob začetku obratovanja prišlo do nizkotemperaturnih (pod 300 C) pregrevanj, ki so s časom zaradi povišanja razkrojnih produktov povišali tudi intenzivnost pregrevanja. Ta pojav je poznan pod imenom termični pobeg. Ugotovljene nizke vrednosti prisotnosti dušika in kisika so pokazatelj, da je prisotnost vode v Mirko Jalovec: Okvare in testiranja merilnih transformatorjev Stran 21 od 31

28 transformatorskem olju posledica tvorbe furanov kot tvorba razgradnje papirja in olja. V ostalih dveh NMT v daljnovodnem polju, iz katerih je bil istega dne odvzet vzorec olja kot iz okvarjenega NMT, je olje v normalnem stanju brez znakov kakršne koli motnje v napravi. Slika 12: Stanje 400 kv NIT po defektu Okvarjen NMT je bil prepeljan k proizvajalcu v laboratorij, kjer so ga razstavili in proučili vzrok okvare. Točka okvare je vidna na Slika 13. Nastala je nad sekundarnimi navitji. Slika 13: Okvara znotraj NMT Mirko Jalovec: Okvare in testiranja merilnih transformatorjev Stran 22 od 31

29 Napetostni merilni transformator v fazi ml/l Vodik H2 Metan CH4 Acetilen C2H2 Etilen C2H4 Etan C2H6 Ogljikov monoksid CO Ogljikov dioksid CO2 5HMF 2FAL 5MEF Voda H2O ppm Lomni količnik Skupno plinov ICES Višja strokovna šola Koncentracija plinov v olju v μl/l Koncentracija furanov v olju v mg/kg Fizikalnokemijske lastnosti olja L1 7,28 26,46 5, ,47 L2 10, ,00 0,00 0, ,479 L3 14, ,00 0,00 0, ,479 Opomba: rdeče so označene vrednosti okvarjenega NMT Tabela 9: Rezultati preiskave olja za NMT v RTP Krško (Elektroinštitut Milan Vidmar, 2014) Podoben dogodek kot v RTP Krško se je konec leta 2013 pripetil v RTP Maribor na TMT. Z razliko od dogodka v RTP Krško je kapa TMT ostala pritrjena na napravi. Okvara je bila odkrita pri rednem mesečnem pregledu naprav. Pri pregledu je bilo opaženo povišanje nivoja membrane in puščanje olja iz TMT. Iz preventivnih vzrokov je bil odvzet vzorec olja iz vseh treh TMT v istem polju in opravljene so bile plinskokromatografska, tekočinskokromatografska in fizikalnokemijska preiskava olja. Ugotovljeno je bilo, da v TMT, ki je bil v okvari, rezultati ne ustrezajo pogojem za obratovanje in je eksplozijsko nevaren. NMT je bil demontiran in prepeljan v laboratorij proizvajalca za analizo. Slika 14: Poškodovana membrana TMT Mirko Jalovec: Okvare in testiranja merilnih transformatorjev Stran 23 od 31

30 Napetostni merilni transformator v fazi ml/l Vodik H2 Metan CH4 Acetilen C2H2 Etilen C2H4 Etan C2H6 Ogljikov monoksid CO Ogljikov dioksid CO2 Voda H2O ppm Skupno plinov ICES Višja strokovna šola Koncentracija plinov v olju v μl/l Fizikalno-kemijske lastnosti olja L1 4, L2 6, L3 49, Opomba: rdeče so označene vrednosti okvarjenega TMT Tabela 10: Rezultati preiskave olja za TMT v RTP Maribor (Elektroinštitut Milan Vidmar, 2013) Testi parcialnih razelektritev Parcialne razelektritve so točkovne razelektritve, ki se pojavijo na mestu med dvema različnima elektrodama. Pojavijo se na točki izolacijskega sistema, kjer električno polje prebije izolacijo. Pri parcialnih razelektritvah prihaja do: - elektromagnetnih emisij, ki se pojavijo v obliki radijskih valov, svetlobe in temperature, - akustičnih emisij, ki se pojavijo slišnem in ultrazvočnem spektru, - pri tem se izločata (na zraku) ozon in dušikov oksid. Za test parcialnih razelektritev sta možna dva postopka z vezavo, ki je narisana na Slika 15. Testno napetost za prvi postopek dobimo z nižanjem napetosti, po močnostnem testu prebojne trdnosti, na napetost za test parcialnih razelektritev po Tabela 11. Meritve parcialnih razelektritev se meri 30 s po stabilizaciji napetosti. Drugi postopek parcialnih razelektritev se opravi po močnostnem testu prebojne trdnosti. Napetost se mora dvigniti na 80 % napetosti prebojne trdnosti za najmanj 60 s in nato se napetost zniža na testno napetost parcialnih razelektritev iz Tabela 11. Merilni inštrument meri polnjenje kondenzatorja v pc, zato mora biti kalibriran na testno vezje. Spektralni analizator, ki se uporabi pri testu, mora pokrivati frekvenčni pas od 100 khz do 1.2 MHz. Instrument narrow-band mora imeti resonančno Mirko Jalovec: Okvare in testiranja merilnih transformatorjev Stran 24 od 31

