In een olietransformator isoleert en koelt de olie tegelijk. Omdat die olie in bedrijf onvermijdelijk veroudert, raadt het Belgische laboratorium ENGIE Laborelec aan regelmatig na te gaan of ze die functies nog vervult. De olie bewaart bovendien sporen van wat er binnenin gebeurt. Volgens IEEE komen er gassen vrij die in de olie oplossen wanneer isolatie onder een fout ontbindt. Die gassen vormen een chemisch verslag van wat er in de kuip gebeurt, zonder dat u het toestel moet openen.
De gasanalyse van transformatorolie, internationaal dissolved gas analysis of DGA, maakt dat verslag leesbaar. Hieronder leest u welke gassen op welke fouten wijzen, hoe de norm IEC 60599 ze duidt, hoe een staal wordt genomen, hoe een hermetische transformator zonder expansievat wordt bewaakt en wat het Synergrid-voorschrift C2/112 vraagt voor de beveiliging van de transformator in een klantencabine.
Waarom een fout gassen vormt
Volgens IEEE zijn de belangrijkste gassen uit minerale olie waterstof (H2), methaan (CH4), ethyleen (C2H4), ethaan (C2H6) en acetyleen (C2H2). Koolmonoxide (CO) en koolstofdioxide (CO2) wijzen op afbraak van de cellulose in het papier. Elke fout laat een eigen profiel achter:
- Partiële ontladingen vormen vooral waterstof, met wat methaan.
- Oververhitting vormt methaan, ethaan en ethyleen. Tast de fout het papier aan, dan ontstaan grote hoeveelheden CO2 en CO, volgens een studie in het vakblad IET Generation, Transmission & Distribution.
- Boogvorming geeft acetyleen als kenmerkend gas, samen met veel waterstof.
Dezelfde studie geeft de zes foutklassen van IEC 60599: partiële ontladingen (PD), ontladingen met lage energie (D1) en met hoge energie (D2), en thermische fouten onder 300 °C (T1), tussen 300 en 700 °C (T2) en boven 700 °C (T3). IEEE benadrukt dat niet één gas, maar de verhoudingen tussen de gassen het type en de ernst van de fout aanwijzen.
Hoe IEC 60599 de gassen duidt
De referentie is IEC 60599:2022, de vierde editie, gepubliceerd op 25 mei 2022. De norm beschrijft hoe de concentraties van opgeloste of vrije gassen worden geïnterpreteerd om de toestand van oliegevulde apparatuur in bedrijf te beoordelen en verdere acties voor te stellen. Ze geldt voor apparatuur met minerale olie en isolatie van papier of persspaan. IEC voegt eraan toe dat de uitkomst alleen richtinggevend is en dat elke actie een degelijk technisch oordeel vraagt. Een vijfde editie staat in voorbereiding.
Volgens IEEE werkt de IEC-methode met drie gasverhoudingen. Een bekende grafische methode is de driehoek van Duval, die de verhouding tussen methaan, ethyleen en acetyleen uitzet.
De internationale organisatie CIGRE verfijnde de interpretatie in brochure 771 (2019). Niet elke fout is even ernstig: stray gassing van de olie of hotspots in de olie zijn minder zorgwekkend dan verkoling van papier of boogvorming in papier. De brochure geeft ook gaslimieten die per type fout specifieker zijn.
Staalname en gasextractie
IEC 60567:2023, de vijfde editie, beschrijft de staalname van vrije gassen uit gasverzamelende relais van vermogenstransformatoren. De staalname van olie staat er niet meer in: daarvoor verwijst de norm naar IEC 60475:2022. Voor de analyse worden de opgeloste gassen eerst uit de olie gehaald: onder vacuüm, door ze uit te drijven met een draaggas (stripping) of via een kleine gasruimte boven het staal (headspace). Daarna meet een gaschromatograaf ze. Vrije gassen uit een relais worden zonder voorbehandeling geanalyseerd.
