ICPE - Institutul de Cercetări pentru Maşini Electrice din Bucuresti

Blvd. Tudor Vladimirescu 45 s.5

www.icpe-me.ro

ACTUALITĂŢI ŞI ÎN DOMENIUL MAŞIN

SME’10 - EDIŢIA

(Jubiliară, 60 de ani de l

7-8 OCTOMBRIE CASA UNIVERSITARI

PROGRAMUL SIM

INDEX ALFABETIC DE

ISSN 1843

Catedra de Maşini, Materiale şi Acţionări Electrice, din Universitatea POLITEHNICA Bucureşti,

www.pub.ro

PERSPECTIVE ILOR ELECTRICE

A ŞASEA a înfiinţarea ICPE)

orele 915 – 1800

LOR BUCURESTI

POZIONULUI

AUTORII SME’ 10

- 5912

PROGRAMUL SME’ 10 7-8 Octombrie 2010

Casa Universitarilor Bucureşti Prima zi (7 Octombrie): 9,15 Cuvânt de deschidere a SME’10 9,30 – 12,15 (prima parte), 11 lucrări Cristian-Liviu POPESCU ( Renault Technologie Roumanie) L1. Electromobilitatea RENAULT Ion POTARNICHE(ICPE ACTEL) , Adina Monica POPA (UPB-IE) L2. Solutii noi pentru actionari de masini electrice de joasa si medie tensiune Ioan PETER (ELECTROPRECIZIA Sacele) L3. Influenţa variaţiei tensiunii şi a frecvenţei nominale asupra caracteristicilor de funcţionare ale motoarelor electrice asincrone trifazate cu rotor de tip colivie Gloria CIUMBULEA, Neculai GALAN (UPB-IE) L4. Modelul matematic al masinii asincrone cu aplicatie la reglajul vectorial cu orientare dupa fluxul statoric Mircea IGNAT, Laurentiu CĂTĂNESCU, Ionel CHIRIŢĂ, Marius POPA – INCDIE CA L5. Microtransformator rotativ fara contacte Gabriel TĂNĂSESCU; Radu PÂRLOG-CRISTIAN; Petru NOŢINGHER (S.C. GESIN RESEARCH S.R.L.), (UPB-IE) L6. Sistem de monitorizare şi diagnosticare on-line / off-line a sistemelor de izolaţie ale maşinilor electrice. Mircea COVRIG, Stefan GHEORGHE, Cristina GHEORGHE, Steliana UNCUȚĂ (UPB-IE) L7. Determinarea analitică preliminară a capabilitatii unui convertor de a produce cuplu electromagnetic Lucian PÂSLARU-DĂNESCU, Victor STOICA (ICPE-CA) Alexandru M. MOREGA, Mihaela MOREGA, Alina MACHEDON (UPB-IE), Florica NOURAŞ, Nicolae PĂDURARU (ICMET) L8. Transformatoar electric de medie putere si medie tensiune cu agent de racire nanofluid magnetic Marin MIHALACHE (UPB-IE) L9. Algoritmi şi metode de tratare unitară a problemelor de analiză şi sinteză a maşinilor electrice de curent alternativ (4 părţi) Dobre Radu MARIAN, Liliana Miorita PANDIA, Mihai Virgil POPESCU (UMEB) L10. Aplicarea metodologiei de dezvoltare SCRUM in proiectarea si fabricarea seriei de motoare asincrone antideflagrante cu eficienta sporita IE2 Leonard MELCESCU (UPB-IE), Paul MINCIUNESCU (ICPE), Ciprian HAGIU, Ovidiu CRAIU, Ştefan GHEORGHE (UPB-IE) L11. Modelarea numerică a unei maşini sincrone cu magneţi permanenţi şi miezul indusului din material magnetic compozit

