Increasing the impulse electrical strength of winding insulation of high-voltage transformers

• Autorzy: Ahmedov Elbrus Nasi , Aliyev Nadir , Sadiqov Seymur Erestun

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2024.08.30

Warianty tytułu

PL

Zwiększanie udarowej wytrzymałości elektrycznej izolacji uzwojeń transformatorów wysokiego napięcia

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The present article delves into strategies aimed at augmenting the impulse electrical strength of the insulation in high-voltage transformer windings. The research focal point centers on an authentically produced autotransformer boasting a 330 kV voltage rating, serving as the object of inquiry. The investigation systematically probes the influence of coil winding methods on both the electrical robustness of the winding and the insulation between the discs. To assess the insulation reliability inherent in a series-wound contra shield, adhering to the transformer method, a laboratory examination was conducted by the IEC 60076-3 standard, specifically designed to evaluate the impact induced by a direct lightning strike. Subsequently, a simulation model was constructed within the VLN program to ascertain the voltage distribution in the unconventional interleaved winding approach of an alternating transformer. A lightning impulse voltage test was executed, pinpointing critical junctures. A comparative analysis was then undertaken to discern the disparities between the results obtained. Remarkably, in contrast to the contra shield method featuring wound windings, the interleaved winding technique exhibited superior impulse electrical strength and, concurrently, proved to be cost-effective.

PL

W artykule omówiono strategie mające na celu zwiększenie udarowej wytrzymałości elektrycznej izolacji w uzwojeniach transformatorów wysokiego napięcia. Główny punkt badań skupia się na autentycznie wyprodukowanym autotransformatorze o napięciu znamionowym 330 kV, będącym przedmiotem badań. W badaniach systematycznie badany jest wpływ metod nawijania cewek zarówno na wytrzymałość elektryczną uzwojenia, jak i izolację pomiędzy tarczami. Aby ocenić niezawodność izolacji właściwą dla przeciwosłony szeregowo uzwojonej, stosującej metodę transformatorową, przeprowadzono badania laboratoryjne zgodnie z normą IEC 60076-3, specjalnie zaprojektowane do oceny uderzenia wywołanego bezpośrednim uderzeniem pioruna. Następnie w programie VLN zbudowano model symulacyjny w celu ustalenia rozkładu napięcia w niekonwencjonalnym podejściu do uzwojenia przeplatanego transformatora przemiennego. Przeprowadzono test napięcia impulsowego pioruna, identyfikując krytyczne punkty. Następnie przeprowadzono analizę porównawczą, aby dostrzec rozbieżności pomiędzy uzyskanymi wynikami. Co ciekawe, w przeciwieństwie do metody przeciwosłonowej obejmującej uzwojenia uzwojone, technika uzwojenia przeplatanego wykazała doskonałą wytrzymałość elektryczną impulsu, a jednocześnie okazała się opłacalna.

Słowa kluczowe

EN

high-voltage transformer; winding method; lightning impulse voltage; increasing electrical strength

PL

transformator wysokiego napięcia; metoda uzwojenia; napięcie udarowe piorunowe; zwiększenie wytrzymałości elektrycznej

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 100, nr 8
• Strony: 148--152
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Ahmedov Elbrus Nasi

• Candidate of Physical and Mathematical Sciences. Head of the Department of Electromechanics Azerbaijan State University of Oil and Industry. Baku city, Azadlyg avenue 20

• https://orcid.org/0000-0003-3348-7946

autor

Aliyev Nadir

• Candidate of Physical and Mathematical Sciences. Head of the Department of Electromechanics Azerbaijan State University of Oil and Industry. Baku city, Azadlyg avenue 20

• https://orcid.org/0009-0001-3165-1493

autor

Sadiqov Seymur Erestun

• Master of the Department of Electromechanics of the Azerbaijan State University of Oil and Industry. Baku city, Azadlyg avenue 20

