Selected Aspects of Numerical Analyses of Transformers

• Autorzy: Kasza K. , Płatek R.

Warianty tytułu

PL

Wybrane zagadnienia analizy numerycznej transformatorów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The reliability and lifetime of a transformer depends on the quality of oil or epoxy insulation used in the transformer and attached accessories such as bushings. This paper presents selected aspects of the numerical analyses of transformers and transformer components with epoxy resin solid insulation. Reliability, durability and dielectric properties of the epoxy insulation depend strongly on the quality of a manufacturing process. For example, the residual stresses may be minimized by selecting the right process parameters. Computer simulations of the casting and curing process of high voltage coils of a dry transformer are applied for that purpose. Similar analyses are also possible for high voltage Resin Impregnated Paper (RIP) bushings. In this case computer simulations are also used for modeling the complex vacuum drying process, which is necessary to assure the high quality and reliability of the final product. A transformer and its components may be exposed to various environmental conditions during operation and even very extreme ones (e.g. large changes of the ambient temperature) should be taken into account during the design process. The computer simulations allow verification of a mechanical design of the dry transformer winding which is exposed to a thermal shock. The other example is evaluation of the mechanical resistance to seismic loads. Numerical analyses allow preliminary validation of the design of oil and dry transformers as well as bushings, which are expected to work in the area of earthquakes risk. By their application the design time and testing costs are much reduced.

PL

Decydujący wpływ na niezawodność i czas życia transformatorów ma jakość izolacji olejowej lub żywicznej zastosowanej w transformatorze jak i również w komponentach bezpośrednio do niego podłączonych takich jak przepusty. W artykule przedstawiono wybrane aspekty analiz numerycznych dla transformatorów i komponentów z izolacją żywiczną. Niezawodność, trwałość i własności izolacji żywicznej zależą w dużej mierze od jakości procesu wytwarzania. Przykładowo zastosowanie symulacji komputerowych pozwala na analizę procesu zalewania i utwardzania uzwojeń wysokiego napięcia transformatorów suchych i dobór takich parametrów procesu by zminimalizować powstające naprężenia resztkowe. Podobne analizy są również możliwe dla wysokonapięciowych izolatorów przepustowych dla których wykonuje się również analizy procesu suszenia papieru. W trakcie eksploatacji transformator i jego komponenty narażone są na różnego rodzaju ekstremalne warunki zewnętrzne, których wystąpienie musi być uwzględnione w trakcie projektowania urządzeń. Przykładowo symulacje komputerowe pozwalają na sprawdzenie konstrukcji mechanicznej uzwojeń transformatorów suchych pod kątem ich odporności na drastyczne zmiany temperatury otoczenia. Innym przykładem jest ocena odporności na wstrząsy sejsmiczne. Analizy numeryczne pozwalają na wstępną weryfikację konstrukcji transformatorów olejowych i suchych oraz przepustów, które przewidziane są do pracy w rejonach zagrożonych trzęsieniami ziemi. Możliwe jest dzięki temu ograniczenie kosztów związanych z projektowaniem i testowaniem tych produktów.

Słowa kluczowe

EN

transformer; bushing; numerical analysis; manufacturing; operation; thermal shock; seismics

PL

transformator; izolatory przepustowe; analiza numeryczna; produkcja; eksploatacja; szok termiczny; wstrząsy sejsmiczne

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 59, nr 2
• Strony: 183--187
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Kasza K.

• ABB CORPORATE RESEARCH, ul. Starowiślna 13a, 31-038 Kraków, Poland

autor

Płatek R.

• ABB CORPORATE RESEARCH, ul. Starowiślna 13a, 31-038 Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] Hartings R.: Quality aspects and requirements for Ultra HV bushings. INMR World Congress, Seoul, South Korea, 2011.
• [2] Foata M., Dastous J. B.: Power transformer tank rupture prevention. Cigre paper A1_102_2010, 2010.
• [3] Sekuła R., Kaczmarek K., Bednarowski D., Piekarski P.: Manufacturing of Voltage Transformer Enhanced By 3-D Computer Simulation Tools, IEEE Transactions on Electronics Packaging Manufacturing, 2002.
• [4] Nowak T., Sekuła R., Saj P., Kasza K., Leskosek H., Claus O.: Influence of Post-curing Conditions on the Processing Characteristis of Epoxy Components, Advances in Polymer Technology, 2006.
• [5] Russek R. M.: Drying and Impregnation of Paper-Insulated Power Cables, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, 1967.
• [6] Nowak A. J., Buliński Z. P., Kasza K., Matysiak Ł.: Experimental Analysis of Vaccum Drying of the High Voltage Bushing, 7th World Conference on Experimental Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics, Krakow, Poland, 2009.
• [7] International Standard IEC 60076-11, Power transformers – Part 11: Dry-type transformers, IEC 2004.
• [8] McBride B. J., Gordon S., Reno M. A.: Thermodynamic data for fifty reference ele-ments, Nasa Technical Paper No. TP-3287, 1993.
• [9] Scott, R. B.: Cryogenic Engineering, Van Nostrand, Princeton NJ, p. 329, 1962.
• [10] Lucks C. F., Deem H. W., Wood W. D.: American Ceramic Society Bulletin, vol 39, p. 313, 1960.
• [11] van Vlack L. H.: Physical Ceramics for Engineers, Addison-Wesley Publishing Co., p. 146, 1964.
• [12] IEEE Std 693-2005, IEEE Recommended Practice for Seismic Design of Substations, IEEE Standard Department, 2005.
• [13] Rocks J., Koch N., Płatek R., Nowak T.: Seismic Response of RIP-transformer bushing. Insulator News & Market Report (INMR) World Congress on insulators, arresters and bushings, Brazil, 2007.
• [14] Ersoy S., Saadeghvaziri M. A.: Seismic response of transformer-bushing systems. IEEE Transaction on Power Delivery. Power Engineering Society, Institute of Electrical and Electronics Engineers 19, 131-137, 2004.
• [15] Filiatrault A., M.EERI., Matt H.; Experimental Seismic Response of Hight-voltage Transformer-Bushing Systems. Earthquake Spectra. Vol. 21. 1009-1025, November 2005.
• [16] Ersoy S., Saadeghvaziri M. A.; Seismic response of transformer-bushing systems. IEEE Transaction on Power Delivery. Power Engineering Society. Institute of Electrical and Electronics Engineers. 19. 131-137, 2004.
• [17] Płatek R., Sekuła R., Lewandowski B.; Fluid Influence on Dynamic Characteristics of Transformer-bushing System using Fluid Structure Interaction (FSI) Approach, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Volume: 17 , Issue: 2, 408- 416, 2010.
• [18] Abaqus Analysis User's Manual. Dassault Systèmes, 2008.