12,15 – 12,45 pauză pentru cafea, discuţii 12,45 – 16,00 (partea a doua), 12 lucrări Onur NEBI, Virgiliu FIREŢEANU (UPB-IE), Mihail POPESCU and Mihai CISTELECAN (ICPE-ME) L12. Finite element models and experimental validation of permanent magnets eddy current through heater Tiberiu TUDORACHE (UPB-IE), Mihail POPESCU (ICPE-ME) , Emanuel MARIN (UPB-IE) L13. Generatoare sincrone cu magneţi permanenţi pentru turbine eoliene de mică putere Ion DOBRIN (ICPE-CA), Alexandru M. MOREGA (UPB-IE, ISMMA), Mihai POPESCU (ICPE-ME) L14. Motor electric supraconductor -stadiu actual, rezultate preliminare Ştefan BUŞOI, Petru NOŢINGHER, Laurenţiu DUMITRAN (UPB-IE) şi Gabriel TĂNĂSESCU (SIMTECH INTERNATIONAL S.R.L) L15. Influenţa temperaturii şi a câmpului electric asupra proprietăţilor electrice ale izolaţiilor compozite ale maşinilor electrice Ovidiu CRAIU, Alina MACHEDON, Tiberiu TUDORACHE, Mihaela MOREGA (UPB-IE) Mircea MODREANU (ICPE) L16. Studiu experimental şi numeric al încălzirii unui motor de cc de mică putere, în condiţii de funcţionare variate Laurenţiu BADICU, Petru V. NOTINGHER, Laurentiu DUMITRAN Bogdan GORGAN (UPB-IE) si Gabriel TANASESCU (Simtech International, Bucuresti) L17. Estimarea starii uleiului mineral pentru transformatoare in functie de continutul de apa Rodica VASILE (CER) L18. Aspecte ale activităţii de standardizare în comitetele tehnice 2 ale CEI şi CENELEC în perspectiva următorilor ani Florin CIUPRINA, Ilona PLEŞA (UPB-IE) L19. Analiza prin spectroscopie dielectrica a nanodielectricilor polari si nepolari Adrian MAGEARU (UPB-IE), Ioan COSTEA-MARCU (ICPE-ME) L20. Strategii de control pentru optimizarea fluxului de energie la un vehicul hibrid serie Mihail V. CISTELECAN şi colectiv (ICPE-ME) L21. Soluţii noi în realizarea de înfăşurări fracţionare trifazate cu armonice spaţiale reduse pentru maşini electrice cu magneţi permanenţi Dragoş Ovidiu KISCK, Membru IEEE, Dragos ANGHEL, Gabriel ŞORIGA (UPB) , Do Hyun KANG, Ji Won KIM, (Korea Electrotechnology Research Institute, Changwon, Coreea de Sud) L22 . Minimizarea riplului forţei de tracţiune în acţionările cu maşini cu flux transversal prin profilarea optimală a curentului Vasile RĂDULESCU, Ioan STRĂINESCU, (ICPE - SAERP) L23. Contributii ICPE SAERP la transportul urban din Bucuresti 16,15 – 18,00 (partea a treia) discuţii, comentarii, propuneri de colaborare

Ziua a doua (8 Octombrie), masă rotundă, cu scopul atragerii si formarii tinerilor absolventi. Tematica eficienţa energetică. 9,30 – 12,30 Discutii cu viitorii absolventi si absolventi ai facultatii de Inginerie Electrica pe tematica propusa. Vor participa cadre didactice din UPB- Inginerie Electrica si specialisti cercetatori din ICPE-ME, ICPE, ICPE-CA. SC ROFEP SA Urziceni vor prezenta mostre de stator presat din pulberi de fier sinterizat înlocuitor al statoarelor din tole de ferosiliciu.

SME 2010 INDEX ALFABETIC DE AUTORI Nume si prenume Afiliere Lucrare

ANGHEL Dragoş Universitatea POLITEHNICA L22 BĂDICU Laurenţiu Universitatea POLITEHNICA L17 BUŞOI Ştefan Universitatea POLITEHNICA L15 CĂTĂNESCU Laurenţiu ICPE-CA L5 CHIRIŢĂ Ionel ICPE-CA L5 CISTELECAN Mihail SC ICPE-ME S.A. L12, L21 CIUMBULEA Gloria Universitatea POLITEHNICA L4 CIUPRINA Florin Universitatea POLITEHNICA L19 COŞAN H. Bariş EGE University, Izmir, Turkey L21 COSTEA-MARCU Ioan SC ICPE-ME S.A. L20 COVRIG Mircea Universitatea POLITEHNICA L7 CRAIU Ovidiu Universitatea POLITEHNICA L11, L16 DOBRIN Ion ICPE-CA L14 DUMITRAN Laurenţiu Universitatea POLITEHNICA L15, L17 FERREIRA Fernando University of Coimbra, Portugal L21 FIREŢEANU Virgiliu Universitatea POLITEHNICA L12 GALAN Neculai Universitatea POLITEHNICA L4 GHEORGHE Cristina Universitatea POLITEHNICA L7 GHEORGHE Ştefan Universitatea POLITEHNICA L7, L11 GORGAN Bogdan Universitatea POLITEHNICA L17 HAGIU Ciprian Universitatea POLITEHNICA L11 IGNAT Mircea ICPE-CA L5