Bibliografia

• [1]. M. Popov, L. van der Sluis, R.P.P. Smeets, Evaluation of surge-transferred overvoltages in distribution transformers, Electric Power Syst. Res. 78 (2008) 441–449.
• [2]. Elbrus Ahmedov, Sona Rzayeva, Nigar Ganıyeva, Elshad Safiyev. Improving the lightning resistance of high-voltage overhead power lines. Przeglad Elektrotechniczny, Vol 2023, №11, Page.121-126, 2023; ISSN: 0033-2097, R.99NR 6/2023, DOI:10.15199/48.2023.11.21
• [3]. S.P. Balaji, S. Usa, Life estimation of transformer insulation under repeated impulses, in IEEE 1st International Conference on Condition Assessment Techniques in Electrical Systems (CATCON), Jadavpur University, Kolkata, India, 2013.
• [4]. S.Okabe, Voltage-time and voltage-number characteristics of insulation elements with an oil-filled transformer in EHV & UHV classes, IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. 13 (1) (2006).
• [5]. P.Tuethong, P.Yutthagowith, A. Kunakorn. Effective Simulation Approach for Lightning Impulse Voltage Tests of Reactor and Transformer Windings. Energies 2020, 13(20), 5399; https://doi.org/10.3390/en13205399.
• [6]. Kaveri Bhuyan, Saibal Chatterjee. Electric stresses on transformer winding insulation under standard and nonstandard impulse voltages. Electric Power Systems Research.Volume 123, June 2015, Pages 40-47. https://doi.org/10.1016/j.epsr.2015.01.019.
• [7]. S. P. Balaji, I. P. M. Sheema, G. Krithika and S. Usa, "Effect of Repeated Impulses on Transformer Insulation," in IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 18, no. 6, pp. 2069-2073, December 2011, doi: 10.1109/TDEI.2011.6118645.
• [8]. Muzaffer Erdogan, Mehmet Kubilay Eker. Analysis of lightning impulse voltage distribution for a dry-type transformer using three different winding types. Electric Power Systems Research, Volume 188, 2020, 106527, ISSN 0378-7796, https://doi.org/10.1016/j.epsr.2020.106527.
• [9]. A Mytnikov, A Lavrinovich, V Strugov and M Saqib. Development of impulse method for transformer winding condition control technology. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Volume 1019, 14th International Forum on Strategic Technology (IFOST 2019) 14th-17th October 2019, Tomsk, Russian Federation. DOI 10.1088/1757- 899X/1019/1/012024.
• [10]. Bojan Trkulja, Ana Drandic, Viktor Milardic and Igor Žiger. Evaluation of Methodology for Lightning Impulse Voltage Distribution over High-Voltage Windings of Inductive Voltage Transformers. Energies 2021, 14(16), 5144. https://doi.org/10.3390/en14165144.
• [11]. Juan M., Villanueva-Ramirez, Pablo Gómez, Richard T. Meyer. Optimized dielectric design of transformer windings under fast-front voltage pulses from power electronic converters. International Journal of Electrical Power and Energy Systems 129 (2021) 106849. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2021.106849.
• [12]. M. A. Habib, M. A. G. Khan, M. K. Hossain, and S. A. Hossain, "Investigation of electric field intensity and degree of uniformity between electrodes under high voltage by Charge Simulation Method," 2014 17th International Conference on Computer and Information Technology (ICCIT), Dhaka, Bangladesh, 2014, pp. 185-191, doi: 10.1109/ICCITechn.2014.7073140
• [13]. Li, L., Huang, Z. and Yang, Y., 2020. The influence of electric field inhomogeneity on the repetitive performance of a coronastabilized switch. IEEE Access, 8, pp.195515-195527. 10.1109/ACCESS.2020.3033327.
• [14]. Yu G, Cheng Y, Duan Z. Research Progress of Polymers/Inorganic Nanocomposite Electrical Insulating Materials. Molecules. 2022 Nov 15;27(22):7867. doi: 10.3390/molecules27227867. PMID: 36431967; PMCID: PMC9697380.
• [15]. Mansour DA, Abdel-Gawad NMK, El Dein AZ, Ahmed HM, Darwish MMF, Lehtonen M. Recent Advances in Polymer Nanocomposites Based on Polyethylene and Polyvinylchloride for Power Cables. Materials (Basel). 2020 Dec 25;14(1):66. doi: 10.3390/ma14010066. PMID: 33375660; PMCID: PMC7795037.
• [16]. IEEE Standard. 4 IEEE Standard for High-voltage Testing Techniques (2013).
• [17]. IEEE Standard 1122. IEEE Standard for Digital Recorders for Measurements in High-voltage Impulse Tests. (1998).
• [18]. IEEE Std C57. 138.IEEE Recommended Practice for Routine Impulse Test for Distribution Transformers. (1998)
• [19]. IEEE Standard C57.98. IEEE Guide for Transformer Impulse Tests. (2011).
• [20]. IEC 60060.1, High-voltage test techniques – Part 1: General definitions and test requirements, International Electrotechnical Commission, 2010
• [21]. IEC 60812, Failure modes and effects analysis (FMEA and FMECA), International Electrotechnical Commission, 2018,
• [22]. Kaveri Bhuyan, Saibal Chatterjee.. Electric stresses on transformer winding insulation under standard and nonstandard impulse voltages. Electric Power Systems Research.123(2015) 40–47. http://dx.doi.org/10.1016/j.epsr.2015.01.019.
• [23]. VLN- Calculation of impulse overvoltage’shttps:// www.vit.zp.ua/ru/prod.html#header1-u

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2025).