Mineral oil-filled electrical equipment - Application of dissolved gas analysis (DGA) to factory tests on electrical equipment

Specifies oil-sampling procedures, analysis requirements and procedures, and recommends sensitivity, repeatability and accuracy criteria for the application of dissolved gas analysis (DGA) to factory testing of new power transformers, reactors and instrument transformers filled with mineral insulating oil when DGA testing has been specified. The most effective and useful application of DGA techniques to factory testing is during the performance of long-term tests, typically temperature-rise (heat run) and overloading tests on power transformers and reactors, also impulse tests on instrument transformers. DGA may also be valuable for over-excitation tests run over an extended period of time. Experience with DGA results, before and after short-time dielectric tests, indicates that DGA is normally less sensitive than electrical and acoustic methods for detecting partial discharges. However, DGA will indicate when these partial discharges become harmful to the insulation and may be detected by inspection [2]. This edition includes the following significant technical changes with respect to the previous edition: a) the specific procedures used during factory tests (sampling location, sampling frequency, gas extraction and chromatographic analysis in the laboratory) are described in more detail; b) information is provided in Annex A concerning the residual gas contents recommended before thermal tests on power transformers, typical gas values observed during the tests and cases where gas formation during the tests was followed by problems in the transformers; c) typical values observed during chopped lightning-impulse tests on instrument transformers are indicated in Annex B.

Matériels électriques imprégnés d'huile minérale - Application de l'analyse des gaz dissous (AGD) lors d'essais en usine de matériels électriques

Spécifie les modes opératoires d'échantillonnage des huiles, les exigences analytiques et les procédures, et recommande les critères de sensibilité, de répétabilité et de précision pour l'application de l'analyse des gaz dissous (AGD) aux essais en usine des transformateurs de puissance neufs, des bobines d'inductance et des transformateurs de mesure, dans le cas où le cahier des charges prévoit des essais d'analyse des gaz dissous (AGD). L'application des techniques d'AGD la plus utile et la plus efficace, au cours des essais en usine, est celle pratiquée pendant les essais de fonctionnement de longue durée, particulièrement les essais de surcharge et d'échauffement des transformateurs de puissance et des bobines d'inductance, ainsi que les essais au choc de foudre sur les transformateurs de mesure. L'analyse des gaz dissous peut être aussi valable pour les essais de surexcitation effectués pendant une période de temps prolongée. L'expérience acquise avec les résultats de l'AGD, avant et après les essais diélectriques de courte durée, montre que, l'analyse des gaz dissous, est moins sensible que les méthodes électriques et acoustiques pour la détection des décharges partielles. Cependant, l'AGD indiquera quand ces décharges deviennent dangereuses pour l'isolation et peuvent être détectées par inspection [2]. Cette édition inclut les modifications techniques majeures suivantes par rapport à l'édition précédente: a) les procédures spécifiques utilisées pendant les essais en usine (points et fréquence d'échantillonnage, extraction des gaz et analyse chromatographique en laboratoire) sont décrites avec plus de détails; b) l'Annexe A fournit des informations sur les teneurs en gaz résiduelles qui sont recommandées avant les essais thermiques sur les transformateurs de puissance, sur les valeurs typiques de gaz observées pendant les essais, et sur les cas où la formation de gaz pendant les essais a été suivie de problèmes dans les transformateurs; c) l'Annexe B indique les valeurs typiques observées pendant les essais en choc de foudre coupé sur les transformateurs de mesure.

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22-Feb-2007
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PPUB - Publication issued
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23-Feb-2007
Completion Date
23-Feb-2007
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IEC 61181:2007 - Mineral oil-filled electrical equipment - Application of dissolved gas analysis (DGA) to factory tests on electrical equipment
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NORME CEI
INTERNATIONALE
IEC
61181
INTERNATIONAL
Deuxième édition
STANDARD
Second edition
2007-02
Matériels électriques imprégnés d’huile minérale –
Application de l’analyse des gaz dissous (AGD)
lors d’essais en usine de matériels électriques
Mineral oil-filled electrical equipment –
Application of dissolved gas analysis (DGA)
to factory tests on electrical equipment
Numéro de référence
Reference number
CEI/IEC 61181:2007
---------------------- Page: 1 ----------------------
Numérotation des publications Publication numbering

