1. ODREĐIVANJE SADRŢAJA VODE U PAPIRU IZ RELATIVNOG ZASIĆENJA –
REZULTATI ZA TRANSFORMATORE 35/x kV
SINIŠA SPREMIĆ1
EPS-P.D. "ELEKTROVOJVODINA"
Kratak sadržaj – Dugi niz godina se pokušava što taĉnije odrediti sadrţaj vode u papirnoj
izolaciji transformatora sa uljnopapirnom izolacijom. Korišćene su razliĉite krive u
dijagramima i nomogramima uz korišćene podatka o sadrţaju vode u ulju dobijenim Karl
Fišerovom titracijom. Stanje ulja je imalo znaĉajan uticaj na rezultate sadrţaja vode u papiru
jer se korekcija ne moţe lako odrediti iz razloga što je deo vode u ulju aktivan i uĉestvuje u
razmeni izmeĊu ulja i papira. Deo vode je neaktivan, tj. vezan je hemijski što je povezano sa
stanjem ulja i uglavnom nastaje oksidacijom (starenjem) ulja. Uticaj stanja ulja se izbegava
korišćenjem kapacitivnih senzora koji mere relativno zasićenje, tj. odnos aktivne vode i
rastvorljivosti vode pri zasićenju ulja na datoj temperaturi. OdreĊivanje sadrţaja vode u
papiru iz relativnog zasićenja je temperaturno zavisno. Ostarelost celulozne izolacije takoĊe
ima uticaj koji nije zanemariv i treba da se uzme u obzir. Na osnovu rezultata i dijagrama iz
razliĉite literature odreĊena je jednaĉina za izraĉunavanje sadrţaja vode u papiru iz oĉitanog
podatka o temperaturi ulja i merene vrednosti relativnog zasićenja sa korekcijom izraĉunate
vrednosti s obzirom na ostarelost izolacije. Korišćenjem mobilnog ureĊaja za odreĊivanje
sadrţaja gasova rastvorenih u ulju i relativnog zasićenja je na 131 transformatoru 35/x kV
izvršeno ispitivanje uzoraka ulja sa odreĊivanjem relativnog zasićenja. Izraĉunate su
vrednosti sadrţaja vode u papiru. Rezultati su prikazani i razmotreni, a ukazano je na velik
uticaj koji ima nemogućnost ostvarenja ravnoteţnog stanja (ekvilibrijuma).
Ključne reči – Voda – Ulje – Papir – Izolacija – Relativno zasićenje – Kapacitivni senzor
1. UVOD
U cilju što boljeg upravljanja održavanjem neophodno je imati uvid u stanje svakog transformatora,
tj. svakog pojedinog sklopa: zaptivni sistem, ukupan izolacioni sistem, ulje, papirna izolacija,
regulaciona sklopka, motorni pogon, pumpe, ventilatori, buholc, zaštitni relej regulacione sklopke i
drugi uređaji i sklopovi. Veoma bitno za određivanje stanja transformatora je stanje papirne
izolacije, kao u smislu ostarelosti, tako i što se tiče vlažnosti. Vlaga u papirnoj izolaciji se određuje
u postocima (%), a moguće je proceniti na više načina: električnim merenjima, korišćenjem
dijagrama i nomograma iz podatka o sadržaju vode u ulju u postocima i temperature uzorka, u
novije vreme merenjem relativnog zasićenja. tj. odnosa aktivne vode i rastvorljivosti vode pri
zasićenju ulja na datoj temperaturi i ispitivanjem samog papira. Ovde će biti opisani različiti uticaji
na procenu saržaja vode u papiru korišćenjem dijagrama i nomograma i razmotriće se prednost
korišćenja merenja relativnog zasićenja umesto sadržaja vode u ulju. Određena je jednačina za
procenu ovlaženosti papirne izolacije. Dat je prikaz i razmatranje rezultata procene ovlaženosti
papirne izolacije transformatora 35/x kV korišćenjem rezultata merenja relativnog zasićenja.