31 frekvenco med 0,15 in 2 MHz. Merilni inštrumenti morajo biti tako občutljivi, da pokažejo razelektritve reda 5 pc. Slika 15: Testna vezava za izvedbo parcialnih meritev (Vir: IEC , str. 42) Legenda: T testni transformator IT instrumentni transformator C k kondenzator M instrument parcialnih razelektritev Z filter Način izvedbe ozemljitve nevtralne točke Ozemljen nevtralni sistem (faktor učinkovitosti ozemljitve 1,4) Izolirana ozemljitvena nevtralna točka (faktor učinkovitosti ozemljitve > 1,4) Tip merilnega transformatorja TMT in ozemljeni NMT Napetost parcialnih razelektritev [kv] Maksimalne dopustne parcialne razelektritve [pc] Tekoče ali plinasto 10 5 Tip izolacije Trda Neozemljeni NMT 5 20 TMT in ozemljeni NMT Neozemljeni NMT 5 20 Tabela 11: Dopustne parcialne razelektritve (INTERNACIONAL STANDARD IEC , 2009) Mirko Jalovec: Okvare in testiranja merilnih transformatorjev Stran 25 od 31

32 Možnost lociranja parcialnih razelektritev v praksi Ena od možnosti za odkrivanje parcialnih razelektritev v praksi bi bila z merilnim inštrumentom PD Hawk, ki ga proizvaja podjetje EA Technology. Naprava sprejema elektromagnetne valove od 47 Hz do 1 MHz in tako pokriva področje elektromagnetnega valovanja, ki se ustvarja pri parcialnih razelektritvah. Napravo izkazuje enostavna uporaba, ki bi bila primerna za vsakogar brez dodatnega šolanja. S stališča varnosti bi bil inštrument primeren, ker deluje na daljavo, saj so parcialna praznjenja pokazatelj za okvaro, pri kateri lahko pride tudi do eksplozije, in s tem ogroža zdravje ljudi. Slika 16: Lociranje parcialnih razelektritev (EA Technology, 2014) 3 SPREMEMBE NAVODIL ZA VZDRŽEVANJE MT V Elesu je trenutno v obratovanju več kot 1500 merilnih transformatorjev nazivne napetosti od 123 do 400 kv. Eles ima notranji dokument o vzdrževanju visokonapetostnih elektroenergetskih naprav, ki določa periodiko preverjanja stanja VN naprav in tako zajema tudi merilne transformatorje. Navodila so bila izdelana leta 1996 na podlagi takrat veljavnega pravilnika o vzdrževanju elektroenergetskih prenosnih naprav, energetskega zakona, veljavnih tehničnih predpisov in navodil proizvajalcev VN opreme. Namen navodila je zagotoviti vzdrževanje prenosnega sistema, tako da ves čas ohranja njegovo funkcionalnost, obratovalno sposobnost in varno delovanje. Za visokonapetostne merilne transformatorje je določenih dvanajst točk, ki jih je potrebno upoštevati v času obratovanja. V Tabela 12 Tabela 1 so izpostavljene točke, pri katerih bi lahko uvedli spremembe. Mirko Jalovec: Okvare in testiranja merilnih transformatorjev Stran 26 od 31