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base incorporant les amendements 1 et 2. and 2.
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constamment revu par la CEI afin qu'il reflète l'état under constant review by the IEC, thus ensuring that

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cette publication, y compris sa validité, sont dispo- relating to this publication, including its validity, is

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(voir ci-dessous) en plus des nouvelles éditions, (see below) in addition to new editions, amendments

amendements et corrigenda. Des informations sur les and corrigenda. Information on the subjects under

sujets à l’étude et l’avancement des travaux entrepris consideration and work in progress undertaken by the

par le comité d’études qui a élaboré cette publication, technical committee which has prepared this

ainsi que la liste des publications parues, sont publication, as well as the list of publications issued,

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• Site web de la CEI (www.iec.ch) • IEC Web Site (www.iec.ch)
• Catalogue des publications de la CEI • Catalogue of IEC publications

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(www.iec.ch/searchpub) vous permet de faire des (www.iec.ch/searchpub) enables you to search by a

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comprenant des recherches textuelles, par comité technical committees and date of publication. On-

d’études ou date de publication. Des informations en line information is also available on recently

ligne sont également disponibles sur les nouvelles issued publications, withdrawn and replaced

publications, les publications remplacées ou retirées, publications, as well as corrigenda.

ainsi que sur les corrigenda.
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NORME CEI
INTERNATIONALE
IEC
61181
INTERNATIONAL
Deuxième édition
STANDARD
Second edition
2007-02
Matériels électriques imprégnés d’huile minérale –
Application de l’analyse des gaz dissous (AGD)
lors d’essais en usine de matériels électriques
Mineral oil-filled electrical equipment –
Application of dissolved gas analysis (DGA)
to factory tests on electrical equipment
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CODE PRIX
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Commission Electrotechnique Internationale
International Electrotechnical Commission
МеждународнаяЭлектротехническаяКомиссия
Pour prix, voir catalogue en vigueur
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---------------------- Page: 3 ----------------------
– 2 – 61181 © CEI:2007
SOMMAIRE

AVANT-PROPOS....................................................................................................................4

INTRODUCTION.....................................................................................................................8

1 Domaine d'application ....................................................................................................10

2 Références normatives...................................................................................................10

3 Précautions générales, protection de la santé, de la sécurité et de l'environnement .......10

4 Échantillonnage de l'huile...............................................................................................12

4.1 Généralités............................................................................................................12

4.2 Récipients d’échantillon.........................................................................................12

4.3 Point d'échantillonnage .........................................................................................12

4.4 Fréquence d'échantillonnage.................................................................................12

4.5 Identification des échantillons ...............................................................................14

4.6 Stockage des échantillons.....................................................................................14

4.7 Élimination de l’huile usagée .................................................................................16

5 Facteurs influençant la vitesse de formation de gaz pendant les essais

d’échauffement...............................................................................................................16

6 Extraction et analyse des gaz dissous ............................................................................16

7 Rapport ..........................................................................................................................20

Annexe A (informative) Vitesses de formation de gaz pendant les essais

d’échauffement sur les transformateurs de puissance ...........................................................22

Annexe B (informative) Vitesses de formation de gaz pendant les essais de choc de

foudre coupé sur les transformateurs de mesure [6] ............................................................26

Bibliographie.........................................................................................................................28

Tableau 1 – Seuils de détection exigés pour les essais en usine ..........................................16

Tableau A.1 – Gammes de vitesses de formation de gaz typiques à 90 % dans des
transformateurs de puissance modernes imprégnés d’huile minérale pendant les

essais d’échauffement, en μl/l/h............................................................................................22

Tableau A.2 – Relevé des cas suivis de problèmes dans des transformateurs de

puissance à colonnes remplis d’huile, pour différentes vitesses de formation de gaz

observés pendant les essais d’échauffement, en μl/l/h..........................................................24

Tableau B.1 – Augmentation de concentration de gaz typiques à 90 % dans des

transformateurs de mesure entre le début et la fin des essais de choc de foudre coupé........26

---------------------- Page: 4 ----------------------
61181 © IEC:2007 – 3 –
CONTENTS