KANG Do Hyun Korea Electrotechnology Research. Institute, Changwoon L22

KIM Ji Won Korea Electrotechnology Research. Institute, Changwoon L22

KISCK Dragoş Universitatea POLITEHNICA L22 MACHEDON Alina Universitatea POLITEHNICA L8, L16 MAGEARU Adrian Universitatea POLITEHNICA L20 MARIAN Dobre Radu UMEB Bucureşti L10 MARIN Emanuel Universitatea POLITEHNICA L13 MELCESCU Leonard Universitatea POLITEHNICA L11, L21 MIHALACHE Marin Universitatea POLITEHNICA L9 MINCIUNESCU Paul SC ICPE S.A. L11 MODREANU Mircea SC ICPE S.A. L16 MOREGA Alexandru Universitatea POLITEHNICA L8, L14 MOREGA Mihaela Universitatea POLITEHNICA L8, L16 NEBI Onur Universitatea POLITEHNICA L12 NOŢINGHER Petru Universitatea POLITEHNICA L6, L15 NOŢINGHER V. Petru Universitatea POLITEHNICA L17 NOURAŞ Florica ICMET Craiova L8 PĂDURARU Nicolae ICMET Craiova L8 PANDIA Liliana Mioriţa UMEB Bucureşti L10 PÂRLOG-CRISTIAN Radu Universitatea POLITEHNICA L6 PÂSLARU-DÂNESCU Lucian ICPE-CA L8 PETER Ioan ELECTROPRECIZIE Săcele L3 PLEŞA Ilona Universitatea POLITEHNICA L19 POPA Adina Monica ICPE-ACTEL L2 POPA Marius ICPE-CA L5 POPESCU Cristian Liviu Electromobiltatea RENAULT L1 POPESCU Mihai Virgil UMEB Bucureşti L10 POPESCU Mihail SC ICPE-ME S.A. L12, L21 POTÂRNICHE Ion ICPE-ACTEL L2 RĂDULESCU Vasile ICPE - SAERP L23 ŞORIGA Gabriel Universitatea POLITEHNICA L22 STOICA Victor ICPE-CA L8 STRĂINESCU Ion ICPE - SAERP L23 TĂNĂSESCU Gabriel SC GESIN Research SRL L6, L15, L17 TUDORACHE Tiberiu Universitatea POLITEHNICA L13, L16 UNCUŢĂ Steliana Universitatea POLITEHNICA L7 VASILE Rodica CER L18

SIMPOZIONUL DE MAŞINI ELECTRICE SME’10, 7-8 Octombrie 2010

ESTIMAREA STARII ULEIULUI MINERAL PENTRU TRANSFORMATOARE IN FUNCTIE DE CONTINUTUL DE APA

Laurentiu BADICU1, Petru V. NOTINGHER1, Laurentiu DUMITRAN1, Bogdan GORGAN1

si Gabriel TANASESCU2

1Universitatea „Politehnica” Bucuresti, Splaiul Independentei, Nr. 313, Bucuresti 2Simtech International, Str. Berceni, Nr. 8, Bucuresti

