Papers gerelateerd aan transformatoren

1. SESSION 1 - Papers gerelateerd aan transformatoren
Block 2: Asset management and condition assessment of Substations
Components
Block 4: Innovation in Substations Components
Groen is m.i. het meest interessant, daarna blauw, en rood is het minst interessant of relevant
(blijft een persoonlijke inschatting overigens)
Conditiemonitoring, diagnostiek (146, 338, 526, 843, 957, 442)
146 (Frankrijk)
Accelerated ageing test of MV/LV distribution transformers: Results and discussion
Deze paper beschrijft een testfaciliteit voor distributietransformatoren die gebouw d is in opdracht van Enedis. Het doel is om de
veroudering van de trafo te kunnen bepalen. Hiervoor w ordt gebruikgemaakt van een z.g. Thermal Image Box die vastgemaakt is
aan de transformator en w aar de olie van deze trafo doorheen geleid w ordt. Deze box is voorzien is van hetzelfde isolatiepapier
als de trafo zodat de veroudering daarin ook een maat is voor de veroudering van de trafo. In deze testopstelling zijn verschillende
isolatiematerialen getest, zoals Kraft-paper en Thermally Upgraded Paper (TUP), met als niet verrassende conclusie dat TUP een
hogere belasting toelaat
338 (Japan)
Fault diagnosis of transformer focusing on circulating current
Een theoretische benadering, ondersteund door een kleine testtrafo. Het doel is om vroegtijdig w indingssluitingen te detecteren.
Men doet dit door het monitoren van de harmonische stromen alsmede de rondlopende stroom in de driehoeksw ikkeling. De
procedure is dat, nadat een afw ijking gedetecteerd wordt, dit vervolgens wordt geverifieerd door een frequentie response analyse
(FRA)
526 (Portugal)
Real-time condition monitoring of grounding transformers
Proefproject van E-Redes (voorheen EDP Distribuição) de netbeheerder van Portugal om realtime de conditie van de
aardingstrafo te monitoren. De eerste resultaten zijn veelbelovend maar er zijn nog w at stappen te maken om er een robuust
systeemvan te maken dat potentiële fouten vroegtijdig detecteert.
843 (Frankrijk)
Online monitoring of power transformers to improve their operating and maintenance model
Enedis heeft meer dan 4.700 HS-transformatoren in bezit en w ilvoor al deze exemplaren op eenvoudige w ijze een health index
bepalen. Daarvoor is een monitoring systeemontw ikkeld voor temperatuur, verstopping in koelers, vochtcontrole, tapchanger enz.
Dit systeemis de standaard gew orden en is inmiddels al actief in 1.000 transformatoren. Uiteindelijk w ilmen hier het conditie
gebaseerd onderhoud op gaan plannen.
957 (Portugal)
Analytics 4 assets - the advanced asset management project applied to power transformers
Vrijtheoretisch verhaalvan E-Redes voor het bepalen van de health index van transformatoren. Diverse methodologieën zijn
onderzocht en uiteindelijk is gekozen voor de CNAIM-methode (Common Netw orkAsset Indicies Methodology). Het uiteindelijke
doel is een effectieve onderhoudsstrategie te ontw ikkelen met optimaal gebruik van personeel, materiaal en kapitaal.
442 (Japan)
Image diagnosis using artificial intelligence for pole transformers
Deze paper beschrijft een diagnostiek-systeemw aarbij, op basis van foto’s, een oordeelgeveld kan w orden over de fysieke
toestand van de populatie paaltransformatoren, waarbijmet name roestvorming een issue is. Niet relevant voor Nederland.