1
Siniša Spremić, Bulevar oslobođenja 100, 21000 Novi Sad, Srbija, sinisa.spremic@ev.rs

2. 2. ODREĐIVANJE SADRŢAJA VODE U PAPIRU
Sadržaj vode kao parametar za procenu stanja papirne izolacije se može odrediti na više načina.
Električna merenja i određivanje vode u papiru korišćenjem podataka o sadržaju vode u ulju ili
relativnom zasićenju daju procenu za čitav uljnopapirni sistem. Ispitivanje uzorka papira daje
podatak o količini vode u papiru samo na delu sa kojeg je uzet s tim da se po dubini namotanog
papira ili na drugim mestima u transformatoru mogu dobiti različite vrednosti sadržaja vode u
papiru, presbordu ili drvetu [1].
2.1. Ispitivanje uzorka papira Karl Fišerovom metodom
Uzimanje papira direktno sa namotaja nije primenjiv na transformatorima u pogonu i u slučaju da se
ne želi oštećenje izolacije prilikom remonata. Može da se koristi kod papira sa namotaja ili drugih
delova transformatora koji su predviđeni za zamenu prilikom remonata ili popravki. Ovaj način
uzorkovanja može biti problematičan iz više razloga:
- Nakon istakanja ulja iz transformatora do otvaranja istog i omogućavanja da se pristupi papirnoj
izolaciji rada skidanja iste zbog velike higroskopnosti papira može da dođe do upijanja vlage iz
okolnog vazduha.
- Promena sadržaja vode je moguća zbog vremena potrebnog da se uzorak dopremi u ispitnu
laboratoriju usled međusobnog prenošenja vode između uzorka i fluida u kojem se čuva do
ispitivanja.
2.2. Procena sadrţaja vode u papiru elektriĉnim merenjima
Za procenu sadržaj vode u papiru se sada koriste tri vrste električnim merenja:
- Merenje napona oporavka (povratnog napona) – Recovery Voltage Measurement (RVM).
- Merenje struja polarizacije/depolarizacije – Polarization and Depolarization Current (PDC).
- Spektroskopija u frekventnom području – Frequency Domain Spectroscopy – FDS).
RVM metoda je korisna, ali je osetljivija od drugih metoda. Struje curenja na provodnim
izolatorima mogu pokvariti merenja [2].
PDC je ista metoda kao merenje otpora izolacije izuzev što je vreme ispitivanja daleko duže.
Ukoliko su struje male metod može biti osetljiv na struje pomeraja i uticaj polja. Provodnost ulja
može biti utvrđena iz početne vrednosti struje, a provodnost čvrste izolacije pod uticajem vlage
može biti utvrđena iz konačne vrednosti struje [2].
Dielektrični gubici u papiru i impregnisanim presovanim pločama rastu značajno sa porastom
sadržaja vlage na učestanostima manjim od 100 Hz (manje značajno, ali sa vidljivom razlikom i na
frekvencijama od 100 Hz do 1000 Hz), a na frekvencijama većim od 10 kHz skoro da nema razlike
[1]. Da bi se izbegao uticaj nelinearnosti uljno-papirne izolacije FDS merenja treba izvoditi sa što
nižim naponom [1].
Za tačnost svih ovih metoda geometrija izolacije, temperaturna zavisnost i stanje ulja imaju
određeni uticaj. Uticaj geometrije izolacije i stanja ulja je najveći kod RVM metode. Kod PDC
metode daleko manji uticaj imaju geometrija izolacije i temperaturna zavisnost i kod uređaja jsu ovi
uticaji kompenzovani. FDS metoda pokazuje najbolju kompenzaciju za geometriju izolacije.
2.3. Procena sadrţaja vode u papiru na osnovu sadrţaja vode u ulju
Procena sadržaja vode u papiru iz podatka o sadržaju vode u ulju se, uz korišćenje krivih iz
dijagrama i nomograma, koristi veoma dugo. Za tačnije rezultate se pretpostavlja dovođenje
izolacionog sistema u ekvilibrijum što je gotovo nemoguće postići zbog stalnih temperaturnih

3. promena u izolacionom sistemu čiji su uzrok promene temperature okoline i promene opterećenja
transformatora.