lvbadicu@elmat.pub.ro

Rezumat. Datorita nivelurilor de incarcare din ce in ce mai ridicate ale transformatoarelor electrice de putere, cauzate in primul rand de cresterea consumului de energie, temperatura medie de functionare a acestor echipamente a inregistrat o crestere sensibila pana in apropierea valorii corespunzatoare clasei de izolatie. In lucrarea de fata se prezinta un studiu asupra evolutiei continutului de apa din uleiul mineral supus imbatranirii termice accelerate (la temperatura T = 155 °C) si se evidentiaza faptul ca determinarea continutului de apa din ulei nu reprezinta un factor de diagnostic suficient pentru estimarea starii acestuia. In final sunt analizate raspunsurile dielectrice in timp (curenti de absorbtie/resorbtie, conductivitate) si frecventa (componentele complexe ale conductivitatii) ale uleiului mineral cu continut ridicat de apa (rezultata in urma imbatranirii termice accelerate). 1. INTRODUCERE Functionarea in conditii bune a transformatoarelor de putere depinde de starile sistemelor acestora de izolatie. Din acest punct de vedere diagnosticarea on-line si off-line reprezinta un subiect de un interes deosebit de ridicat. Componentele principale ale sistemelor de izolatie ale transformatoarelor de putere sunt produsele pe baza de celuloza si uleiul mineral [1]. Cresterea nivelului de incarcare al transformatoarelor, conduce la functionarea acestora la temperaturi apropiate de valoarea corespunzatoare clasei de izolatie pentru hartie si uleiul mineral. La astfel de valori ale temperaturii sunt favorizate reactiile de degradare ale componentelor sistemelor de izolatie ale transformatoarelor de putere, fapt ce conduce la inrautatirea proprietatilor dielectrice ale acestora. Uleiurile minerale pentru transformatoare sunt amestecuri de hidrocarburi parafinice, naftenice si aromatice. Ca toate amestecurile organice, hidrocarburile sunt stabile doar la temperaturi joase. Daca acestea sunt incalzite un interval lung de timp, se descompun rezultand o serie de produsi de reactie printre care carbon si hidrogen. Prima reactie care apare, se produce datorita ruperii legaturilor (reactia de cracare) C–C (cu formarea unui alcan si a unei alchene) si dehidrogenarea:

CnH2n+2 → CnH2n + H2

Cm+nH2(m+n)+2 → CmH2m + CnH2n+2

De asemenea temperaturile ridicate favorizeaza reactiile de oxidare ale uleiului mineral. Reactia de oxidare a hidrocarburilor incepe cu formarea hidroperoxizilor din care rezulta atat oxizi cat si acizi si alti produsi secundari de reactie:

Initiere: RH+O2 → RO2Propagare: RO2• + RH →RO2H +R• R• + O2 → RO2• Terminare: RO2• + R.

Energia necesara pentru producerea initiala de radicali RO2• poate fi furnizata de caldura, de lumina sau de radiatii ionizante. In faza incipienta hidroperoxidul RO2H este sursa majora de initiere a reactiilor. Descompunerea hidroperoxizilor si interactiunea produsilor rezultati,

SIMPOZIONUL DE MAŞINI ELECTRICE SME’10, 7-8 Octombrie 2010

reprezinta cauza principala de aparitie a produsilor de oxidare; de asemenea reactiile de oxidare sunt accelerate de metalele cu care uleiul intra in contact. Datorita actiunii oxigenului, in ulei pot sa apara diferiti produsi care conduc la cresterea viscozitatii acestuia (o parte dintre acesti produsi se depun pe bobine ducand la retentia caldurii). Sub actiunea oxigenului si a caldurii, uleiul isi schimba culoarea, rigiditatea dielectrica si tensiunea interfaciala scad iar factorul de pierderi si indicele de aciditate cresc [2]. Viteza de oxidare, intensitatea fenomenului si produsii de degradare care apar, depind de compozitia chimica a uleiului, conditiile de oxidare (temperatura, presiune, suprafata de contact cu aerul etc.) etc. In practica, apa (care poate proveni din mediul inconjurator si/sau ca rezultat al degradarii hartiei si uleiului mineral) cauzeaza o drastica inrautatire a proprietatilor uleiului mineral [3]. Apa poate exista in transformatoare in trei stari [4]. Cea mai mare parte a apei existenta in ulei se gaseste sub forma de apa dizolvata. De asemenea, in ulei mai exista si apa strans legata de moleculele acestuia, in special in cazul uleiurilor uzate. Cand valoarea continutului de apa din ulei depaseste valoarea limita de saturatie, acolo va aparea apa libera la baza cuvei transformatorului (sau la baza conservatorului). Solubilitatea apei in ulei poate fi exprimata de o lege de tip Arrhenius de forma [4]:

