Online Transformer Drying Solution

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The MAIN JOURNAL for POWER GRID SPECIALISTS in RUSSIA

3 - 6   J U N E   2 0 1 9

MADRID, SPAIN


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EQU

I

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N

T

Online
Transformer Drying Solution

Effect on safety

As  shown  on  the  graph  besides, 
the higher the relative water satura-
tion, the lower the breakdown volt-
age  (BDV)  of  the  oil.  As  water  mi-

grates between the solid and liquid insulation in 
a transformer with changes in load and, there-
fore,  temperature,  so  does  the  relative  water 
saturation in oil. Peaks of relative saturation are 
usually  observed  during  transformer  changes 
of  state  (high  to  low  temperature  or  opposite). 
Moisture reduction is therefore a key eff ort to be 
made  to  increase  safety,  especially  for  Trans-
former with short and frequent load changes

Effect on 

transformer 

life expectancy

The  insulation  paper  mechanical  strength  is  de-
fi ned by the degree of polimerisation, also called 
DP,  which  represents  the  average  length  of  cel-
lulose chains in the paper. A new transformer typi-
cally has a DP between 1200 and 1000 while the 
end of transformer life is considered when the DP 
reaches 200. This degradation cannot be stopped 
but its speed will depend on the water content in 
paper (see picture on the left).

In CIGRE brochure D1.01.10 (2007) "Fallou 

showed that the rate of degradation of the paper 
at initial value of 4% water content was 20 times 
greater than that at 0.5% water content."

Moisture  is  having  a  huge  eff ect  on  the 

speed of paper degradation and therefore on its 
life expectancy.

THE ISSUE: Moisture is threatening the transformer

Moisture is one of the major cause of failures for power 
transformers and one of the main degradation factor for 
the insulation paper. It is therefore increasing the risks 
of operation failures and shortening the life expectancy 
of the asset.

Unfortunately,  moisture  can  appear  in  a  transform-

er  from  several  external  or  internal  sources  and  it  has 
a complex dynamic between the oil and paper inside the 
transformer.

The  use  of  silica  gel  breathers,  sealed  tanks,  or 

nitrogen blankets allows engineers to avoid ingress 
of  all  or  at  least  the  most  part  of  moisture  from  the 
atmosphere  to  the  transformer.  However,  when  the 
transformer is energized, the production of water in-
side the power transformer is a natural and inevitable 
occurrence over time due to the depolymerization of 
the cellulose paper.

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100 110

Br

eak

d

own v

o

lt

ag

e (kV

/2.5 mm)

% Relave saturaon (%RS)

Fig. 1. Dependency between breakdown voltage and water 

content in insulating liquid*

1

10

100

1000

0

1

2

3

4

R

e

la

v

e polymeriz

a

on speed

Moisture content of insulaon paper (%)

80˚C

100C

120C

Fig. 2. Cellulose depolymerisation speed dependence on mois-

ture content in insulation paper for di

 erent temperatures**

* CIGRE Moisture measurement and assessment in transformer 
insulation – evaluation of chemical methods and moisture capacitive 
sensors, page 10
** CIGRE Moisture measurement and assessment in transformer 
insulation – evaluation of chemical methods and moisture capacitive 
sensors, page 14


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THE SOLUTION: Maintaining a dry transformer 

by continuous 

fi

 ltration

Maintaining a low level of moisture in a transformer pro-
vides signifi cant benefi ts in terms of operations and risk 
as it maintains a constant high insulation level. There-
fore it is possible to load the transformer at a higher level 
and to make this load vary without risking to damage the 
transformer.

Also it has consequent fi nancial benefi ts since it elon-

gates  the  life  of  the  asset  by  slowing  down  the  paper 
degradation. This degradation creates particles or even 
sludges. Finally moisture is also responsible for creation 
of acids in the oil. Hence keeping a low level of moisture 
will reduce the maintenance costs.

Oil filtration

LFH or similar method

Online drying system

Solution type

Punctual

Punctual

Continuous

Transformer live 
during process

Up to user risk assessment  

(oil fl ow >500 l per hour)

NO

YES

Dries oil

YES

YES

YES

Dries paper

NO

YES

YES

Improves Breakdown 
voltage

Temporarily (months)

YES

YES

Extend life 
expectancy

NO

YES

YES

Dissolved Gasses 
level maintained

YES

NO

YES

Operator free process

NO

NO

YES

Only continuous 

fi

 ltration is ef

fi

 cient 

to remove moisture from a transformer

As moisture is creat-
ed continuously and 

as it is one of the major concern for 
the  transformer  safety  and  life  ex-
pectancy, it seems counter intuitive 
to apply a punctual solution for this 
continuous problem.