Fabre-Pichon ravnotežne krive za uljno-papirnu izolaciju su prvi put objavljene 1960. godine [3] i
prikazane su na slici 1 desno gore. Rađene su i druge ravnotežne krive od kojih će se prikazati
Oommen ravnotežne krive [4] na slici 1 desno dole. Nomogram objavljen od strane General Electic
1974 [5] je dat na slici 1 levo.
Slika 1 – Fabre-Pichon (desno gore) i Oommen (desno dole) ravnotežne krive za uljno-papirnu
izolaciju i General Electric nomogram (levo)
Određivanje sadržaja vode u papiru na osnovu sadržaja vode u ulju zahteva ravnotežno stanje.
Pored toga ranije se nije mogla jasno razlučiti količina aktivne vode u ukupnoj vodi u ulju. Postotak
aktivne vode u ukupnoj vodi je bitan jer samo aktivna voda učestvuje u razmeni vode između ulja i
papira. Postotak aktivne vode u ukupnoj vodi se smanjuje sa starenjem ulja što je povezano sa
pogoršavanjem karakteristika ulja, posebno povećanja sadržaja polarnih, kiselih produkata
oksidacije koji utiču na povećanje rastvorljivosti vode u ulju.
Zbog uzimanja ukupne količine vode u ulju u procenu (i aktivne i neaktivne) ovom metodom se
mogu očekivati veće procene količine vode u papiru nego kod drugih metoda. Korekciju zbog
uticaja rastvorljivosti vode u ulju je teško odrediti zbog razlika u karakteristikama različitih vrsta
ulja što se tiče sastava i sadržaja aromata [6].

4. 2.4. Procena sadrţaja vode u papiru na osnovu relativnog zasićenja ulja
Metoda određivanja sadržaja vode na osnovu relativnog zasićenja ulja se zasniva na korišćenju
merenog podatka o aktivnoj vodi koja se meri kapacitivnim senzorima. Danas postoji više
proizvođača uređaja koji obično zajedno sa analizom gasova rastvorenih u ulju mere i relativno
zasićenje ulja.
Kod ove metode se može zanemariti uticaj karakteristika ulja zbog toga što u rezultatu merenja
relativnog zasićenja uticaj ima samo aktivna voda. Mora se vršiti korekcija po temperaturi koja je
značajna, a takođe i po stanju papirne izolacije što se u mora proceniti. Kod ostarele papirne
izolacije vrednosti količine vode u papiru treba da su manje nego kod novije papirne izolacije za
iste vrednosti relativnog zasićenja ulja i temperature izuzev na početnom delu sa vrednostima
relativne vlažnosti manjoj od oko 3 %. Uticaj temperature i stanja celulozne izolacije je prikazan na
slici 2 za papir (levo) i za presbord (desno) [7].