TBAxs

w −=log , (1)

unde reprezinta solubilitatea maxima a apei in ulei masurata in [ppm], T – reprezinta temperatura in grade Kelvin, iar A si B reprezinta constante de material.

swx

In practica, evaluarea starii uleiului se poate face prin determinarea continutului de apa din ulei, analiza gazelor dizolvate, masurarea tensiunii interfaciale, masurarea factorul de pierderi etc. [5]. Scopul lucrarii este acela de a estima starea uleiului mineral pe baza metodei masurarii continutului de apa asociata cu metoda conductivitatii electrice, obtinandu-se astfel rezultate mult mai realiste. 2. CONDUCTIVITATEA ELECTRICA A LICHIDELOR Conductia electrica a unui lichid izolator se datoreaza miscarii ionilor pozitivi si negativi (aparuti datorita impuritatilor din lichid), moleculelor de lichid ionizate si electronilor liberi. De asemenea particulele solide aflate in suspensie pot participa la fenomenul de conductie intensificandu-l. Ionii apar ca rezultat al disocierii impuritatilor in lichid. Fenomenul de disociere a impuritatilor din lichid depinde atat de structura fizico-chimica a lichidului cat si de valoarea permitivitatii lichidului. Constanta de disociere Kd este data de ecuatia:

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡

−ε⋅−=

−+

−+

)(lnexp 00 rrkT

qqCKKr

d , (2)

unde K0 si C0 reprezinta doua constante de material, iar q+, q-, r+ si r- reprezinta sarcinile si razele ionilor formati [6]. Conform relatiei (2), disocierea impuritatilor este influentata atat de permitivitatea relativa a lichidului εr, cat si de temperatura lichidului T. Cresterea temperaturii favorizeaza procesul de disociere a impuritatilor, implicand cresterea concentratiei de purtatori de sarcina. Conductivitatea electrica σ a unui lichid care contine n specii de purtatori de sarcina se poate determina cu formula:

∑=

=n

iiii MqN

1

σ , (3)

SIMPOZIONUL DE MAŞINI ELECTRICE SME’10, 7-8 Octombrie 2010

unde , si reprezinta concentratia, sarcina, respectiv, mobilitatea purtatorilor de sarcina din specia i.

iN iq iM

Mobilitatea purtatorilor de sarcina se poate exprima cu relatia [7]: iM

TDKM ii

i⋅

= , (4)

unde reprezinta coeficientul de difuzie , si sunt constante care caracterizeaza purtatorii de sarcina din specia i si T reprezinta temperatura lichidului [8].

)/exp( TBAD iii −= iA iB iK

Daca se aplica o tensiune continua U0 intre doi electrozi imersati intr-un lichid, prin acesta se va stabili un curent de absorbtie (figura 1): )(tia

)()()()()( tititititi csspia +++= , (5)

unde reprezinta componenta de incarcare a condensatorului format, reprezinta

componenta de polarizare, reprezinta componenta aferenta sarcinii spatiale si reprezinta componenta de conductie (componenta de regim permanent) [9].

)(tii )(ti p

)(tiss )(tic

Daca la un moment de timp oarecare t = tc, condensatorul este scurtcircuitat se poate masura curentul de resorbtie : )(tir

)()()()( ' titititi ssdpdr ++= , (6)

unde reprezinta componenta de descarcare a condensatorului, reprezinta

componenta de depolarizare si reprezinta componenta aferenta sarcinii spatiale.

)(tid )(tidp

)(' tissDaca = , = si = , curentul de conductie devine: )(tii )(tid )(ti p )(tidp )(tiss )(' tiss )(tic

crac Itititi =−= )()()( (7)

si conductivitatea corespunzatoare regimului continuu 0σ , se poate calcula cu ajutorul ecuatiei:

Sd

UIc ⋅=σ

00 , (8)

unde d reprezinta distanta dintre electrozii celulei si S reprezinta suprafata electrozilor.

Fig. 1. Variatia in timp a curentilor de

absorbtie ia(t) si resorbtie ir(t).

