Transformatorolie-analyse — doorslagspanning (BDV), gasanalyse (DGA) en onderhoudsgrenzen (IEC 60422)

De gids over het Buchholzrelais bij oliegevulde transformatoren noemt gasanalyse (DGA) kort als vervolgonderzoek nadat een Buchholzrelais heeft gealarmeerd op een gasophoping. Olieonderzoek is echter een veel bredere, periodieke onderhoudsdiscipline op zich, die niet wacht op een relaisalarm maar juist bedoeld is om een beginnende degradatie of fout in een vroeg stadium te signaleren. Deze gids behandelt de drie belangrijkste onderdelen: de doorslagspanningstest (BDV), de gasanalyse (DGA) en de onderhoudsgrenzen voor olie-eigenschappen.

Doorslagspanning (BDV) volgens IEC 60156

De doorslagspanningstest (breakdown voltage, BDV) meet de spanning waarbij een elektrische doorslag optreedt tussen twee elektroden met een gestandaardiseerde tussenafstand, onder gestandaardiseerde omstandigheden, in een oliemonster. IEC 60156 beschrijft de testopstelling en -procedure (elektrodevorm, elektrodeafstand, opwarmsnelheid van de aangelegde spanning, aantal herhalingen en de wijze van middeling van de resultaten).

De doorslagspanning is in essentie een maat voor de aanwezigheid van vocht, deeltjes en vezels in de olie: een olie die vrij is van deze verontreinigingen heeft een aanzienlijk hogere doorslagspanning dan een verontreinigde olie, ook al is de chemische samenstelling van de olie zelf verder ongewijzigd. Een lage BDV-waarde wijst dus primair op een noodzaak tot filtreren, drogen of ontgassen van de olie, en pas in tweede instantie op een probleem met de olie zelf.

Let op: BDV is gevoelig voor bemonsteringsfouten. Een monster dat tijdens het nemen ervan vocht of lucht heeft opgenomen (bijvoorbeeld door een niet goed drooggemaakte monsterfles, of door bemonstering bij regenachtig weer zonder afdoende afscherming), geeft een onterecht lage BDV-waarde die niet de werkelijke toestand van de olie in de transformator weerspiegelt.

Gasanalyse (DGA) volgens IEC 60599: Duval-driehoek en Rogers-verhoudingen

Bij thermische of elektrische fouten in een oliegevulde transformator ontstaan specifieke gassen die oplossen in de olie: onder andere waterstof (H2), methaan (CH4), ethaan (C2H6), etheen (C2H4), acetyleen (C2H2), koolmonoxide (CO) en kooldioxide (CO2). De Dissolved Gas Analysis (DGA) meet de concentratie van elk van deze gassen, en de verhoudingen tussen de concentraties geven een indicatie van het type en de ernst van een eventuele fout. IEC 60599 beschrijft de interpretatiemethoden, waarvan de twee bekendste zijn:

• De Rogers-verhoudingsmethode, die drie verhoudingen tussen specifieke gasparen berekent (bijvoorbeeld CH4/H2, C2H4/C2H6, C2H2/C2H4) en deze combinatie van verhoudingen koppelt aan een fouttype: een lokale oververhitting van lage temperatuur, een hogetemperatuur-oververhitting, een partiële ontlading, of een boogontlading (elektrische fout met hoge energie).
• De Duval-driehoek, een grafische methode die de relatieve aandelen van methaan, etheen en acetyleen uitzet in een driehoeksdiagram, waarbij verschillende zones overeenkomen met verschillende fouttypen. De Duval-driehoek wordt in de praktijk vaak als aanvullend of alternatief hulpmiddel naast de Rogers- verhoudingen gebruikt, omdat hij minder gevoelig is voor grensgevallen waarin de Rogers-methode geen eenduidige indeling oplevert.

Beide methoden zijn bedoeld om, op basis van een enkele olieanalyse, onderscheid te maken tussen een normale, langzame veroudering van de olie (waarbij lage concentraties van vooral koolmonoxide en kooldioxide ontstaan door normale cellulose-veroudering van de vaste isolatie) en een actief ontwikkelende fout die verder onderzoek of ingrijpen vereist.

