Artikelen Smit Trafo

DwarsregelaarHoe lang leeft deze transformator nog?

Een interessante vraag, die vroeger bijna nooit gesteld werd. Dat is in de huidige tijd wel anders, maar waarom is dat eigenlijk?

Het elektriciteitsbedrijf bestelde vroeger altijd een transformator met een vermogen voor de verre toekomst. De transformator zat dus gewoon vanaf het begin ruim in zijn jasje. Het risico van het uitvallen van de spanning moest ook zo nog eens klein mogelijk zijn. Je zette dus drie transformatoren naast elkaar die samen het werk van een deden. Je ziet : De transformator hoefde helemaal niet zo hard te werken. Als er eens veel vermogen nodig was, dan was dat in de koude winter. Dat was vooral op maandagochtend als de fabrieken weer opstarten na het weekend. De maandag was ook nog eens wasdag bij menige huisvrouw.
Tegenwoordig is dat wel heel anders. Nu staan er maar 2 transformatoren naast elkaar die het werk van een doen. Het vermogen is nu het grootst op een hete zomerdag met draaiende airco’s in kantoren en zonnepanelen op de daken. De transformator moet tegenwoordig dus veel harder werken bij hogere temperaturen. De transformator veroudert daardoor veel sneller. De gebruiker wil nu weten hoe lang de transformator nog goed kan functioneren. Dat noemt men de restlevensduur bepalen. De gebruiker wil ook weten hoe lang hij de transformator kan overbelasten tijdens een storing in het net. Meten is weten, dus men gaat de transformator monitoren. Hoe lang leef ik zelf nog??
Ik wil graag gezond oud worden, maar wat moet ik dan doen? Ik kan gezond eten en voldoende bewegen. Ik onderhoud mezelf dus goed, maar is dat voldoende? Ik neem de griepprik om het gezondheidsrisico te beperken. Ik ben bloeddonor en ik geef 5 keer per jaar bloed. Mijn bloed wordt gecontroleerd en die controle is cruciaal voor de ontvanger van mijn bloed, maar ook belangrijk voor mij. Af en toe is er een speciale meting, dat noemt men bevolkingsonderzoek. Iedereen weet, dit alles biedt geen garantie op gezond oud worden. De kans daarop wordt wel groter, maar hoe groot die kans nu werkelijk is voor mij?

Hoe lang “leeft” deze transformator nog?
Je wilt de transformator zo lang mogelijk in bedrijf houden, wat moet je dan doen? Goed onderhoud is een eerste vereiste. De doorvoeringen en de regelschakelaar zijn het meest storingsgevoelig. De doorvoeringen kun je vervangen en de regelschakelaar kun je goed inspecteren. Een regelmatige meting van de oliekwaliteit geeft meer zicht op een mogelijk probleem. Dat alles is geen garantie voor een lange restlevensduur. Je wilt nu meer doen voor nog meer zekerheid. Je gaat dus die transformator monitoren. Dit alles biedt geen garantie dat die transformator lang goed blijft functioneren. De kans is wel groter, maar hoe groot die kans is voor die specifieke transformator?.

Overbelasten en overbekrachtigen

Overbelasten betekent een te hoge stroom door de wikkelingen, waardoor de temperatuur ergens in de transformator te hoog kan worden. De wiskundige formules om die temperatuur te berekenen staan in de “Loading guide”. Dat is een internationale norm, maar de formules hebben alleen betrekking op de temperatuur van het koper in de wikkelingen.
Over bekrachtigen resulteert in te hoge magnetische fluxdichtheid ergens in de kern, waardoor de temperatuur daar te hoog wordt. Er zijn geen algemene formules. Die formules moet de fabrikant zelf afleiden en die zijn ook nog eens afhankelijk van het ontwerp van die specifieke transformator.
Je weet nu de temperatuur formules en die kun je omwerken naar tijd formules. Je kunt dan de maximaal toelaatbare tijd van een overbelasting dan wel van een over bekrachtiging berekenen.