De regula si , iar conductivitatea de cc se poate calcula cu relatia: ≠)(ti p )(tidp ≠)(tiss )(' tiss

SIMPOZIONUL DE MAŞINI ELECTRICE SME’10, 7-8 Octombrie 2010

Sd

Utiti

t racc ⋅

−=σ

0

)()()( (9)

si are doua componente:

)()( 0 tt vcc σ+σ=σ , (10)

unde reprezinta componenta invariabila in timp si 0σ )(tvσ reprezinta componenta variabila in timp a conductivitatii (care se anuleaza pentru intervale lungi de timp de masurare). Daca se aplica o tensiune variabila in timp la bornele unui condensator, )sin(2)( tUtU ω= se poate determina conductivitatea complexa corespunzatoare acesteia:

'0

"0

"'rjj r εωε+εωε=σ+σ=σ , (11)

"0

'rεωε=σ , (12)

'0

"rεωε=σ , (13)

unde , , si reprezinta partile reale si imaginare ale permitivitatii relative si

conductivitatii complexe, reprezinta pulsatia proprie a tensiunii aplicate si reprezinta permitivitatea vidului [10].

'σ "σ 'rε

"rε

ω 0ε

3. EXPERIMENTARI

Experimentarile s-au realizat pe esantioane de ulei mineral NYNAS nou, introduse in vase de sticla cu perna de azot. Aceste esantioane au fost imbatranite termic accelerat la temperatura T = 155 oC diferite intervale de timp τ (intre 0 si 750 ore). Inainte de a fi supuse procesului de imbatranire, esantioanele au fost conditionate la temperatura T = 90 oC timp de 48 ore. Dupa conditionare, continutul de apa corespunzator esantioanelor a scazut la valoarea de aproximativ 2,5 ppm. Pentru masurarea curentilor de absorbtie si resorbtie s-au utilizat un electrometru Keithley 6517 si o celula IRLAB [3]. Tensiunea aplicata esantioanelor a fost U0 = 300 V si timpul de masurare Tc = 3600 s. Pentru determinarea componentelor complexe ale permitivitatii si conductivitatii in curent alternativ s-a utilizat un spectrometru dielectric NOVOCONTROL [3]. Tensiunea aplicata a fost U = 1 V iar frecventa campului electric a luat valori cuprinse intre 1 mHz si 10 kHz. Continutul de apa al esantioanelor a fost masurat cu ajutorul metodei Karl Fischer folosind coulometrul KF 756 [10]. 4. REZULTATE. DISCUTII In figurile 2 si 3 se prezinta variatia in timp a curentilor de absorbtie si resorbtie pentru esantioane de ulei mineral nou NYNAS. Se poate observa ca, dupa 3600 s, curentul de absorbtie inca nu s-a stabilizat iar curentul de resorbtie nu atinge valoarea 0. In consecinta, conductivitatea calculata cu relatia (9) nu ajunge la valoarea constanta . Componenta variabila in timp a conductivitatii in curent continuu

)(tccσ 0σ

)(tvσ se poate determina cu relatia:

mv tat ⋅=σ )( , (14)

unde a si m depind de timp si de starea uleiului testat. In mod evident, pentru ∞→t se obtine si . Pentru esantioanele de ulei NYNAS nou s-au obtinut valorile

, si S/m. In figura 5 este prezentata variatia conductivitatii de

0)( =∞σv =σ )(tcc =∞σ )(cc 0σ11107 −⋅=a 3.0=m 14

0 105,2 −⋅=σ

SIMPOZIONUL DE MAŞINI ELECTRICE SME’10, 7-8 Octombrie 2010

curent continuu in functie de timpul de imbatranire τ, masurata dupa diferite momente de timp de la aplicarea tensiunii t

)(tccσ

1 = 60 s, t2 = 600 s, t3 = 3600 s. Conform figurilor 4 si 5 rezulta ca, valorile conductivitatii )(tccσ cresc odata cu timpul de imbatranire termica τ. Acest lucru se datoreaza in principal cresterii concentratiei de purtatori de sarcina in urma degradarii uleiului mineral. Figurile 6 si 7 prezinta curbele de variatie ale componentelor complexe ale conductivitatii (

si ) cu timpul de imbatranire τ si cu frecventa campului electric f aplicat. Se poate observa

ca, marimile si au valori ridicate la frecvente inalte (1 MHz), valori care scad pentru

frecvente joase (1 mHz) ale campului electric. Cresterea marimii odata cu timpul τ se

datoreaza cresterii concentratiei de purtatori de sarcina rezultati in urma procesului de imbatranire termica accelerata si in urma intensificarii fenomenului de disociere a moleculelor de impuritati din ulei. In figura 8 se prezinta evolutia continutului de apa din ulei pe toata durata de imbatranire termica, constatandu-se cresterea continua a acestuia. Temperatura ridicata conduce la ruperea legaturilor de carbon, si in acelasi timp, accelereaza reactiile de oxidare ceea ce determina formarea moleculelor de apa si, in consecinta cresterea continutului de apa din ulei.

