Vybrané metody analýzy plynů v diagnostice výkonových olejových transformátorů

Podobné dokumenty
VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV VÝROBNÍCH STROJŮ, SYSTÉMŮ A ROBOTIKY KONSTRUKČNÍ A PROCESNÍ INŽENÝRSTVÍ

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Diagnostika a zkušebnictví

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Komplexní přístup k řízení životnosti výkonových olejových transformátorů 1. část: Úvod do problematiky

ÚSPORY ENERGIE PŘI CHLAZENÍ VENKOVNÍHO VZDUCHU

Diagnostika olejem plněných transformátorů P. Prosr 1, M. Brandt 2 1

Pracovní sešit. Školní rok : 2005 / Transformátory

Rok Tradice, spolehlivost, kvalita od roku 1921

Diagnostika a VN zkušebnictví

Rok Tradice, spolehlivost, kvalita od roku 1921

This standard is identical with the IEC Publication 354:1991 including its Corigendum of March 1992.

Určeno studentům středního vzdělávání s maturitní zkouškou, druhý ročník, transformátory a jejich vlastnosti

Měření hodinového úhlu transformátoru (Distribuce elektrické energie - BDEE)

Projekt Pospolu. Poruchy elektronických zařízení. Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Ing. Jiří Ulrych.

Zkušebnictví, a.s. KEMA Laboratories Prague Podnikatelská 547, Praha 9 Běchovice

L e k c e z e l e k t r o t e c h n i k y

Calculation of the short-circuit currents and power in three-phase electrification system

Detektory poruchového elektrického oblouku v sítích NN. Doc. Ing. Pavel Mindl, CSc. ČVUT FEL v Praze

Simulace elektrostatického pole při experimentálním zjišťování průrazné pevnosti transformátorového oleje

Rok Tradice, spolehlivost, kvalita od roku 1921

Katedra obecné elektrotechniky Fakulta elektrotechniky a informatiky, VŠB - TU Ostrava 8. TRANSFORMÁTORY

Transformátor trojfázový

až Obec: nové kódování, bez CZ 7 Ulice: číslo 5 bez mezery 9 Jméno: text 30. text 30

ELEKTRICKÉ STROJE ÚVOD

Odbor kvality, spolehlivosti a bezpečnosti. Ústavu výrobních strojů, systémů a robotiky FSI VUT v Brně. nabízí

zařízení prof.ing. Petr Chlebiš, CSc. Fakulta elektrotechniky a informatiky

OHROŽENÍ PŘENOSOVÝCH SOUSTAV PŘÍRODNÍMI VLIVY THREAT OF THE ELECTRICAL TRANSMISSION SYSTEMS BY THE NATURAL

NÁVRH TRANSFORMÁTORU. Postup školního výpočtu distribučního transformátoru

T E C H I C K É P O D M Í K Y TP SZd HK 2/94

ELEKTRICKÉ STROJE - POHONY

1.1 Měření parametrů transformátorů

Energetická rozvaha. bytových domů. HANA LONDINOVÁ energetický auditor. Zpracovatel:

Josef Bráza, Seminář Energetika v průmyslu, Hotel Vista Dolní Morava, Frekvenční měniče Údržba. ABB September 16, 2016 Slide 1

Izolační oleje Software pro diagnostiku

ZNALOSTI A DOVEDNOSTI ČESKÝCH MUŽŮ V OBLASTI INFORMAČNÍ BEZPEČNOSTI - VÝSLEDKY STATISTICKÉ ANALÝZY

HUDECZEK SERVICE, s. r. o. Váš specialista v oblasti. elektro a strojního inženýrství

Učební osnova předmětu ELEKTRICKÁ MĚŘENÍ. studijního oboru M/01 ELEKTROTECHNIKA (silnoproud)

1.1 Měření hodinového úhlu transformátorů

9 Měření na jednofázovém transformátoru při různé činné zátěži

Opětné zapínaní v distribuční soustavě vysokého napětí

Návod k obsluze. Přístrojový transformátor proudu nízkého napětí Modelová řada CTB. SEKUNDÁRNÍ PROUD: 1 nebo 5A. PRIMÁRNÍ PROUD: 50 až 2500A

Centrum výzkumu a využití obnovitelných zdrojů energie (CVVOZE)

MDT TECHNICKÁ NORMA ŽELEZNIC Schválena: TRANSFORMÁTORY PRO ŽELEZNIČNÍ ZABEZPEČOVACÍ ZAŘÍZENÍ ÚVODNÍ USTANOVENÍ

Vyhodnocení provozu filtračních jednotek S 03 fy Altmann v ČEPS, a.s.

Metodika napěťové nedestruktivní zkoušky elektrických zařízení VN

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

BEZPEČNOST PRÁCE V ELEKTROTECHNICE

Osnova kurzu. Rozvod elektrické energie. Úvodní informace; zopakování nejdůležitějších vztahů Základy teorie elektrických obvodů 3

SYSTÉMY A VYBAVENÍ VĚTRNÝCH ELEKTRÁREN

BCPM: Systém pro měření a monitorování napájení datových technologií (PDU) Katalogové listy

3/8.4 PRAKTICKÉ APLIKACE PŘI POUŽÍVÁNÍ NEJISTOT

EXPERIMENTÁLNÍ METODY I. 1. Základy měření

7. Spínací a jistící přístroje

Parní turbíny Rovnotlaký stupeň

Elektroenergetika 1. Elektrické části elektrárenských bloků

Výukové texty. pro předmět. Automatické řízení výrobní techniky (KKS/ARVT) na téma

Nové předpisy pro výrobu a zkoušení rozváděčů.