FOREWORD...........................................................................................................................5

INTRODUCTION.....................................................................................................................9

1 Scope.............................................................................................................................11

2 Normative references .....................................................................................................11

3 General caution, health, safety and environmental protection .........................................11

4 Oil sampling ...................................................................................................................13

4.1 General .................................................................................................................13

4.2 Sample containers.................................................................................................13

4.3 Sampling location..................................................................................................13

4.4 Sampling frequency...............................................................................................13

4.5 Sample labelling....................................................................................................15

4.6 Sample storage .....................................................................................................15

4.7 Disposal of waste oil .............................................................................................17

5 Factors affecting gassing rate during thermal tests.........................................................17

6 Dissolved gas extraction and analysis ............................................................................17

7 Report ............................................................................................................................21

Annex A (informative) Gas formation rates during thermal tests on power transformers .......23

Annex B (informative) Gas formation rates during chopped-lightning impulse tests on

instrument transformers [6]...................................................................................................27

Bibliography..........................................................................................................................29

Table 1 – Required detection limits for factory tests..............................................................17

Table A.1 – Ranges of 90 % typical rates of gas formation in modern, mineral oil- filled

power transformers during thermal tests, in μl/l/h..................................................................23

Table A.2 – Survey of cases followed by problems in core-type, mineral oil- filled

power transformers, for various rates of gas formation observed during the thermal

tests, (values in μl/l/h)...........................................................................................................25

Table B.1 – 90 % typical gas concentration increases observed between the beginning

and the end of chopped lightning-impulse tests on instrument transformers ..........................27

---------------------- Page: 5 ----------------------
– 4 – 61181 © CEI:2007
COMMISSION ÉLECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE
____________
MATÉRIELS ÉLECTRIQUES IMPRÉGNÉS D’HUILE MINÉRALE –
APPLICATION DE L'ANALYSE DES GAZ DISSOUS (AGD)
LORS D'ESSAIS EN USINE DE MATÉRIELS ÉLECTRIQUES
AVANT-PROPOS

1) La Commission Electrotechnique Internationale (CEI) est une organisation mondiale de normalisation

composée de l'ensemble des comités électrotechniques nationaux (Comités nationaux de la CEI). La CEI a

pour objet de favoriser la coopération internationale pour toutes les questions de normalisation dans les

domaines de l'électricité et de l'électronique. A cet effet, la CEI – entre autres activités – publie des Normes

internationales, des Spécifications techniques, des Rapports techniques, des Spécifications accessibles au

public (PAS) et des Guides (ci-après dénommés "Publication(s) de la CEI"). Leur élaboration est confiée à des

comités d'études, aux travaux desquels tout Comité national intéressé par le sujet traité peut participer. Les

organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec la CEI, participent

également aux travaux. La CEI collabore étroitement avec l'Organisation Internationale de Normalisation (ISO),

selon des conditions fixées par accord entre les deux organisations.

2) Les décisions ou accords officiels de la CEI concernant les questions techniques représentent, dans la mesure

du possible, un accord international sur les sujets étudiés, étant donné que les Comités nationaux de la CEI

intéressés sont représentés dans chaque comité d’études.

3) Les Publications de la CEI se présentent sous la forme de recommandations internationales et sont agréées

comme telles par les Comités nationaux de la CEI. Tous les efforts raisonnables sont entrepris afin que la CEI

s'assure de l'exactitude du contenu technique de ses publications; la CEI ne peut pas être tenue responsable

de l'éventuelle mauvaise utilisation ou interprétation qui en est faite par un quelconque utilisateur final.

4) Dans le but d'encourager l'uniformité internationale, les Comités nationaux de la CEI s'engagent, dans toute la

mesure possible, à appliquer de façon transparente les Publications de la CEI dans leurs publications

nationales et régionales. Toutes divergences entre toutes Publications de la CEI et toutes publications

nationales ou régionales correspondantes doivent être indiquées en termes clairs dans ces dernières.

5) La CEI n’a prévu aucune procédure de marquage valant indication d’approbation et n'engage pas sa

responsabilité pour les équipements déclarés conformes à une de ses Publications.

6) Tous les utilisateurs doivent s'assurer qu'ils sont en possession de la dernière édition de cette publication.