De “Loading guide” meter

Een eerste monitoring systeem werd opgezet door Atjit Bose in 1979. Hij was technisch specialist bij Smit. Hij programmeerde de tijdformules van zowel overbelasting als overbekrachtiging in een Apple computer. Het systeem voldeed technisch goed, maar het was commercieel geen succes. De markt was waarschijnlijk nog niet rijp voor zo’n systeem.
Atjit Bose onderzocht tevens het nuttig gebruik van de transformatorverliezen. Er was namelijk een vraag van twee netbeheerders: Kun je de elektrische verliezen van ca 100 kW gebruiken om de ruimtes op een transformatorstation te verwarmen? Het antwoord is: Ja dat kan.
Atjit toonde dat aan via verwarmingsproeven in 1980. Je pompt de transformatorolie door een warmtewisselaar ( zeg maar een soort CV radiator ). Je blaast lucht er door heen met ventilatoren en zo verwarm je een grote ruimte. Het is helaas bij deze ene proef gebleven. Deze vraag was nog uit de tijd dat het elektriciteitsverbruik het hoogst was in de winter.
Je kunt in de huidige tijd de vraag beter anders stellen. Namelijk: Kun je de koeling van de bestaande transformatoren verbeteren en daardoor de restlevensduur verlengen? Het antwoord is met een simpel JA te beantwoorden.
De meeste transformatoren in Nederland hebben ONAN ( Oil Natural Air Natural ) koeling. Dat betekent dat er olie door radiatoren stroomt en dat door de natuurlijke lucht stroming de warmte afgevoerd wordt. Je kunt de temperatuur eenvoudig verlagen door ventilatoren onder de radiatoren te monteren. Deze vorm van koeling noemt men ONAF (Oil Natural Air Forced). Bij een lagere temperatuur nemen de koperverliezen ook nog eens af en die afname is groter dan het elektriciteitsverbruik van de ventilatoren.
Een voorbeeldje : Een transformator van 77 MVA heeft een koperverlies ( ook wel kortsluitverlies genoemd ) van 330 kW en de olietemperatuurverhoging is 42 graden. De temperatuur daalt met 17 graden als ik 20 ventilatoren monteer onder de radiatoren. Dat resulteert in een reductie van de koperverliezen met ca 20 kW. De ventilatoren verbruiken ca 8 kW en dat is dus beduidend minder.
De transformator kan nu ook meer overbelast worden, wat handig is in geval van problemen in het elektriciteitsnet. Uiteraard vraagt deze aanpassing aan de koeling om een investering in ventilatoren en de besturing, met ook nog bijbehorend onderhoud aan de ventilatoren.
Het systeem kennen we tegenwoordig ook met kleine ventilatortjes onder de radiator van de centrale verwarming. De warmteoverdracht van radiator naar lucht verbetert. Het voordeel is dat je kamer sneller warm wordt en dat je zelfs de watertemperatuur van de CV ketel wat kunt verlagen. Je bespaart daardoor wat gas en dat weegt op tegen het elektriciteitsverbruik van de ventilatortjes.

Het Transformer Operating Monitoring System ( TOMS ).

Een samenwerking tussen TENNET, Smit en QtecQ ( een software bedrijf ) in 1998. Bart van Hulst als ontwerper was vanuit Smit hier bij betrokken.
Doel : Een monitoringsysteem om de maximale toelaatbare tijd van een overbelasting en over bekrachtiging te bepalen. Dit wordt dan toegepast op de standaard koppelnettransformator.
Het TOMS systeem is een “stand alone” systeem. Het is niet geïntegreerd in de totale automatisering van de netbeheerder. Dit maakt het gebruik wat lastiger, zeker als je het maar zelden nodig hebt.
De presentatie van de data dient aan te sluiten bij de ervaringen van de gebruiker. Een belastings-diagram ( zie fig 1 ) is een bekende manier van presenteren. De horizontale as toont het reële vermogen ( in MWatt ) en de verticale as het blindvermogen ( in MVAr ) dat door de transformator gaat. Het belastings-diagraam heeft drie werkgebieden ( zie fig 1 ) Groen betekend dat je hier continu in kunt zitten. Rood betekend dat je daar NIET in mag komen. Geel betekend dat je er een zekere tijd in mag zitten. Die tijd bereken je en zet je in het tabelletje rechts boven ( zie fig 1 )
In geval van een storing ergens in het net, kan het noodzakelijk zijn om meer vermogen door een transformator te sturen. Je gaat dan een transformator overbelasten en je wilt weten hoe lang dat mag. Je voert dan het nieuwe werkpunt in ( zie fig 2 ). Je kunt dan de maximaal toelaatbare tijd aflezen in het tabel rechtsonder. Dit TOMS systeem is nog steeds operationeel bij Tennet.