Slika 2 – Uticaj temperature i stanja celulozne izolacije na sadržaj vode u papiru
2.5. PoreĊenje rezultata razliĉitih metoda
Vršena su poređenja rezultata dobijena različitim metodama i uglavnom su imala razlike koje su
bile manje ili veće. Procena sadržaja vode u papiru korišćenjem sadržaja vode u ulju je u odnosu na
procenu iz relativnog zasićenja je bila za oko 10 % do 20 % veća u [8], dok je u [9] bila veća za oko
45 %, a srednja vrednost sve tri kombinacije međunamotajno određena FDS metodom za oko 13 %
veća pre sušenja i oko 14 % veća posle sušenja izolacije. Drugo poređenje u [9] kod veoma
ostarelog transformatora koji je predviđen za rashod količina vode u papiru određena Karl-
Fišerovom metodom je bila približno jednaka onoj dobijenom iz relativnog zasićenja, vrednost
dobijena iz količine vode u ulju je bila za 2,4 puta veća, vrednost dobijena FDS metodom bez
kompenzacije uticaja starosti izolacije je bila za 56 % veća i vrednost dobijena uz algoritam za
kompenzaciju je bila za 16 % veća. Poređenje između ravnotežnih krivih za iste ulazne podatke
sadržaja vode u ulju i temperature pokazuju da je Oommenove krive daju najmanju vrednost vode u
papiru, zatim Fabre-Pichonove, a najveća vrednost je kod Griffinovih krivih. Poređenje većeg broja
uzoraka [11] pokazuje da se za ulja transformatora iz pogona sa uglavnom dobrom vrednošću
kiselosti najveće vrednosti sadržaja vode u papiru dobijaju Oommenovim krivama u odnosu na
nomogram [5] i FDS metodu, dok se poređenjem rezultata FDS i nomograma [5] vidi da se dobijaju
delom isti rezultati, a delom različiti. Više merenja i ispitivanja sadržaja vode u papiru
transformatora na remontima [12] korišćenjem nomograma [5], FDS i RVM metode pokazuje da se
najmanje vrednosti dobijaju za FDS metodu, a najveće za RVM metodu kod starih transformatora, a
kod novijih transformatora najveće vrednosti sadržaja vode se dobijaju korišćenjem nomograma.
Ovi rezultati ukazuju da ni jedna od metoda nije potpuno tačna i može da ima greške, ali se na
daljim proverama radi tako da se očekuje da nova saznanja donesu nove algoritme i bolje procene.

5. 3. PROCENA STANJA OVLAŢENOSTI PAPIRA TRANSFORMATORA 35/x kV
Sagledavanjem različitih istraživanja i prikazanih karakteristika za procenu sadržaja vode u papiru
na osnovu podataka o relativnom zasićenju i temperaturi određena je jednačina kojom se izračunava
sadržaj vode u papiru. Ukoliko se radi o ostareloj papirnoj izolaciji koeficijentom se izračunate
vrednosti sadržaja vode u papiru umanjuju u odnosu na vrednosti za novu papirnu izolaciju. Na slici
3 je dat trodimenzionalni prikaz površine za određivanje sadržaja vode u papiru u % za temperature
od 20 o
C do 100 o
C i relativno zasićenje od 0 % do 30 % za novu papirnu izolaciju.
Slika 3 – 3D prikaz površine za određivanje sadržaja vode za novu papirnu izolaciju
U početnom delu do RS 5 % bi trebalo da budu nešto veće vrednosti (strmije), ali s obzirom da se u
tom delu svakako dobijaju dobre vrednosti za sadržaj vode u papiru ne čini se bitna greška.
Svi transformatori (131 komad) koji se razmatraju su prenosnog odnosa 35/x kV. Prosečna starost
im je 45 godina, najstariji ima 58 godina, a najmlađi 16. Svi su sa konzervatorom i „dišu“ preko
sušionika vazduha. Voda u papiru prosečnog transformatora određen prema jednačinama je 3,12 %.
Uzorci su uzeti u između 9 i 12 sati pre podne, a ispitivanje je obavljeno uređajem za analizu
gasova rastvorenih u ulju i relativnog zasićenja. Uređaj vrši ispitivanje pri sobnoj temperaturi ulja
(oko 20 o
C) tako da uz poznavanje temperature ulja pri uzorkovanju ispitni uređaj preračuna
relativno zasićenje što može biti uzrok dodatne greške. S obzirom na dnevne dijagrame opterećenja
distributivnih trafostanica može se pretpostaviti da u periodu od 7 do 12 sati dolazi do blagog
porasta opterećenja čime se sa manjim zakašnjenjem povećava temperatura papira, sa većim
zakašnjenjem zbog vremenske konstante transformatora (reda veličine 2-3 sata) povećava
temperatura ulja, a uz određeno zakašnjenje dolazi do prelaska vode iz papira u ulje. Ne može se
reći da su uzorci uzeti u ravnotežnom stanju (ekvilibrijumu). Bez obzira na to mogu da posluže za
procenu sadržaja vode u ulju iz relativne vlažnosti i temperature ulja. Temperatura ulja je očitana sa
kontaktnog termometra koji meri temperaturu ulja u najtoplijoj tački. Prosečna temperatura ulja i
papirne izolacije je manja i po proceni iznosi manje od očitane za oko 10 o
C. Pored promene
opterećenja i osunčanost transformatora ima uticaja na promene temperature papira i ulja, kao i
dnevne promene temperature okoline. U tabeli 1 su date granične vrednosti sadržaja vode u
izolacionom sistemu prema [13] gde je RS (%) relativno zasićenje za aktivnu vodu.