7) Aucune responsabilité ne doit être imputée à la CEI, à ses administrateurs, employés, auxiliaires ou

mandataires, y compris ses experts particuliers et les membres de ses comités d'études et des Comités

nationaux de la CEI, pour tout préjudice causé en cas de dommages corporels et matériels, ou de tout autre

dommage de quelque nature que ce soit, directe ou indirecte, ou pour supporter les coûts (y compris les frais

de justice) et les dépenses découlant de la publication ou de l'utilisation de cette Publication de la CEI ou de

toute autre Publication de la CEI, ou au crédit qui lui est accordé.

8) L'attention est attirée sur les références normatives citées dans cette publication. L'utilisation de publications

référencées est obligatoire pour une application correcte de la présente publication.

9) L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments de la présente Publication de la CEI peuvent faire

l’objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. La CEI ne saurait être tenue pour

responsable de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et de ne pas avoir signalé leur existence.

La Norme internationale CEI 61181 a été établie par le comité d'étude 10 de la CEI: Fluides

pour applications électrotechniques.

Cette deuxième édition annule et remplace la première édition parue en 1993 et constitue une

révision technique.

Cette édition inclut les modifications techniques majeures suivantes par rapport à l’édition

précédente:

a) les procédures spécifiques utilisées pendant les essais en usine (points et fréquence

d’échantillonnage, extraction des gaz et analyse chromatographique en laboratoire) sont

décrites avec plus de détails;

b) l’Annexe A fournit des informations sur les teneurs en gaz résiduelles qui sont

recommandées avant les essais thermiques sur les transformateurs de puissance, sur les

valeurs typiques de gaz observées pendant les essais, et sur les cas où la formation de

gaz pendant les essais a été suivie de problèmes dans les transformateurs;
---------------------- Page: 6 ----------------------
61181 © IEC:2007 – 5 –
INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION
____________
MINERAL OIL-FILLED ELECTRICAL EQUIPMENT –
APPLICATION OF DISSOLVED GAS ANALYSIS (DGA)
TO FACTORY TESTS ON ELECTRICAL EQUIPMENT
FOREWORD

1) The International Electrotechnical Commission (IEC) is a worldwide organization for standardization comprising

all national electrotechnical committees (IEC National Committees). The object of IEC is to promote

international co-operation on all questions concerning standardization in the electrical and electronic fields. To

this end and in addition to other activities, IEC publishes International Standards, Technical Specifications,

Technical Reports, Publicly Available Specifications (PAS) and Guides (hereafter referred to as “IEC

Publication(s)”). Their preparation is entrusted to technical committees; any IEC National Committee interested

in the subject dealt with may participate in this preparatory work. International, governmental and non-

governmental organizations liaising with the IEC also participate in this preparation. IEC collaborates closely

with the International Organization for Standardization (ISO) in accordance with conditions determined by

agreement between the two organizations.

2) The formal decisions or agreements of IEC on technical matters express, as nearly as possible, an international

consensus of opinion on the relevant subjects since each technical committee has representation from all

interested IEC National Committees.

3) IEC Publications have the form of recommendations for international use and are accepted by IEC National

Committees in that sense. While all reasonable efforts are made to ensure that the technical content of IEC

Publications is accurate, IEC cannot be held responsible for the way in which they are used or for any

misinterpretation by any end user.

4) In order to promote international uniformity, IEC National Committees undertake to apply IEC Publications

transparently to the maximum extent possible in their national and regional publications. Any divergence

between any IEC Publication and the corresponding national or regional publication shall be clearly indicated in

the latter.

5) IEC provides no marking procedure to indicate its approval and cannot be rendered responsible for any

equipment declared to be in conformity with an IEC Publication.

6) All users should ensure that they have the latest edition of this publication.

7) No liability shall attach to IEC or its directors, employees, servants or agents including individual experts and

members of its technical committees and IEC National Committees for any personal injury, property damage or

other damage of any nature whatsoever, whether direct or indirect, or for costs (including legal fees) and

expenses arising out of the publication, use of, or reliance upon, this IEC Publication or any other IEC

Publications.

