V tomto článku probereme jednu z hlavních metod diagnostického hodnocení transformátorů — analýza rozpuštěných plynů transformátorového oleje. Dále vám prozradíme, kdy je vhodné tuto metodu použít, jaké hlavní techniky existují pro interpretaci jejích výsledků a také hovořit o novém přístroji v produktové řadě GlobeCore, který při své činnosti využívá také princip rozpuštěného plynu.

Typy poruch transformátorů

Podle povahy vývoje lze všechny vady transformátoru rozdělit do tří skupin:

• závady, při kterých dojde k poškození transformátoru velmi rychle a dojde k okamžitému selhání zařízení;
• lokální poškození, při kterém dojde k poruše transformátoru během několika dnů nebo měsíců. Jedná se o rychle se rozvíjející vady;
• poškození, které se vyvíjí pomalu, obvykle od několika měsíců do několika let. Jedná se o tzv. pomalu se vyvíjející vady.

V prvním případě není možné tak či onak kontrolovat stav transformátoru a zabránit poruše transformátoru. Aby se předešlo výpadku v případě rychle se rozvíjejících závad, jsou využívány automatizované systémy pro průběžné diagnostické vyhodnocování. Třetí případ vyžaduje pravidelné nebo časté monitorování, a to je místo, kde se rozpouští plynová analýza transformátorového oleje musí být použito.

Analýza rozpuštěného plynu transformátorového oleje: historické pozadí

Hlavní funkcí oleje je izolovat vodivé části a odvádět teplo z vyhřívaných prvků transformátoru. Při provozu transformátoru je olej ovlivněn mnoha negativními faktory: vysokým napětím a vysokou teplotou; zvlhčení a oxidaci. V důsledku toho se časem rozkládají nejen molekuly oleje, ale i molekuly celulózy tvořící pevnou izolaci transformátoru. Při rozkladu molekul se uvolňují plyny, které se dostávají do transformátorového oleje. Ty obvykle zahrnují metan, ethan, ethylen, acetylen, propan, propylen, buten a butan. Kromě toho se může seznam plynů a jejich kvantitativní složení lišit v závislosti na druhu vady vznikající v transformátoru. Tato specifická vlastnost je brána jako základ pro chromatografii analýza rozpuštěných plynů transformátorového oleje. Transformátorový olej proto kromě izolační a teplo odvádějící funkce obsahuje diagnostické informace o pomalu se vyvíjejících vadách. A hlavním úkolem je správně „přečíst“ tyto informace a následně je interpretovat.

Metodu chromatografie poprvé použil ruský vědec M. Tsvet v roce 1903 při studiu vegetačních pigmentů. Následně se tato metoda prosadila v několika oblastech chemie, včetně plynové chromatografie.

Přesčas, chromatografická analýza rozpuštěných plynů se rozšířila díky svým výhodám, které jsou vyjádřeny následovně:

• vzorky odebrané bez odpojení transformátoru lze použít k analýze;
• metodu lze použít k diagnostickému vyhodnocení stavu transformátoru, jakož i jakéhokoli zařízení na výrobu energie plněné olejem;
• diagnostické hodnocení pokrývá širokou škálu vad transformátorů;
• účinky jsou odhaleny v rané fázi vývoje, kterou neurčují žádné jiné metody;
• odhaluje se nejen údajná povaha vady, ale i míra existujícího poškození.

Metoda je používána pro diagnostické hodnocení stavu transformátorů od 60.–70. let minulého století. Dnes, analýza rozpuštěných plynů standardů transformátorového oleje se provádí; tyto normy zahrnují ASTM D3612 nebo IEC 60567.

Chromatografická analýza rozpuštěného plynu: postup krok za krokem

V první fázi chromatografické analýzy rozpuštěných plynů se vzorky oleje odebírají z transformátoru pomocí speciálních vzorkovačů, které vylučují kontakt oleje s okolním vzduchem. Poté jsou vzorky doručeny do laboratoře.

Je žádoucí, aby od okamžiku odběru vzorku do okamžiku jeho analýzy neuplynul více než jeden týden.

Analýza rozpuštěného plynu transformátorového oleje se provádí v laboratoři pomocí speciálních přístrojů zvaných chromatografy.