Naponski
nivo
Maksimalan sadržaj
vode u papiru (%)
50 o
C 50 o
C 60 o
C 60 o
C 70 o
C 70 o
C
mg/kg RS (%) mg/kg RS (%) mg/kg RS (%)
≤69 kV 3 27 15 35 15 55 15
Tabela I – Maksimalan sadržaj vode u papiru i ulju i relativnog zasićenja prema [13]

6. Prema tabeli I prosečni transformator iz razmatrane grupe je na samoj granici vrednosti sadržaja
vode u papiru.
U tabeli II su dati podaci o brojnosti transformatora u određenom opsegu vrednosti sadržaja vode u
papiru. Vrednosti sadržaja vode u papiru su zaokružene na jednu decimalu.
Opseg (%) ≤0,5 0,6-1 1,1-1,5 1,6-2 2,1-2,5 2,6-3 3,1-3,5 3,6-4 4,1-4,5 4,6-5 ≥5,1
Broj 2 0 8 14 17 30 29 10 6 7 11
Tabela II – Brojnost po opsezima količina vode u papiru
Sagledavajući rezultate kiselosti 5 najvećih vrednosti sadržaja vode u papiru imaju transformatori
kojima je povišena vrednost kiselosti – dva sa vrednostima 0,22 i 0,33 mgKOH/g i kojima je
smanjena dielektrična čvrstoća – tri sa vrednostima 124, 128 i 152 kV/cm. Sa povišenim
vrednostima sadržaja vode u papiru većim od 4 % ima transformatora sa niskom vrednosti kiselosti
i visokom vrednosti dielektrične čvrstoće. Moguće je da se ulje zagadilo vlagom iz okolnog
vazduha preko preterano ovlaženog silika gela sušionika vazduha ili nekog mesta lošeg zaptivanja,
a onda tokom vremena prešla u papirnu izolaciju.
Prema rasporedu transformatora po opsezima posebnu pažnju treba obratiti na transformatore sa
sadržajem vode u papiru vrednosti većih od 4,5 %. Za ovde obrađene transformatore 35/x kV
maksimalan sadržaj vode u papiru ne bi trebao da bude veći od 4 %.
Za transformatore sa najvećim vrednostima sadržaja vode u papiru nema više merenja pa će se
ponoviti merenje i proveriti i uporediti rezultati.
4. ZAKLJUĈAK
Osnovni zahtev koji se treba ispuniti za što tačnije određivanje sadržaja vode u papiru iz merenja
relativnog zasićenja je postojanje ravnotežnog stanja (ekvilibrijuma) ili stanja bliskog ravnotežnom.
To je u redovnom pogonu transformatora gotovo nemoguće izvesti. Time je i sama procena sadržaja
vode u papiru određena na ovaj način sumnjiva, ali je u svakom slučaju bolja nego da se ne zna
ništa. Dalje analize i kontinualno praćenje će sigurno dovesti do novih saznanja, a moguće i do
promene postavki određivanja sadržaja vode u papiru na osnovu relativnog zasićenja.
U narednom periodu na transformatorima koji nemaju podatka o sadržaju vode u papiru obaviti
ispitivanje ulja, ponoviti merenja za deo transformatora, pokušati statistički obraditi predmetni
uzorak i sagledati moguće uticaje na grešku kod određivanja sadržaja vode u papiru.