Trendanalyse: de ontwikkeling in de tijd is belangrijker dan een losse meting

Een enkele DGA-meting met concentraties onder de gebruikelijke alarmniveaus zegt weinig over of er sprake is van een actief ontwikkelende fout. Belangrijker dan het absolute niveau van elk gas is de trend: een geleidelijke, gestaag toenemende concentratie van een specifiek gas (of gassenpaar) tussen opeenvolgende metingen wijst op een actief proces, terwijl een stabiel niveau over meerdere metingen eerder duidt op een reeds afgeronde, historische gebeurtenis of op normale, langzame veroudering. Om deze reden wordt DGA doorgaans periodiek uitgevoerd (bijvoorbeeld jaarlijks voor grotere vermogenstransformatoren, vaker voor kritieke eenheden), zodat een trendlijn kan worden opgebouwd in plaats van te vertrouwen op een eenmalige momentopname.

Onderhoudsgrenzen voor olie-eigenschappen volgens IEC 60422

Naast BDV en DGA worden bij een periodieke olie-analyse doorgaans ook andere eigenschappen gemeten: het vochtgehalte, het zuurgetal (neutralisatiegetal, een maat voor oxidatieproducten), de doorslagfactor (dissipation factor / tan δ, een maat voor diëlektrische verliezen), en de grensvlakspanning (interfacial tension, een maat voor de aanwezigheid van polaire oxidatieproducten). IEC 60422 geeft richtwaarden en onderhoudsgrenzen voor elk van deze eigenschappen, afhankelijk van de spanningsklasse van de transformator en van de functie van de betreffende olie (nieuwe olie, olie in bedrijf). Wanneer een gemeten waarde een grens uit IEC 60422 overschrijdt, geeft dit aanleiding tot een specifieke onderhoudsactie: filtreren en drogen bij een te hoog vochtgehalte, regeneratie of vervanging bij een te hoog zuurgetal, enz.

Praktische relevantie

Voor vermogenstransformatoren die onder een periodiek onderhoudsprogramma vallen (zoals ook behandeld in de gids over het Buchholzrelais en in de gids over de olie-/wikkeltemperatuurindicator (OTI/WTI)) levert een gecombineerde olieanalyse (BDV + DGA + IEC 60422- eigenschappen) een veel completer beeld van de conditie van de transformator op dan elk van deze tests afzonderlijk. Een lage BDV met normale DGA-waarden wijst op een behandelbaar vochtprobleem; een normale BDV met stijgende acetyleenconcentratie wijst juist op een ontwikkelende elektrische fout die BDV alleen niet zou hebben gesignaleerd.

Veelgemaakte fouten

1. Vertrouwen op een enkele DGA-meting zonder trendanalyse — een momentopname onder de alarmniveaus sluit een actief ontwikkelende fout niet uit als de trend niet wordt gevolgd.
2. BDV interpreteren als een directe maat voor de chemische kwaliteit van de olie, terwijl een lage BDV-waarde in de praktijk vaak eerst wijst op vocht- of deeltjesverontreiniging, en pas na filtratie een eventuele onderliggende chemische verslechtering zichtbaar wordt.
3. Bemonsteringsfouten niet onderkennen als mogelijke oorzaak van een afwijkende BDV-waarde, met een onnodig oliebehandelingsadvies of een gemiste werkelijke fout als gevolg.
4. Alleen de Rogers-verhoudingsmethode of alleen de Duval-driehoek toepassen zonder de andere methode ter controle te gebruiken bij grensgevallen waarin één methode geen eenduidige uitkomst geeft.

Gerelateerd

• Buchholzrelais (gasrelais) bij oliegevulde transformatoren
• Olie-/wikkeltemperatuurindicator (OTI/WTI) van een vermogenstransformator
• Comparative Tracking Index (CTI) en vervuilingsgraad van isolatiemateriaal