Samotná analýza zahrnuje dva procesy. První je těžba plynů z ropy a druhá je aktuální chromatografická analýza již uvolněných plynů. K extrakci rozpuštěných plynů z ropy se používá vakuová nebo desorpční extrakce.

Klasický chromatografická analýza zahrnuje práci s devíti plyny: vodíkem, kyslíkem, dusíkem, metanem, ethanem, ethylenem, acetylenem, oxidem uhelnatým a oxidem uhličitým.

Chromatografická analýza rozpuštěných plynů transformátorového oleje: technika diagnostiky

Pro správnou diagnostiku poškození transformátoru na základě analýzy rozpuštěných plynů je nutné použít samostatnou techniku. V současné době bylo navrženo několik technik tohoto druhu. Mezi nimi vyzdvihujeme:

• Rogersova technika;
• technika IEC 60599;
• technika SIGRE;
• duvalský trojúhelník.

V tomto článku stručně probereme metodu Duvalova trojúhelníku, abychom pochopili podstatu. V roce 1974 to navrhl kanadský specialista M. Duval.

Metoda duvalového trojúhelníku

Metoda Duvalova trojúhelníku je příkladem přístupu k určení povahy defektu spíše pomocí grafiky než pomocí výpočetní logiky.

Metoda umožňuje vynést bod do grafu znázorněného ve tvaru trojúhelníku pomocí hodnot koncentrací tří plynů (C2H2, C2H4, CH4). Podle Duvalovy metody je plocha trojúhelníku rozdělena do sedmi zón. Každá zóna odpovídá určitému poruchovému stavu transformátoru. Celkem je uvažováno sedm vadných stavů. Typ defektu je určen bodem patřícím do konkrétní zóny.

Při praktickém použití této metody je nutné najít procento každého plynu, vyčlenit jej na příslušnou stranu trojúhelníku a z každého bodu nakreslit tři čáry, které jsou rovnoběžné se zaostávající stranou a budou se protínat v jeden bod. Umístění tohoto bodu určí zónu a diagnosticky vyhodnocenou závadu.

Diskutovaná metoda evidentně demonstruje „lokalizaci defektu“ a zároveň umožňuje sledovat trajektorii jeho vývoje, když je po určité době provedeno několik chromatografických analýz rozpuštěných plynů a získané body jsou postupně vyneseny do trojúhelníku.

ТОR-2 transformátorový olej, vodík a analyzátor vlhkosti

Požadavky na manipulaci s velkým množstvím plynů zvyšují cenu zařízení používaného při chromatografické analýze. Vzhledem k tomu, že vodík tvoří asi 59 % všech plynů vznikajících při rozkladu oleje a pevné izolace, lze jeho obsah v oleji považovat za informativní kritérium pro diagnostické hodnocení pomalu se rozvíjejících vad transformátoru.

v Přístroj TOR-2 vyrobeno GlobeCore, je stanovení obsahu vodíku doplněno ještě o jednu funkci — měření vlhkosti.

Analýza oleje je provedena snadno a rychle jednou osobou. Po odběru vzorku je nutné přístroj zapnout, vysát odsávací nádobku a zahájit měření. První výsledky pro obsah vlhkosti budou k dispozici na LCD panelu za deset minut a výsledky pro obsah vodíku — za třicet minut. Pro pohodlné ovládání a zpracování dat má přístroj integrovanou minitiskárnu, pomocí které si můžete vždy vytisknout složenku s výsledky testu.

Přesnosti měření přístroje TOR-2 je dosaženo díky konstrukčním vlastnostem snímačů a jejich přímému kontaktu s olejem. Činnost kapacitního senzoru vlhkosti není ovlivněna nečistotami ve vzorku oleje. A vodíkový senzor detekuje pouze vodík, aniž by byl citlivý na jiné plyny.

GlobeCore je univerzální a lze jej použít k detekci pomalu se vyvíjejících vad nejen v transformátorech, ale také v olejových kabelech, vysokonapěťových průchodkách, bočníkových reaktorech a přepínačích odboček pod zatížením.

Aplikace okamžitého diagnostického vyhodnocení transformátorů pomocí

Pomocí přístroje TOR-2 včas odhalíte pomalu se vyvíjející závady, včas zabráníte poškození olejem plněného energetického zařízení, zvýšíte spolehlivost napájení a ušetříte peníze na údržbu tohoto zařízení.