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

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

PME

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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10

20

30

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50

60

70

80

0

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90

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

10

20

30

40

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 

 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 >500l 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 

 ltration is ef

 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 are do not solve 

the moisture issue.

200

35

60

1200

DP

Years

Life 

expectancy 

gain

No 

water 

extracƟon

ConƟnuous 

water 

extracƟon

Fig. 3. Bene

 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.

The 25th CIRED Session 
Special issue, June 2019


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Installation on a transformer

for the Oil & Gas industry in Saudi Arabia

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5

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Moi

sture PPM

Temp

eratu

re °C

Temp In

Temp out

PPM In

PPM Out

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1

2

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5

6

% Moist Paper

Visit our website: www.streamer-electric.com

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T

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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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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