8) Attention is drawn to the Normative references cited in this publication. Use of the referenced publications is

indispensable for the correct application of this publication.

9) Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this IEC Publication may be the subject of

patent rights. IEC shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.

International Standard IEC 61181 has been prepared by IEC technical committee 10: Fluids

for electrotechnical applications.

This second edition cancels and replaces the first edition published in 1993 and constitutes a

technical revision.

This edition includes the following significant technical changes with respect to the previous

edition:

a) the specific procedures used during factory tests (sampling location, sampling frequency,

gas extraction and chromatographic analysis in the laboratory) are described in more

detail;

b) information is provided in Annex A concerning the residual gas contents recommended

before thermal tests on power transformers, typical gas values observed during the tests

and cases where gas formation during the tests was followed by problems in the
transformers;
---------------------- Page: 7 ----------------------
– 6 – 61181 © CEI:2007

c) l’Annexe B indique les valeurs typiques observées pendant les essais en choc de foudre

coupé sur les transformateurs de mesure.
Le texte de cette norme est issu des documents suivants:
FDIS Rapport de vote
10/675/FDIS 10/688/RVD

Le rapport de vote indiqué dans le tableau ci-dessus donne toute information sur le vote ayant

abouti à l'approbation de cette norme.
Cette publication a été rédigée selon les Directives ISO/CEI, Partie 2.

Le comité a décidé que le contenu de cette publication ne sera pas modifié avant la date de

maintenance indiquée sur le site web de la CEI sous «http://webstore.iec.ch» dans les

données relatives à la publication recherchée. A cette date, la publication sera
• reconduite;
• supprimée;
• remplacée par une édition révisée, ou
• amendée.
---------------------- Page: 8 ----------------------
61181 © IEC:2007 – 7 –

c) typical values observed during chopped lightning-impulse tests on instrument transformers

are indicated in Annex B.
The text of this standard is based on the following documents:
FDIS Report on voting
10/675/FDIS 10/688/RVD

Full information on the voting for the approval of this standard can be found in the report on

voting indicated in the above table.

This publication has been drafted in accordance with the ISO/IEC Directives, Part 2.

The committee has decided that the contents of this publication will remain unchanged until

the maintenance result date indicated on the IEC web site under "http://webstore.iec.ch" in

the data related to the specific publication. At this date, the publication will be

• reconfirmed;
• withdrawn;
• replaced by a revised edition, or
• amended.
---------------------- Page: 9 ----------------------
– 8 – 61181 © CEI:2007
INTRODUCTION

Le comité d'étude 10 de la CEI, en charge de la CEI 61181, a préparé des lignes directrices

concernant les mesures d’analyse des gaz dissous (AGD) réalisées pendant les essais en

usine sur les matériels remplis d’huile minérale isolante afin d'assurer une certaine cohérence

dans l'industrie et d’améliorer la confiance dans l'utilisation des résultats.

L’analyse des gaz dissous (AGD) est utilisée régulièrement comme procédure normalisée de

contrôle de qualité pendant et après les essais en usine sur les matériels électriques, par

exemple pendant les essais d’échauffement et les essais de choc de foudre coupés, pour

indiquer qu’un type de conception répond aux spécifications. À cause des faibles quantités de

gaz formées pendant les essais en usine, des exigences particulières sont nécessaires pour

l’échantillonnage et l’analyse des échantillons d’huile et pour l’interprétation des résultats.

Les critères d’acceptation sont en dehors du domaine d'application du CE 10. Il est cependant

signalé que les lignes directrices émises par le CIGRE en 1993-1995 [1] ne s’appliquent plus

aux transformateurs construits aujourd’hui, dont la conception a été améliorée. Des exemples

de valeurs réellement observées aujourd’hui sont indiquées dans les Annexes A et B.

—————————
Les chiffres entre crochets renvoient à la bibliographie.
---------------------- Page: 10 ----------------------
61181 © IEC:2007 – 9 –
INTRODUCTION

IEC technical committee 10, responsible for IEC 61181, has prepared guidelines for

performing DGA measurements during factory testing on equipment filled with mineral

insulating oil in order to ensure consistency in the industry and improve the confidence with

which the results will be used.