Smit ontwikkelt samen met Tennet een vervolg met moderne geïntegreerde middelen voor remote monitoring en met restlevensduurbepaling. Deze bepalingen zijn transformator specifiek en direct te doen door engineering.
Hoe nu verder in de toekomst? Klanten van Smit hebben steeds meer behoefte aan informatie over de conditie van de transformator. Die behoefte is op te splitsen in twee stukken.

  • Als eerste : Informatie voor de “korte” termijn.
    Is er een ( mogelijk) probleem in de transformator, waardoor ik maatregelen moet nemen. Denk aan uit bedrijf nemen of de belasting verminderen. Er is een storing ergens in het net en je wilt weten wat de maximale toelaatbare tijd van een overbelasting is voor die transformator. Deze informatie wordt gebruikt door het bedrijfsvoerings-centrum, waar ze het elektriciteitsnet bewaken.

  • Als tweede : Informatie voor de “lange” termijn.
    Je wilt weten hoe goed de transformator functioneert en wat de restlevensduur is. Je vraagt je daarbij af : Moet ik een onderhoudsbeurt inplannen of moet ik de transformator alvast uitwisselen. Deze informatie wordt gebruikt door de asset manager. Die is verantwoordelijk voor het goed functioneren van alle componenten in het net. 

Als zijdelingse opmerking : Er kan zich altijd een storing voordoen die door de beveiliging afgeschakeld wordt. De monitoring heeft van te voren niets geconstateerd. Dat is net als bij de mens. Je kunt nog zo gezond leven en allerlei gezondheidschecks doen, een hartaanval of herseninfarct kan zich volledig onverwachts voordoen. Die benodigde informatie is allemaal gebaseerd op de meetdata van een transformator, zoals temperaturen, spanningen, stromen, stand van regelschakelaar, de oliekwaliteit, etc, etc. 

Die meetdata wordt verwerkt in een wiskundige model van de transformator.

Dat model is gebaseerd op: De natuurkundige wetten, zoals de wet van Ohm, De kenmerken van de transformator, zoals de constructie, de gebruikte materialen, de fabrikant maar ook de verliezen en de soort koeling
De statistiek en ervaringen met een grote groep “gelijke” transformatoren in “hetzelfde” elektriciteitsnet. Ik betrek dat eens op mezelf. Ik wil mijn eigen restlevensduur bepalen. Mijn eigen kenmerken zijn gewicht, lengte, familie en leefgewoontes. De statistiek betreft mannen van dezelfde leeftijd en dezelfde soort woon/werk -omgeving. Mijn rest levensduur is dan ……mits ik natuurlijk geen gekke dingen ga doen


Nu weer even terug naar de transformator. Je wilt de rest levensduur inschatten. Je hebt dan de kenmerken van de transformator nodig en die kennis zit bij de transformator-fabrikant. Je bent dan bij Smit Transformatoren aan het goede adres. Je hebt ook de statistiek en ervaringen nodig uit het elektriciteitsnet en die kennis zit bij de netbeheerder. Beide partijen dienen elk over de nodige kennis te beschikken om de informatie goed te interpreteren. Je snapt het al: Een goed functionerend monitoringssysteem bestaat niet alleen uit hardware en software. Het vereist een goede samenwerking tussen transformator-fabrikant en netbeheerder, waarbij data uitwisseling en data interpretatie de kern vormen.

De energietransitie en de roep om duurzaamheid zal de ontwikkelingen in de monitoring versnellen. Je ziet, alweer een technische uitdaging op transformatorgebied.

 

Reacties mogelijk gemaakt door CComment

Cloud tag

Laatste artikelen

Laatste reacties

      LEES MEER

Wie is online

We hebben 96 gasten en geen leden online

Statistieken

Aantal bekeken pagina's
9452767
DMC Firewall is developed by Dean Marshall Consultancy Ltd