Also it is important to note that 

more  than  98%  of  the  water  in 
a transformer is in the paper while 
a  very  low  amount  is  dissolved  in 
oil. The diff usion time of water from 
paper to oil is very slow. This is why 
punctual fi ltrations do not solve the 
moisture issue.

200

35

60

1200

DP

Years

Life 

expectancy 

gain

No 

water 

extracon

Connuous 

water 

extracon

Fig. 3. Bene

fi

 t of continuous online drying system

FIELD RESULTS: Installations of TRANSEC 

Online Drying System in Saudi Arabia

Since more than 15 years, the TRANSEC Online Drying System technology has been installed on almost 
3000 transformers worldwide. We’ll detail in the paragraphs below an installation showing the effi  ciency 
of this solution.

24th World Energy Congress 

Special  issue,  September  2019


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Installation on a transformer

for the Oil & Gas industry in Saudi Arabia

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Moi

sture PPM

Temp

eratu

re °C

Temp In

Temp out

PPM In

PPM Out

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% Moist Paper

Visit our website: www.streamer-electric.com

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A  TRANSEC  unit  has  been  installed  in  No-
vember  2017  on  40  MVA  General  Electric 
3 phases transformer in the Dammam region, 
Saudi Arabia.

This  115kV/13.2kV  transformer  from  the 

1970s  was  always  used  at  a  relatively  low 
load  which  explained  that  moisture  level  in 
oil  never  reached  an  alarming  level.  But  the 
level of moisture raised very rapidly in 2015-
2016 when a leakage appeared in the gasket. 
In February 2016, the PPM of moisture in oil 
reached  54  mg/kg;  the  relative  humidity  in 
oil  was  45%;  the  estimated  water  content  in 
the  paper  was  7%  and  the  breakdown  volt-
age dropped to 22 kV. At this point the trans-
former  was  immediately  stopped  and  a  leak 
search had been initiated.

Once  the  leak  had  been  found  and  re-

paired, the increase of moisture in the trans-
former stopped but an enormous amount was 
already  in  the  oil  and  paper  and  had  to  be 
removed in order to operate the transformer 
safely.

Using  an  offline  solution  like  Low  Fre-

quency  Heating  was  out  of  question  due  to 
the risk of paper shrinkage during the remov-
al of such a large volume of water. As a result 
the end user decided to use an online drying 
device.

Once  installed  (Figure  1),  the  TRANSEC 

started  removing  moisture  from  the  oil  im-
mediately. It provided a positive effect on the 
breakdown  voltage  value.  In  a  second  step 
water  started  to  get  extracted  from  the  pa-
per as the oil got dried out after a few weeks. 
Over the 1st year you can see on the 2 graphs 
below the PPM inflow and the water content 
dropping.  Within  that  year  the  water  content 
in  paper  went  from  5%  to  about  3%  (much 
more acceptable level).

We  can  also  see  that  during  the  second 

year  of  operation  the  PPM  values  of  inflow 
and  outflow  were  almost  matching  which  is 
the  sign  of  water  saturation  in  the  Transec 
unit.  This  is  confirmed  by  the  water  content 
increasing again to 4% at the end of the sec-
ond  year.  The  saturated  TRANSEC  extrac-
tion  cylinders  have  been  then  replaced  by 
new ones in order to restart the filtering pro-
cess.  They  had  extracted  about  12  litres  of 
water from that transformer.

To  conclude,  the  TRANSEC  device 

brought the moisture level of this transformer 
back  to  an  acceptable  level  within  one  year 
and still continues the extraction of moisture. 
Breakdown voltage came back to a safe level 
and the remaining life expectancy of the as-
set was multiplied by 2.  

Р


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THE ISSUE: Moisture is threatening the transformer. Moisture is one of the major cause of failures for power transformers and one of the main degradation factor for the insulation paper. It is therefore increasing the risks of operation failures and shortening the life expectancy of the asset.

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