Oliekwaliteit: meer dan gassen
Gassen tonen fouten, maar de olie zelf veroudert ook. IEC 60422:2024 geeft richtlijnen voor de opvolging en het onderhoud van minerale isolatieolie in transformatoren en schakelapparatuur: testen, evaluatie en methoden om olie te reconditioneren, te regenereren of van PCB’s te ontdoen. De bewaking via opgeloste gassen valt buiten die norm, en de norm geldt waar een oliestaal redelijkerwijs te nemen is.
Bij oliekwaliteit gaat het onder meer om de doorslagspanning en het watergehalte. Laborelec beschrijft een industriële transformator waarin een hoog watergehalte met een lage doorslagspanning de oorzaak bleek van overmatige gasvorming.
Er is ook een reglementair punt. Wie een gebruikte transformator opnieuw inzet, moet volgens het Synergrid-voorschrift C2/112 (§8.9) een certificaat van olieanalyse voorleggen dat een PCB-gehalte onder 50 mg/kg aantoont. Volgens de aanvullende voorschriften van Fluvius hoeft die analyse niet als de transformator al in de om te bouwen cabine stond en dezelfde functie blijft vervullen.
Conservator of hermetisch
Volgens de handleiding van fabrikant SGB-SMIT vangen niet-hermetische transformatoren de volumeschommelingen van de olie op met een conservator of een gaskussen, en moet bij zulke toestellen het buchholzrelais gecontroleerd en ontlucht worden. IEC 60076-22-1 omschrijft het buchholzrelais als een relais dat op gas en vloeistof reageert. Uit zo’n gasverzamelend relais kan vrij gas worden bemonsterd volgens IEC 60567.
Een hermetische transformator werkt anders. Hij is volledig afgedicht, zonder gaskussen of conservator. De geribde kuip vangt de volumeveranderingen op door de elasticiteit van de koelribben, en de kuip is zo gevuld dat er bij een bepaalde olietemperatuur geen over- of onderdruk heerst. Gas dat zich vormt, kan dus niet ontsnappen.
Voor zulke toestellen beschrijft IEC 60076-22-1, naast het buchholzrelais, een apart beveiligingsrelais voor hermetisch gesloten, met vloeistof gevulde toestellen. Volgens Schneider Electric België detecteert een relais van het type DGPT2 (Detection Gas Pressure & Temperature) vier afwijkingen: gasvorming door pyrolyse van het diëlektricum of kleine ontstekingen bij beschadigde isolatie, een sterke daling van het oliepeil door een lek of een slecht gesloten afvoerklep, overdruk in de kuip door een kortsluiting in de transformator, en een stijgende temperatuur door een interne fout, overschrijding van het nominaal vermogen of slechte ventilatie. De QYW-3 is een vergelijkbare geïntegreerde beveiliging: hij bewaakt gas, druk, oliepeil en temperatuur op het deksel van een hermetische olietransformator.
Wat C2/112 vraagt
Volgens §13.3.3 van C2/112 mogen transformatoren tot en met 800 kVA (400 kVA bij een gebruiksspanning onder 10 kV) beveiligd worden met een gecombineerde lastscheidingsschakelaar met smeltveiligheden; grotere met een vermogensschakelaar. De beveiliging tegen kortsluiting en overbelasting is verplicht volgens het AREI, die tegen impedante fouten in de transformator is optioneel. Bij smeltveiligheden gebeurt die optionele beveiliging met een bijkomend toestel dat bij olietransformatoren de druk en temperatuur in de kuip meet en gasbellen in de olie detecteert. Het voorschrift verwijst daarvoor naar EN 50216-3.
§13.5 beschrijft een aanvullende beveiliging voor lokalen waar de gemiddelde dagtemperatuur rond de transformator 35 °C overschrijdt, of waar de activiteit een verhoogd risico op een olielek buiten het lokaal meebrengt: alarm bij 90 °C, uitschakeling bij 95 °C, bij overdruk of bij gas of een te laag oliepeil. Fluvius corrigeert de overdrukwaarde naar 0,35 bar en laat voeding via een condensator alleen toe als de beveiliging niet kritisch is. Synergrid meldt op zijn website dat C2/112 wordt herzien: vraag uw netbeheerder welke versie voor uw project geldt.