'σ"σ

'σ "σ'σ

600 1200 1800 2400 3000 3600100

101

102

i a [pA

]

t [s] Fig. 2. Variatia in timp a curentului de absorbtie

pentru esantioane de ulei mineral nou (U0 = 300 V).

Fig. 3. Variatia in timp a curentului de resorbtie pentru esantioane de ulei mineral nou

(U0 = 300 V).

0 600 1200 1800 2400 3000 360010-3

10-2

10-1

100

101

102

4

3

2

1

t [s]

σ cc [p

S/m

]

100 200 300 400 500 600

0

3

6

9

12

15

18

σ cc [p

S/m

]

321

τ [ore] Fig. 4. Variatia conductivitatii in timp

pentru diferite durate de imbatranire τ 0 h (1), 150 h (2), 300 h (3), 600 h (4) (U

)(tccσ

0 = 300 V).

Fig. 5. Variatia conductivitatii cu durata de imbatranire τ, masurata la: 60 s (1), 600 s (2) si

3600 s (3) (U

)(tccσ

0 = 300 V).

SIMPOZIONUL DE MAŞINI ELECTRICE SME’10, 7-8 Octombrie 2010

100 200 300 400 500 600100

101

102

103

3

2

1

τ [ore]

σ' [p

S/m

]

100 200 300 400 500 600 700 800

10-2

100

102

104

106

1

2

3

τ [ore]

σ" [p

S/m

]

Fig. 6. Variatia partii reale a conductivitatii

complexe cu durata de imbatranire τ pentru: 1 mHz (1), 10 Hz (2) 1 kHz (3).

'σ

Fig. 7. Variatia partii imaginare a conductivitatii complexe cu durata de imbatranire τ pentru:

1 mHz (1), 10 Hz (2) si 1 kHz (3).

"σ

Cresterea continutului de apa din ulei nu ofera informatii suficiente pentru a estima starea uleiului unui transformator aflat in functiune, deoarece apa poate proveni din degradarea hartiei si/sau a uleiului si din mediul inconjurator. Acest aspect este evidentiat in figura 9 in care se prezinta variatia conductivitatii )(tccσ pentru doua sortimente de ulei cu acelasi continut de apa (10 ppm) si diferite grade de imbatranire termica: un sortiment de ulei MOL nou si un sortiment de ulei MOL imbatranit termic accelerat (T = 155 ºC, τ = 300 h). Se poate observa ca uleiul imbatranit prezinta valori mult mai ridicate ale conductivitatii (figura 9, curba 2) fata de uleiul nou (figura 9, curba 1) pentru acelasi continut de apa. Acest lucru se datoreaza concentratiei mari de purtatori de sarcina existente in cazul uleiului imbatranit.

)(tccσ

Pe de alta parte, variatia cu frecventa f a marimii se poate descrie cu relatia: 'σ

nfb ⋅+σ=σ '0

' , (15)

in care este componenta conductivitatii independenta de frecventa, f este frecventa campului electric, b si n sunt doua constante de material.

'0σ

0 100 200 300 400 500 6000

20

40

60

80

100

120

Con

tinut

de

apa

[ppm

]

τ [ore] 100 101 102 103

10-14

10-13

10-12

10-11

1x10-10

1x10-9

1

2

t [s]

σ cc [S

/m]

Fig. 8. Variatia continutului de apa cu timpul de

imbatranire τ

Fig. 9. Variatia conductivitatii in timp pentru ulei MOL: nou (1), imbatranit termic (2)

(T = 155 ºC, τ = 300 h).