Transformatorkern (115)
115 (Japan)
Simple analytical method for magnetic flux density in amorphous and silicon steel hybrid-core
for three-phase 30 MVA higher-efficiency distribution transformer
Om de nullastverliezen te reduceren w orden in Japan vaaktransformatoren geplaatst met amorf kernmateriaal. Voor kleine trafo’s
is de productietechniekalgeruime tijd bekend, maar bij grotere trafo’s vormt de mechanische sterkte van de kern meestal een
beperking. Hitachi denkt de oplossing te hebben gevonden in een hybride kern bestaande uit zow elamorf als traditioneel
kernmateriaal (goes). Met dit principe is al een 5 MVA prototype gefabriceerd en beproefd, waarbijals bijkomend voordeelis

2. gesignaleerd dat de aanw ezigheid van het traditionele kernblik er voor zorgt dat de amorfe kern niet in verzadiging gaat. De
volgende stap w ordt gezet door het ontw erpen van een prototype 30 MVA, 66/22kV trafo.
Isolatiepapier (260, 261, 262)
In deze categorie zitten 5 papers en bij al die papers is DuPont mede-auteur. Het komt er dan ook
steeds op neer dat hun vinding, “papier met een aramide verrijking” de beste thermische resultaten
geeft. Dit isolatiepapier is geregistreerd onder de merknaam Nomex®
Op de DNV-transformatordag van 2020 zijn de voordelen van dit papier ook al aan de orde geweest.
260 (Polen/Ierland)
Overloadable distribution transformers for flexible loading in future distribution networks
Paper van DuPont samen met de Ierse trafoleverancier Kyte (voorheen CG). Drie cases w orden uitgewerkt waarvan één een
situatie betreft dat een 630 kVA trafo w egensoverbelasting vervangen zou moeten w orden door een 1.000 kVA. Echter gezien de
afmetingen is de beschikbare ruimte hier niet voor geschikt. Oplossing is dan om een 630 kVA trafo neer te zetten die voorzien is
van Nomex als isolatiepapier, bij voorkeur in combinatie met een esterolie. Dergelijke trafo’s laten een hogere hot-spot
temperatuur toe zonder dat dit gevolgen heeft voor de levensduur.
261 (Polen/Ierland)
Optimization of transformers for solar or battery storage installations based on a cyclic loading
Deze paper behandelt in het bijzonder de trafo voor aansluiting van een zonnepark. Aangezien het maximaal in te voeden
vermogen en het dagelijkse verloop hiervan vastligt is het mogelijk om gebruik te maken van de uren met lagere belasting (’s
nachts is die zelfs 0). Dan kun je ook een trafo met een lager nominaal vermogen t.o.v. de invoedingspiekneerzetten, en dat geldt
zeker als je deze voorziet van een Nomex-isolatie in combinatie met esterolie. In de paper is berekend dat voor een PV jaarpiek
van 1.100 kVA een trafo van 750 kVA voldoende is. Met name het gedeelte in de paper w aar de PV-curve wordt geanalyseerd is
interessant en ook toepasbaar voor het bepalen van de belastbaarheid in het geval een standaard normtransformator wordt
gebruikt.
262 (Polen/US/UK)
Comparison of synthetic and natural esters with focus on thermal aspects of insulation systems
Er is een thermische verouderingsproef uitgevoerd met zow eleen natuurlijke als een synthetische esterolie (beiden van
leverancier MIDEL) in combinatie met Nomex-papier. Beide oliesoorten blijken ca. 10 graden thermische performance te geven in
vergelijking met minerale olie. Disclaimer is w eldat je deze conclusie niet zonder meer kan doortrekken naar ester-olie van
andere merken.
Isolatievloeistoffen (315,1116, 183, 381, 664)
315 Indonesië
The experience of heavy water contaminated power transformer field repairing using
combination method of hot oil circulating and hot oil spraying
In Indonesië hebben ze blijkbaar vaaklast van vocht in hun transformatoren. Ze hebben nu een systeemontw ikkeld w aarbijeen
combinatie w ordt toegepast van spoelen van de trafo en sprayen van het actieve deel. Tw ee bekende methodes gecombineerd
geeft blijkbaar het gew enste resultaat.