Veći broj proizvođača je razvio uređaje za stalni nadzor transformatora gde se kapacitivnim
senzorom prati relativna vlažnost, a prati se i temperatura. U nekim vremenskim razmacima tokom
pogona transformatora će sigurno doći do ustaljivanja opterećenja i temperature, a time i relativnog
zasićenja tako da se u tim vremenskim razmacima može pretpostaviti približno ravnotežno stanje i
tada se treba izvršiti određivanje sadržaja vode u papiru.
Sadržaj vode u papiru bi se sa odgovarajućim težinskim faktorom mogao primeniti kao kriterijum u
ocenjivanju stanja transformatora.
5. LITERATURA
[1] S.M. Gubanski, J. Blennow, L. Karlsson, K. Feser, S. Tenbohlen, C. Neimann, H. Moscicka-
Grzesiak, A. Filipowski, L. Tatarski, „Reliable Diagnostics of HV Transformer Insulation for
Safety Assurance of Power Transmission System REDIATOOL - a European Research
Project”, CIGRÉ Session 41st
, Paris, France, Paper D1-207, 2006
[2] Xiaolei Wang, "Asset Management in Power Systems – Dielectric Diagnostic Measurements of
Transformers", Institute of Intelligent Power Electronics Helsinki University of Technology,
2005

7. [3] J. Fabre, A. Pichon, “Deteriorating Processes and Products of Paper in Oil Application to
Transformers”, CIGRÉ Session 18th
, Paris, France, Paper 137
[4] T.V. Oommen, “Moisture Equilibrium in Paper-Oil Systems”, Proceedings of the
Electrical/Electronics Insulation Conference, Chicago, USA, pp. 162-166, October 3-6, 1983
[5] FIST 3-30, ''Transformer Maintenance'', USA, 2000
[6] S. Teslić, B. Đurić, J. Ponoćko, J. Lukić, "Voda u izolacionom sistemu transformatora: prvi deo
– fenomeni i ispitne metode", 31. savetovanje CIGRE Srbija, Zlatibor 2013., R A2.07
[7] M. Koch, S. Tenbohlen, T. Stirl, “Advanced Online Moisture Measurements in Power
Transformers“, CMD 2006 International Conference on Condition Monitoring and Diagnosis,
Changwon, Korea, April 2-5 2006
[8] P. Shukla, Y.R. Sood, R.K. Jairal, "Experimental Evaluation of Water Content In Transformer
Oil", International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology,
Vol. 2, Issue 1, January 2013
[9] M. Koch, M. Krüger, S. Tenbohlen, “Comparing Various Moisture Determination Methods for
Power Transformers“, CIGRÉ 6th
Southern Africa Regional Conference, Somerset West, South
Africa, Paper P509, 17 – 21 August 2009
[10] Y. Du, M.Zahn, B.C. Lesieutre, A.V. Mamishev, S.R. Lindgren, “Moisture Equilibrium in
Transformer Paper-Oil Systems“, IEEE Electrical Insulation Magazine, Vol 15 No. 1,
January/February 1999
[11] K. Drakić, D. Mihajlović, J. Ponoćko, J. Lukić, "Voda u izolacionom sistemu transformatora:
II deo – slučajevi iz prakse", 31. savetovanje CIGRE Srbija, Zlatibor 2013., R A2.10
[12] Đ. Jovanović, B. Pejović, J. Lazić, J. Ponoćko, Lj. Nikolić, R. Radosavljević, "Unapređenje
dijagnostike energetskih transformatora sa uljno-papirnom izolacijom uvođenjem metode
frekventno-zavisne spektroskopije izolacije (FDS)", 31. savetovanje CIGRE Srbija, Zlatibor
2013., R A2.02
[13] C57.106-2002 - IEEE Guide for Acceptance and Maintenance of Insulating Oil in Equipment