)(tccσ

SIMPOZIONUL DE MAŞINI ELECTRICE SME’10, 7-8 Octombrie 2010

10-3 10-1 101 103 10510-11

1x10-10

1x10-9

1x10-8

3

2

1

σ' [S

/m]

f [Hz] Fig. 10. Variatia cu frecventa f a conductivitatii cc (1), respectiv a partii reale a

conductivitatii complexe , masurata (2) si calculata (3). 'σ Luand in considerare valorile marimii pentru diferite frecvente de masurare f, s-au determinat , parametrii b si n, si s-au trasat curbele pentru diferite tipuri de ulei

(figura 10). Se poate spune ca valorile conductivitatii sunt foarte apropiate de valorile calculate pe baza masuratorilor in curent continuu.

'σ'0σ )(' fσ

'0σ

4. CONCLUZII In aceasta lucrare s-a realizat un studiu cu privire la influenta continutului de apa asupra uleiului mineral folosit la transformatoarele de putere. Valoarea continutului de apa din ulei creste odata cu durata solicitarii termice, ceea ce inseamna ca uleiul s-a degradat. Pe de alta parte, atat conductivitatea de curent continuu cat si componentele conductivitatii complexe cresc odata cu cresterea duratei solicitarii termice, confirmand degradarea uleiului. Masurand valorile partii reale a conductivitatii complexe, se pot determina valorile conductivitatii cc . )(0 tσ

Rezultatele arata faptul ca determinarea concentratiei de apa din transformatoare este o conditie necesara, dar nu suficienta pentru estimarea starii lor. Utilizand metoda continutului de apa impreuna cu metoda conductivitatii electrice se poate estima intr-un mod mult mai realist starea uleiului mineral folosit in sistemele de izolatie ale transformatoarelor de putere. MULTUMIRI Rezultatele prezentate in acesta lucrare au fost obtinute in cadrul Programului Operational Sectorial – Dezvoltarea Resurselor Umane 2007-2013, Contract nr. POSDRU/88/1.5/S/60203, POSDRU 89/1.5/S/ 62557, POSDRU 5159 si MIDMIT 22080/2008. BIBLIOGRAFIE [1] H.P. Moser, V. Dahinden: “Transformerboard”, Graz, Switzerland, Second Edition, Printing

Styrian, 1999. [2] T.O. Rouse: “Mineral insulationg oil in transformers”, IEEE Electrical Insulation Magazine, vol.

14, no. 4, pp. 5–16, 1998. [3] P.V. Notingher, L.V. Badicu, L.M. Dumitran, G. Tanasescu, D. Popa: “Influence of temperature

and water content on dielectric properties of mineral oil”, Sc. Bull. of “POLITEHNICA” Univ. of Timisoara, vol. 54(68), pp. 361–368, 2009.

SIMPOZIONUL DE MAŞINI ELECTRICE SME’10, 7-8 Octombrie 2010

[4] Y. Du, M. Zahn, B.C. Lesieutre, A.V. Mamishev and S.R. Lindgren: „Moisture equilibrium in transformer paper-oil systems”, IEEE Electrical Insulation Magazine, vol. 15, no. 1, pp. 11–20, 1999.

[5] X. Zhang, E. Gockenbach: “Asset-management of transformers based on condition monitoring and standard diagnosis”, IEEE Electrical Insulation Magazine, vol. 24, no. 4, pp. 26–40, 2008.

[6] P.V. Notingher: Sisteme de Izolatie, Bucuresti, Romania, Pintech, 2002. [7] B. Abedian and K.N. Baker: “Temperature effects an the electrical conductivity of dielectric

liquids” IEEE Trans on Diel. and Electrical Insulation, vol. 15, no. 3, pp. 888–892, 2008. [8] N.F. Schmidt: Liquid State Electronics of Insulating L quids, New York, USA, CRC Press, 1997. i[9] P.V. Notingher, C. Stancu, L.M. Dumitran, P.P. Notingher, A. Rakowska, K. Siodla: “Influence of

the ageing state of insulation systems on absorption/resorption currents”, Revue Roumaine des Science Techniques, Serie Electrotehnique et Energetique, vol. 53, no. 2, pp. 163–177, 2008.

[10]L.V. Badicu, P.V. Notingher, L.M. Dumitran, G. Tanasescu, D. Popa: “Measuring of the dielectric properties of mineral oil”, Proceedings of 5th International Conference Metrology & Measurement Systems, Printed by Noua, Bucharest, pp. 284–289, 2009.