Esteriöljyjen tekninen soveltuvuus kantaverkon suurjännitemuuntajiin
Mikkola, Laura (2018)
Mikkola, Laura
2018
Sähkötekniikka
Tieto- ja sähkötekniikan tiedekunta - Faculty of Computing and Electrical Engineering
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2018-01-10
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201712212480
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201712212480
Tiivistelmä
Kantaverkon suurjännitemuuntajissa käytetään eriste- ja jäähdytysaineena perinteisesti mineraaliöljyä. Jos mineraaliöljyä joutuu maahan öljyvuodon seurauksena, se pysyy maaperässä ja on sille haitallista. Mineraaliöljy on palava neste, jonka palamistuotteet ovat myrkyllisiä. Muuntajapalon todennäköisyys on pieni, mutta palosta aiheutuvat kustannukset ovat suuret. Muuntajapalo voi aiheuttaa vahinkoa myös ympäristölle ja ihmisille.
Luonnolliset ja synteettiset esterit ovat muuntajan palo- ja ympäristöriskejä pienentäviä vaihtoehtoja mineraaliöljyille. Esterien leimahduspiste on niin korkea, että esterimuuntajan paloriski on käytännössä olematon. Esterit ovat myös myrkyttömiä ja nopeasti biohajoavia. Suomen ilmasto-olosuhteet tuovat kuitenkin esterien muuntajakäyttöön haasteen niiden korkean viskositeetin vuoksi. Kantaverkon muuntajat sijaitsevat ulkona, missä lämpötila voi talvella pudota hyvin alas, jolloin esterien viskositeetti kasvaa ja öljyn kierto muuntajan jäähdytysjärjestelmässä hidastuu. Muuntajan käyttölämpötilat ovat häviölämmöstä johtuen niin korkeat, että käytännössä viskositeetti muodostuu ongelmaksi vain, kun muuntaja käynnistetään pitkän käyttökeskeytyksen jälkeen. Öljyn kierron hidastuminen voi johtaa muuntajan ylikuumenemiseen ja muuntajalaatikon sisäisen paineen kasvuun.
Tämän diplomityön tavoitteena oli selvittää, onko kantaverkon vaatimuksiin sopivan esterieristeinen suurjännitemuuntajan tekninen toteutus mahdollista. Työssä kerättiin tietoa esteriöljyistä ja esterimuuntajien toiminnasta julkaistujen tutkimustulosten sekä asiantuntijahaastatteluiden avulla. Työssä selvitettiin, poikkeaako esterimuuntajan rakenne perinteisestä muuntajasta ja ovatko samat materiaalit ja lisälaitteet käyttökelpoisia. Työssä selvitettiin myös, aiheutuuko esterien alhaisesta viskositeetista merkittäviä ongelmia ja miten ne voidaan ratkaista kylmäkäynnistystilanteessa.
Työn tuloksena saatiin kerättyä tietoa esteriöljyjen ominaisuuksista ja niiden käyttäytymisestä muuntajan eristysnesteenä. Esteriöljyillä on mineraaliöljyjä heikommat sähköiset ominaisuudet. Huonompi sähkölujuus ei kuitenkaan ole ongelma, jos se otetaan huomioon muuntajan rakenteen suunnittelussa. Esterimuuntajan kunnossapito voidaan toteuttaa pääasiassa samoin kuin perinteisen muuntajan. Työssä selvisi myös, että kylmäkäynnistys alhaisissa lämpötiloissa on mahdollista muuntajaan liitettyjen pumppujen tai lämmityslaitteiden avustuksella. Kylmäkäynnistyksestä ei kuitenkaan ole julkaistuja tutkimustuloksia kantaverkkoon mahdollisesti hankittavan muuntajan kokoluokassa, joten aihe vaatii jatkotutkimuksia ennen muuntajan tilausta. Työssä kerätyn aineiston perusteella esterimuuntajan hankkimista kantaverkkoon voidaan pitää mahdollisena.
Luonnolliset ja synteettiset esterit ovat muuntajan palo- ja ympäristöriskejä pienentäviä vaihtoehtoja mineraaliöljyille. Esterien leimahduspiste on niin korkea, että esterimuuntajan paloriski on käytännössä olematon. Esterit ovat myös myrkyttömiä ja nopeasti biohajoavia. Suomen ilmasto-olosuhteet tuovat kuitenkin esterien muuntajakäyttöön haasteen niiden korkean viskositeetin vuoksi. Kantaverkon muuntajat sijaitsevat ulkona, missä lämpötila voi talvella pudota hyvin alas, jolloin esterien viskositeetti kasvaa ja öljyn kierto muuntajan jäähdytysjärjestelmässä hidastuu. Muuntajan käyttölämpötilat ovat häviölämmöstä johtuen niin korkeat, että käytännössä viskositeetti muodostuu ongelmaksi vain, kun muuntaja käynnistetään pitkän käyttökeskeytyksen jälkeen. Öljyn kierron hidastuminen voi johtaa muuntajan ylikuumenemiseen ja muuntajalaatikon sisäisen paineen kasvuun.
Tämän diplomityön tavoitteena oli selvittää, onko kantaverkon vaatimuksiin sopivan esterieristeinen suurjännitemuuntajan tekninen toteutus mahdollista. Työssä kerättiin tietoa esteriöljyistä ja esterimuuntajien toiminnasta julkaistujen tutkimustulosten sekä asiantuntijahaastatteluiden avulla. Työssä selvitettiin, poikkeaako esterimuuntajan rakenne perinteisestä muuntajasta ja ovatko samat materiaalit ja lisälaitteet käyttökelpoisia. Työssä selvitettiin myös, aiheutuuko esterien alhaisesta viskositeetista merkittäviä ongelmia ja miten ne voidaan ratkaista kylmäkäynnistystilanteessa.
Työn tuloksena saatiin kerättyä tietoa esteriöljyjen ominaisuuksista ja niiden käyttäytymisestä muuntajan eristysnesteenä. Esteriöljyillä on mineraaliöljyjä heikommat sähköiset ominaisuudet. Huonompi sähkölujuus ei kuitenkaan ole ongelma, jos se otetaan huomioon muuntajan rakenteen suunnittelussa. Esterimuuntajan kunnossapito voidaan toteuttaa pääasiassa samoin kuin perinteisen muuntajan. Työssä selvisi myös, että kylmäkäynnistys alhaisissa lämpötiloissa on mahdollista muuntajaan liitettyjen pumppujen tai lämmityslaitteiden avustuksella. Kylmäkäynnistyksestä ei kuitenkaan ole julkaistuja tutkimustuloksia kantaverkkoon mahdollisesti hankittavan muuntajan kokoluokassa, joten aihe vaatii jatkotutkimuksia ennen muuntajan tilausta. Työssä kerätyn aineiston perusteella esterimuuntajan hankkimista kantaverkkoon voidaan pitää mahdollisena.