DGA is used routinely as a standard quality control procedure during and after factory tests

on electrical equipment, for example during temperature-rise and chopped lightning-impulse

tests, to indicate that a design meets specified requirements. Due to the small quantities of

gases generated during factory tests, specific requirements are necessary for the sampling

and analysis of oil samples and the interpretation of results.

Acceptance criteria are beyond the scope of TC 10. Attention is drawn, however, to the fact

that the guidelines issued by CIGRE in 1993-1995 [1] do not apply any more to transformers

manufactured today, the design of which having been improved. Examples of values actually

observed today are indicated in Annexes A and B.
———————
Figures in square brackets refer to the bibliography.
---------------------- Page: 11 ----------------------
– 10 – 61181 © CEI:2007
MATÉRIELS ÉLECTRIQUES IMPRÉGNÉS D’HUILE MINÉRALE –
APPLICATION DE L'ANALYSE DES GAZ DISSOUS (AGD)
LORS D'ESSAIS EN USINE DE MATÉRIELS ÉLECTRIQUES
1 Domaine d'application

La présente Norme internationale spécifie les modes opératoires d'échantillonnage des

huiles, les exigences analytiques et les procédures, et recommande les critères de sensibilité,

de répétabilité et de précision pour l'application de l'analyse des gaz dissous (AGD) aux

essais en usine des transformateurs de puissance neufs, des bobines d'inductance et des

transformateurs de mesure, dans le cas où le cahier des charges prévoit des essais d’analyse

des gaz dissous (AGD).

L'application des techniques d’AGD la plus utile et la plus efficace, au cours des essais en

usine, est celle pratiquée pendant les essais de fonctionnement de longue durée,

particulièrement les essais de surcharge et d’échauffement des transformateurs de puissance

et des bobines d'inductance, ainsi que les essais au choc de foudre sur les transformateurs

de mesure. L’analyse des gaz dissous peut être aussi valable pour les essais de surexcitation

effectués pendant une période de temps prolongée.

L'expérience acquise avec les résultats de l’AGD, avant et après les essais diélectriques de

courte durée, montre que, l’analyse des gaz dissous, est moins sensible que les méthodes

électriques et acoustiques pour la détection des décharges partielles. Cependant, l’AGD

indiquera quand ces décharges deviennent dangereuses pour l’isolation et peuvent être

détectées par inspection [2].
2 Références normatives

Le document de référence suivant est indispensable pour l'application du présent document.

Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la

dernière édition du document de référence s'applique (y compris les éventuels
amendements).

CEI 60567: Matériels électriques immergés – Echantillonnage de gaz et d'huile pour analyse

des gaz libres et dissous – Lignes directrices
3 Précautions générales, protection de la santé, de la sécurité et de
l'environnement

La présente norme ne vise pas à répondre à tous les problèmes de sécurité liés à son

utilisation. Il est de la responsabilité de l'utilisateur de la présente norme d’établir les

pratiques d'hygiène et de sécurité adéquates, et de vérifier avant utilisation si des contraintes

réglementaires s'appliquent.

Il convient de manipuler les huiles minérales isolantes dont traite la présente norme en

respectant l'hygiène personnelle. Le contact direct avec les yeux peut provoquer une

irritation. En cas de contact oculaire, il convient d’effectuer un lavage avec une grande

quantité d’eau courante propre et de consulter un médecin. Certains essais spécifiés dans la

présente norme impliquent des opérations pouvant conduire à une situation dangereuse. Les

recommandations des normes correspondantes seront prises en compte.
---------------------- Page: 12 ----------------------
61181 © IEC:2007 – 11 –
MINERAL OIL-FILLED ELECTRICAL EQUIPMENT –
APPLICATION OF DISSOLVED GAS ANALYSIS (DGA)
TO FACTORY TESTS ON ELECTRICAL EQUIPMENT
1 Scope

This International Standard specifies oil-sampling procedures, analysis requirements and

procedures, and recommends sensitivity, repeatability and accuracy criteria for the application

of dissolved gas analysis (DGA) to factory testing of new power transformers, reactors and

instrument transformers filled with mineral insulating oil when DGA testing has been specified.

The most effective and useful application of DGA techniques to factory testing is during the

perfo
...

Questions, Comments and Discussion

Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.