Kartläggning och statusbedömning av distributionstransformatorer i Göteborgs elnät - Evaldsson, Unn (My University, 2008)
Detta arbete har utförts på uppdrag av Göteborg Energi Nät AB (GENAB). Det har haft som syfte att få fram riktlinjer för när det är dags att byta ut äldre distributionstransformatorer. En distributionstransformator är en transformator som används för att transformera ner spänningen i nätet till lågspänningsnivå, i detta fall med omsättningen 10/0,4 kV. På GENAB efterfrågades en bild av hur distributionstransformatorerna åldras till följd av höga belastningsnivåer och temperaturer. Om det visade sig nödvändigt ville man ha förslag på förändringar i de principer som används för dimensionering, avseende märkdata, av transformatorerna. Distributionstransformatorer har långa livslängder och håller i Norden ofta mellan 30 och 50 år. Frågan när de bör bytas ut påverkas av många parametrar och har inte ett uppenbart svar. För att undvika haveri, med strömavbrott och ökade utbyteskostnader som följd, bör det ske innan dess isolations mekaniska hållfasthet blivit för dålig för att klara eventuella kortslutningskrafter. Det är därför av intresse att hitta bra sätt att utreda vilken status transformatorn har. En avgörande faktor för transformatorns livslängd är dess drifttemperatur. Drifttemperaturen påverkas av belastningsgraden i kombination med den yttre temperaturen. De vanligaste distributionstransformatorerna har olja och oljeimpregnerad cellulosa som elektriskt isolationsmaterial. Det har visat sig att fukthalten i cellulosan är ett mått på åldringsgraden hos en transformator eftersom fukt bildas vid både oljans och cellulosans nedbrytning. Med Karl Fisher titrering kan man mäta fukthalten i oljan. Man kan sedan med hjälp av jämviktskurvor uppskatta fukthalten i cellulosan. För större krafttransformatorer har man på senare tid även använt sig av frekvensdomänspektroskopi. Denna mätmetod bygger på karakterisering av den dielektriska responsen av transformatorns isolation i frekvensdomänen. I detta arbete behandlades frågeställningen huruvida denna metod även kunde användas för distributionstransformatorer. I samband med detta uppkom också en önskan att utreda huruvida det är en signifikant skillnad mellan den uppmätta fukthalten i en transformator som varit lågt belastad jämfört med en som varit högt belastad. Det visade sig att frekvensdomänspektroskopi är tillämpbart för somliga äldre distributionstransformatorer, men då konstruktionen för de flesta distributionstransformatorer skiljer sig från de större krafttransformatorerna bör eventuellt en anpassning av modellen som används ske för att tillförlitliga resultat skall uppnås. Det visade sig också att mätningarna är så dyra att genomföra, i relation till kostnadsskillnaden vid ett haveri jämfört med ett planerat byte, att det inte verkar vara en rekommenderbar metod att använda i nuläget. Det fanns en viss skillnad mellan resultaten för fukthalt hos lågt respektive högt belastade transformatorer, men skillnaden var inte så stor att den med bestämdhet kunde härledas till belastningsgraden. Äldre transformatorer har ofta högre förluster än nya. Frågeställningen huruvida utbyte av några transformatorer var lämpligt ur förlustsynpunkt behandlades. Det visade sig att det handlade om några tusen kronor per år och transformator som kunde tjänas in genom utbyte av de äldre distributionstransformatorerna. Dessa värden i sig är inte tillräckligt stora för att utbyte skall vara rekommendabelt, men om man lägger ihop detta värde med den kostnad ett haveri innebär och sannolikheten för detta, så kan det vara lämpligt att se över situationen. Några av transformatorerna i Göteborgs elnät är över 50 år gamla. Mätningarna i detta arbete visade på fukthalter i cellulosan på över 3 % för transformatorer som var 40 år gamla, vilket kan anses vara ett varningstecken. Av denna anledning rekommenderas att det tas upp till diskussion om det är dags att byta ut några av de äldsta transformatorerna.På GENAB görs avläsningar av maxvärden av belastning och temperatur, dessa gav dock inte någon uppfattning om huruvida lasten är kontinuerligt hög eller hög endast under korta tidsperioder. Man ville nu få en bild av kontinuerlig belastning och drifttemperatur. Mätutrustning för detta ändamål införskaffades och kopplades in på en transformator i ett industriområde. Man kunde som väntat se att belastningen ökade kraftigt under arbetsdagarna och att toppoljetemperaturen tydligt följde denna ökning, men man kunde också se att transformatorns toppoljetemperatur då lasten var lägre följde omgivningstemperaturen. Av detta kan man dra slutsatsen att det sannolikt gör god nytta med kylande fläktar för att hålla nere drifttemperaturen och därmed öka transformatorn livslängd.
Keywords: Elkraftteknik; Electric power engineering