1116 (Brazilie)
Refurbishment of distribution transformers with benefits in the exchange of mineral oil by
natural ester insulating liquid
EDP Sao Paulo is de netbeheerder voor 28 steden in de regio Sao Paulo met 4.000.000 aangeslotenen. Sinds 2019 w orden alle
nieuw aangeschafte transformatoren voorzien van natuurlijke ester-olie. Men heeft nu de beslissing genomen om ook retour
komende trafo’s, w elke dienen te w orden gereviseerd, te voorzien van deze natuurlijke ester (Cargill FR3). Volgens EDP zorgt dit
voor een levensduurverlenging van de trafo, terwijlook het brandgevaar structureelafneemt. In de paper w ordt een ruime
opsomming gegeven van de voordelen van deze isolatievloeistof. Inmiddels is in een pilotproject bij 14 transformatoren de
minerale olie vervangen door FR3. Ook bij toekomstige situaties zal de minerale olie vervangen w orden.
183 (Zweden)
A new sustainable, readily biodegradable and high performance insulating liquid for
power transformers
Nynas is bekend als leverancier van minerale olieen (bijv. types als Lyra, Taurus en 10GBN). Gedreven door klantvragen m.b.t.
duurzame en omgevingsvriendelijke vervangers heeft Nynas een nieuw eoliesoort op de markt gebracht, namelijk Nytro BIO
300X. In de paper w ordt een vergelijking gemaakt met hun eigen minerale olie (Lyra X) en een synthetische ester, en uiteraard
komt de BIO 300X er als beste uit. De olie is biologisch afbreekbaar maar heeft toch een goede oxidatie-stabiliteit (dit in
tegenstelling tot natuurlijke esters). Onderzocht is hoe de prestaties veranderen wanneerde olie gemengd w ordt met 10%
minerale olie om na te gaan of deze olie ook geschikt is voor retrofit, en dat blijkt het gevalomdat de prestaties daardoor niet
aanzienlijk verslechteren. Ookde thermische eigenschappen zijn uitstekend w aardoor de trafo een langere levensduur heeft dan
w anneer hijgevuld zou zijn met minerale olie.
Mensen die afgelopen jaar de DNV-trafodag hebben bezocht hebben dit verhaaldaar al eerder gehoord.

3. 381 (Frankrijk/Zwitserland/Turkije)
Life cycle assessment of the 72,5 kV g3 GIS and 66kV/14MVA green transformer for
integration of renewable energy from offshore wind turbine
Een paper van General Electric. Dit betreft de componenten (GIS en transformator) welke geplaatst zijn in de gondel van de
momenteel grootste offshore windturbine ter wereld, de HALIADE-X met een vermogen van 13 MW. De trafo w ordt
gekarakteriseerd als een small pow er transformer (SPT) met een vermogen van 14 MVA en een spanning van 66 kV. Er w ordt
w aterkoeling toegepast om de afmetingen van de trafo te beperken. Als isolatievloeistof is een synthetische ester toegepast,
onder meer door de goede eigenschappen m.b.t. brandgevaar en de biologische afbreekbaarheid.
664 (Thailand)
Analysis of Dissipation Factor Tan δ of Natural Ester with Temperature Normalization
In deze paper w ordt het dielektrisch gedrag onderzocht van natuurlijke ester-olie. Dit is gedaan voor zow elnieuwe olie als olie die
al langer in bedrijf is. Geconstateerd w erd dat het gedrag van de olie (geleidbaarheid, dielektrische verliezen) veranderen als
gevolg van veldsterkte en thermische belasting.
Thermische belastbaarheid (427, 458, 43)
427 (Nederland)
Practical verification of power transformer thermal loadability based on the IEC60076-7 thermal
model for top oil and hot spot temperature
Jur Erbrink1. Rory Leich1, Rene van Etten1, Roland Torensma2, Robin de Jong3, Kees Heida2
1)Qirion, 2)Liander, 3) The Hague University of Applied Sciences
Alliander heeft, op basis van de loading guide, onderzocht of de belastbaarheid van transformatoren kan w orden opgeschroefd.