Hoe vaak een staal nemen
De bronnen leggen geen vaste frequentie op. SGB-SMIT beveelt aan om af en toe oliestalen te laten testen. Het laboratorium Oksman Séraphin van GE Vernova adviseert een jaarlijkse analyse zolang er geen afwijking is, en vaker bij afwijkende tekenen. Laborelec bepaalt na een eerste reeks analyses per transformator hoe vaak en welke analyses nodig zijn, en volgt de trend in een databank: afwijkingen in het verloop wijzen vaak op een komende storing.
Afhankelijk van de uitslag kan Laborelec aanbevelen om de olie te drogen of te ontgassen, olie te vervangen, intern onderzoek te doen, online bewaking te plaatsen, elektrische metingen uit te voeren of in het uiterste geval de transformator te vervangen.
Bij een hermetische transformator vraagt de staalname zorg. De handleiding van SGB-SMIT voorziet een staal van ongeveer 0,2 liter uit de aftapinrichting onderaan de kuip. Ligt de olietemperatuur onder de referentietemperatuur, dan staat de kuip in onderdruk en moet de vulbuis worden ontlucht en daarna opnieuw gevuld. GE Vernova raadt aan na vier à vijf stalen op een distributietransformator het oliepeil te controleren en olie bij te vullen, om een uitschakeling door een te laag peil te vermijden.
Beslissingstabel
| Vaststelling | Mogelijke oorzaak | Wat u doet |
|---|---|---|
| Vooral waterstof | Partiële ontladingen | Nieuw staal, trend opvolgen |
| Methaan, ethaan en ethyleen stijgen | Oververhitting | Koeling en belasting nakijken, analyse herhalen |
| Acetyleen met veel waterstof | Boogvorming | Uitslag meteen laten beoordelen |
| CO en CO2 stijgen | Thermische afbraak van papier | Bijkomende analyses vragen |
| Veel water, lage doorslagspanning | Vocht in de olie | Drogen of ontgassen laten bekijken |
| Alarm gas of oliepeil | Gasvorming, lek of slecht gesloten klep | Lek zoeken, gas- en oliestaal laten nemen |
| Uitschakeling op overdruk | Kortsluiting in de transformator | Storingsdienst bellen, oorzaak laten zoeken |
| Temperatuuralarm | Interne fout, te hoge belasting, slechte ventilatie | Belasting en ventilatie nakijken |
Veelgestelde vragen
Is een gasanalyse verplicht?
C2/112 vraagt een olieanalyse op PCB wanneer een gebruikte transformator opnieuw wordt ingezet. Een vaste frequentie voor gasanalyse staat niet in de bronnen van dit artikel: de fabrikant spreekt van af en toe, laboratoria adviseren jaarlijks of per toestel.
Kan ik bij een hermetische transformator een staal nemen?
Ja, via de aftapinrichting onderaan de kuip, met aandacht voor over- of onderdruk zoals SGB-SMIT beschrijft. Laat na enkele stalen het oliepeil controleren, zodat de beveiliging niet aanspreekt.
Wat is het verschil tussen een buchholzrelais en een geïntegreerd relais?
Het buchholzrelais hoort bij niet-hermetische transformatoren. Voor hermetisch gesloten toestellen beschrijft IEC 60076-22-1 een apart beveiligingsrelais. Een geïntegreerd relais zoals een DGPT2 bewaakt gas, druk, oliepeil en temperatuur in één toestel.
Wat doe ik bij een alarm of uitschakeling?
Laat de oorzaak onderzoeken voor u opnieuw inschakelt. Hoe u een fout in uw cabine onderscheidt van een netstoring, leest u in ons artikel over een stroomonderbreking in uw bedrijf. De storingsdienst van EDS Cabling is 24 uur op 24 bereikbaar op +32 485 79 20 09.
Verder met uw transformator
EDS Cabling installeert, onderhoudt en renoveert hoogspanningscabines en plaatst de QYW-3. Lees meer over de QYW-3 transformatorbeveiliging, over het onderhoud van hoogspanningscabines, over wat een jaarlijks onderhoudscontract inhoudt en over wanneer vervangen beter is dan renoveren. Een voorstel op maat? Vraag een offerte aan.