33 Pregled Meritve Revizija Pregled Meritve Revizija ICES Višja strokovna šola Prvi dve točki v tabeli 12 se lahko združita v eno, ker je višina membrane odvisna od količine olja v MT, razen v primerih, kot so parcialne razelektritve znotraj MT, ker se v tem primeru izločajo plini, zaradi katerih višina membrane raste proti maksimalni vrednosti. Točki sta bili ločeni zaradi starejših izvedb MT, ki so imeli različne indikatorje. Zaradi varnostne razdalje, ki jo je treba upoštevati med obratovanjem, manjših sprememb na MT ni možno opaziti s prostim očesom. Nepravilnosti na primarnih in sekundarnih povezavah so razvidne iz samih meritev ali z uporabo termokamere. Sčasoma olje v merilnih transformatorjih izgublja svoje izolacijske vrednosti. Zato bi zaradi lažje ocene življenjske dobe merilnih transformatorjev opravili meritve izolacijskih vrednosti merilnih transformatorjev vsakih pet let (gl. točko 3 v tabeli 12). Ker se na tržišču pojavljajo mobilni inštrumenti za odkrivanje razelektritev znotraj merilnih transformatorjev, bi lahko ob mesečnem pregledu (točka 4 v tabeli 12) naprav preverili obstoj razelektritev. Stara periodika Nova periodika Merilni transformator kv 1. Nivo olja M 2. Položaj membrane M M Izolacijski parametri (plinska kromatorgrafija, tekočinska kromatografija, kemijska 3. preiskava olja) - Prva meritev 15L 5L - Druga meritev 5L *5L 4. Pregled z lokatorjem parcialnih razelektritev M Legenda: M mesečno; L letno; PP po potrebi; * izvajanje meritev na pet let Tabela 12: Periodika pregledov MT (ELES d.o.o., 2011) Mirko Jalovec: Okvare in testiranja merilnih transformatorjev Stran 27 od 31

34 4 ZAKLJUČEK V zadnjih petih letih je bilo ugotovljenih 78 okvar visokonapetostnih merilnih transformatorjev, od tega 57 manjših, ki so bile odpravljene z minimalnimi posegi. Zaradi 22 okvar na MT je bilo potrebno izklopiti daljnovode, naprave demontirati in nekatere prepeljati k proizvajalcu. Zaradi letečih delov, ki jih je povzročila eksplozija tokovnega merilnega transformatorja, je bilo v enem primeru treba zamenjati poškodovane naprave v okolici. Če bi iz ekonomskega vidika sešteli in preračunali vrednost ur, potrebnih za sanacijo okvar, urejanje dokumentacije, stroške prevozov, stroške uporabljenih materialov, nove naprave itd., bi lahko hitro ugotovili, da je bila vrednost za vzpostavitev normalnega obratovalnega stanja nekaj deset tisoč evrov. Tako se je pred pričetkom iskanja konkretne rešitve pomembno seznaniti z osnovnimi pojmi o visokonapetostnih merilnih transformatorjih. Pomembno je vedeti, za kakšno vrste naprave gre in kaj omogočajo. Hkrati se je pomembno seznaniti s standardi, ki zajemajo osnovna določila in tipe testov za visokonapetostne merilne transformatorje. Na podlagi poročil in nekaj lastnih izkušenj pri delu monterja in vzdrževalca visokonapetostnih naprav so podani opisi nekaterih okvar. Pregledali smo teste, ki so navedeni v standardih IEC, in izpostavili primerne teste za vsako okvaro. Omejitve pri nalogi so bile, da dokumentacija proizvajalcev, ki jim je bil dostavljen okvarjen merilni transformator, ni bila na razpolago za boljšo analizo okvar. Za možnost raziskovanja v prihodnosti bi bilo potrebno sodelovanje z večjim številom uporabnikov in proizvajalcev visokonapetostnih merilnih transformatorjev, da bi se lahko poglobljeno posvetili okvaram na tem področju. Pri izbiri in prevzemu merilnih transformatorjev bi bilo treba nameniti več pozornosti specialnim 3 testom, kot je npr. test kratkega stika med navitji, ki je posledica eksplozije MT. S tem testom bi lahko vsaj omejili škodo na sosednjih napravah. Na tržišču se pojavljajo inštrumenti za odkrivanje napak, zato bi bilo treba razmisliti o spremembi navodil za vzdrževanje visokonapetostnih merilnih transformatorjev. 3 Specialni testi so testi, ki jih proizvajalec opravi na zahtevo kupca (gl. pogl. 1.9, odstavek o specialnih testih). Mirko Jalovec: Okvare in testiranja merilnih transformatorjev Stran 28 od 31