De theoretische beschouwing is onderbouwd door praktijkmetingen in het net. De conclusie is dat er, bij cyclische belastingen,
inderdaad nog voldoende ruimte zit om de trafo tot zo’n 130-150% te belasten. Met inachtneming van een veiligheidsmarge stelt
Alliander nu de limiet voor het belasten van de trafo’s op 130% w aar dat eerst 110% w as.
Ook deze paper is dit jaar aan de orde gew eest op de DNV-Transformatordag.
458 (Frankrijk)
Harmonic analysis and distribution transformer monitoring
De toename van elektronische componenten in de netw erken zorgt voor vervorming van de sinusvormige spanningen en stromen
door harmonischen. In deze paper w ordt een thermisch model van de transformator beschreven dat rekening houdt met deze
netvervuiling. De w iskundige fijnproever komt zeker aan zijn trekken bij het bestuderen van dit rapport. Naast de theoretische
beschouwing zijn er ook nog praktijktests uitgevoerd die het model ondersteunen. Voor de metingen w ordt gebruikgemaakt van
de aanw ezige slimme meters. Hiervoor w orden 2 nieuw e PQ-parameters geïntroduceerd, namelijk; de factoren K_factor en
K_parasitic die gezamenlijk een maat vormen voor de (niet-) lineariteit van de belasting.
43 (Italie)
Optimization of earthing transformer sizing in medium voltage networks
Volgens deze paper w orden aardingstransformatoren, voor het aarden van middenspanningsnetten door middel van een lage
impedantie, vaak onnodig overgedimensioneerd. Een dergelijke dimensionering is alleen nodig w anneer een aardfout niet direct
w ordt afgeschakeld zoals het gevalis bij een hoge impedantie of bij aarding via een Petersen-spoel.
Online Tapchangers, OLTC (453, 810)
453 (Spanje)
Secondary substation control architecture focusing on OLTC based transformer integration
De Spaanse trafofabrikant Ormazabalheeft ook een distributietransformator met OLTC in het assortiment. In deze paper zijn 2
praktijksituaties gemonitord w aarin een dergelijke trafo (20kV/420V, 400 kVA) is geplaatst. Dit betreft een industriële klant met PV-
invoeding en een landelijk laagspanningsnet in midden-Spanje. De uitgevoerde metingen tonen aan dat de OLTC-transformator
een effectieveoplossing biedt voor het reguleren van de spanning, ook in het gevalvan decentrale invoeding. De effectiviteit kan
nog verder w orden verhoogddoor gebruikte maken van een dynamisch set-point op basis van diverse meetgegevens (bijv.
slimme meters) in het achterliggende net.
810 (Polen)
Smart Secondary Substation as the source of the flexibility services
In deze paper w ordt het concept beschreven van een flexibeltransformatorstation. Nergens staat genoemd dat dit ook al in de
praktijk zo is uitgevoerd dus lijkt het tot nu toe alleen nog maar op papier te bestaan. Belangrijke component in dit flexibele station
is de distributietransformator welke is voorzien van een OLTC-regeling. Het is de bedoeling dat de regelstrategie gebaseerd wordt
op de uitlezing van slimme meters op de uiteinden van het net en in de buurt van PV-concentraties. De tijdvertraging tussen het
uitlezen van de slimme meter en de reactie daarop door de OLTC w ordt gezien als bottleneck. Ook het gevaar dat LS-richtingen

4. zonder PV soms een te lage spanning kunnen krijgen door het regelgedrag van de trafo w ordt gesignaleerd. Dit vergt steeds een
afw eging wat uiteindelijk in de regelstrategie moet w orden opgenomen.
Droge transformatoren (642, 62)
642 (China/Korea)
Outdoor, 3D wound core VPI transformer
Deze paper beschrijft een trafo (10kV/400 kVA) die om meerdere redenen bijzonder te noemen is. Ten eerste is dit een droge
transformator op basis van het VacuümPressure Impregnated principe, ten tw eede wordt gebruikgemaakt van een
driehoekvormige kern, en tenslotte betreft dit ook nog eens een gew ikkelde kern.
Een trafo op basis van VPI heeft een aantal voordelen t.o.v. een gietharstrafo (cast resin), namelijk; lager gew icht, kleinere
afmetingen, beter bestand tegen omgevingscondities, hogere thermische belastbaarheid en geen risico op breuken in de
epoxyhars. De driehoekige kern zorgt voor nog verdere beperking van de afmetingen en een zuiver symmetrische lay-out, w at ten
goede komt aan een uniforme veldverdeling. Een volgende stap is het toepassen van amorf kernmateriaal om de nullastverliezen
te reduceren. Over het algemeen w ordt een gewikkelde kern al uitgevoerd met amorf materiaal. Ook bij deze trafo is overigens
w eer Nomex als isolatiepapier toegepast.
62 (Korea)
Solid insulation distribution transformer
In het gevaleen transformator ondergrondsgeplaatst wordt wilmen het risico op w eglekkende olie zoveelmogelijk beperken. Eén
van de mogelijkheden hiervoor is toepassing van een droge trafo. In deze paper w ordt een dergelijke trafo beschreven met een
vermogen van 75 kVA w aarop diverse tests zijn uitgevoerd. Deze trafo is zodanig uitgevoerd dat deze bestand is tegen
overstroming w at noodzakelijkis vanw ege de ondergrondse opstelling.
Solid State Transformatoren (476, 365)
476 (Nederland)
The impact of IEC60076-3 on solid-state transformer design
Bram van Dam1. Korneel Wijnands1 2, Dongsheng Yang1, Vladimir Cuk1, Erik de Jong1,3
Guus Pemen1 1TU Eindhoven 2Prodrive Technologies 3KEMA B.V.- Flex Power Grid Lab
De SST-transformator wordt beschouwd als toekomstige oplossing voor het aansluiten van decentrale invoerders, het voeden van
elektrisch vervoer enz, waarbijmet name de spanningsvariaties een steeds grotere rolgaan spelen. Er zijn echter nog w eleen
aantal hordes te overwinnen, waarvan er twee beschrevenworden in deze paper.
Om de trafo geschikt te maken voor het voldoen aan de eisen m.b.t. overspanningen zoals in IEC600076-3 gesteld w ordt, moet
de toegepaste elektronica fors overgedimensioneerd worden wat direct terugkomt in de kosten van de SST. Met name de
typetests voor de aangelegde spanning (AV) en de geïnduceerde spanning (IVW, IVPD) zijn daarin bepalend.
Verder bevat de SST normaliter ook nog een HF-tussentrafo met droge isolatie. Het voorkomen van holtes in de epoxy-isolatie is
cruciaalvoor de levensduur van de trafo, zeker vanw ege de hogere frequentieswaarmee gew erkt wordt. En zoals bekend zijn
holtes in een isolatiemateriaal bron van ontladingen. In deze paper w ordt een oplossing aangedragen om dergelijke problemen te
voorkomen. Het prototype van deze SST is overigens ontw orpenen gebouw d door een samenwerkingsverband tussen Enexis,
Alliander, Prodrive en TU Eindhoven.
365 (Nederland)
Feasibility of implementing MV/LV Solid state transformers in the Dutch electricity grids- from
economic perspective
Sharmistha Bhattacharyya. Maarten Berende Enexis, Netherlands
Deze paper gaat in op de economische aspecten m.b.t. het toepassen van de SST-transformator. Hierin zijn alle TCO-kosten
meegenomen, zoals; investering, operationele kosten, betrouw baarheidskosten, verliezen, onderhoudskosten, kosten
capaciteitsuitbreiding en nog veel meer. De totale kosten van een SST overschrijden de kosten van een traditionele transformator
nog ruim. (zie ook paper 476 voor een aantal aspecten). De verwachting is echter dat de investeringskosten de komende 10 jaar
drastisch zullen dalen w aardoorop enig moment het punt bereikt w ordt dat de SST kan concurreren met de traditionele trafo die
al ruim 130 jaar op hetzelfde w erkingsprincipe gebaseerd is.