Výkonové transformátory. SUCHÉ s litou izolací. typ POWERCAST

1. Dělení a provoz výroben elektrické energie (elektráren)

TEORIE A PRAXE INFORMAČNÍ BEZPEČNOSTI ČESKÝCH MANAŽERŮ STATISTICKÁ ANALÝZA

zařízení 2. přednáška Fakulta elektrotechniky a informatiky prof.ing. Petr Chlebiš, CSc.

SPOLEHLIVOST VÝKONOVÝCH OLEJOVÝCH TRANSFORMÁTORŮ

TRANSFORMÁTOR 40 MVA 115 ± 9x1,78% / 27,5 / 11 kv

Rozdělení transformátorů

TECOMAT TC700 ZÁKLADNÍ DOKUMENTACE K MODULU UC vydání - červen 2004

Elektroenergetika 1. Elektrické části elektrárenských bloků

Úroveň vývoje plynů jako diagnostické hledisko stavu výkonových transformátorů J. Dončuk 1, V. Mentlík 1, J. Velek 2, I.

Parní turbíny Rovnotlaký stupe

Ivan Klučka 1 PRACOVNÍ STÁŽ

TRANSFORMÁTORY č. kapitoly: č. listu: 1 / 6. ÆVýrobce. ÆPoužití. ÆSplňuje požadavky. ÆPopis/vlastnosti. ÆPrimární kabely. ÆSekundární kabely

Teorie měření a regulace

Energetické vzdělávání. prof. Ing. Ingrid Šenitková, CSc.

Zdeněk Kučera, Seminář Energetika v průmyslu, Hotel Vista Dolní Morava, Prediktivní diagnostika a analýza stavu motorů a generátorů

Tradice, spolehlivost, kvalita od roku 1921

1. Úvod do problematiky - motivace. 2. Mechanické provedení termostatu

Současný stav likvidace dat v organizacích

PROVOZNÍ SPOLEHLIVOST STROJŮ A ČISTOTA OLEJE. František HELEBRANT, Vladislav MAREK,

Regulace napětí v distribuční soustavě vn a nn

Záskokový automat ATS společnosti Eaton ATS-C. Záskokový automat ATS-C 96 a ATS-C 144

Vliv prosklených ploch na vnitřní pohodu prostředí

Úvod. Úvod. Všeobecně 4. Spojovací systém nn 7. Ukončovací systém vn 8. Spojovací systém vn 9. Řízení elektrického pole v kabelových souborech 10

Řešení rozváděčů VN společnosti Eaton bez použití plynu SF 6

Osnova kurzu. Elektrické stroje 2. Úvodní informace; zopakování nejdůležitějších vztahů Základy teorie elektrických obvodů 3

SŽDC PPD č.5/2016. Měření odběru trakční elektřiny na elektrických hnacích vozidlech příprava, realizace a provoz. Změna č. 1

Interakce ve výuce základů elektrotechniky

Technické kreslení v elektrotechnice

Sledování změn obsahu volného aktivního chloru při dopravě pitné vody

Stanovení typu pomocného regulátoru v rozvětvených regulačních obvodech

Zařízení pro obloukové svařování, kontrola a zkoušení svařovacích zařízení v provozu podle ČSN EN /STN EN

ANALÝZY HISTORICKÝCH DEŠŤOVÝCH ŘAD Z HLEDISKA OCHRANY PŮDY PŘED EROZÍ

SINEAX U 554 Převodník střídavého napětí s různými charakteristikami

některých případech byly materiály po doformování nesoudržné).

KEY PERFORMANCE INDICATORS (KPI)

TECHNIKA VYSOKÝCH NAPĚŤÍ. #4 Elektrické výboje v elektroenergetice

Rozvod elektrické energie v průmyslových a administrativních budovách. Sítě se zálohovaným a nepřetržitým napájením. A 5 M 14 RPI Min.

Katedra obecné elektrotechniky Fakulta elektrotechniky a informatiky, VŠB - TU Ostrava. 2. Měření funkce proudových chráničů.

Hlídače SCHRACK HJ103RX, HJ306RX proudového maxima, hlavního jističe. Uživatelský návod

Ing. Drahomíra Picmausová. Transformátory

Smart Energy & Power Quality Solutions. Janitza electronics - 3 řešení v 1

Transkript:

Rok / Year: Svazek / Volume: Číslo / Number: 12 5 Vybrané metody analýzy plynů v diagnostice výkonových olejových transformátorů Selected methods of gas analysis in the diagnosis of power transformers oil Martina Šimková, Miloš Hammer ysimko@stud.fme.vutbr.cz,hammer@fme.vutbr.cz Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně Abstrakt: Příspěvek se zaobírá vybranými metodami analýzy plynů v off-line diagnostice výkonových olejových transformátorů. Pozornost je soustředěna na poměry plynů a jejich vyhodnocení. Je analyzován datový soubor, který byl získán měřením na konkrétních transformátorech pracujících v energetickém provozu. Abstract: The paper discusses selected methods of gas analysis in off-line diagnosis of power transformer oil. Attention is focused on the ratios of gases and their evaluation. The analyzed data set, which was obtained by measuring the specific transformers operating in the energy service.

/65 11.. Vybrané metody analýzy plynů v diagnostice výkonových olejových transformátorů Martina Šimková 1, Miloš Hammer 2 1 Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně Email: ysimko@stud.fme.vutbr.cz 2 Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně Email: hammer@fme.vutbr.cz Abstrakt Příspěvek se zaobírá vybranými metodami analýzy plynů v off-line diagnostice výkonových olejových transformátorů. Pozornost je soustředěna na poměry plynů a jejich vyhodnocení. Je analyzován datový soubor, který byl získán měřením na konkrétních transformátorech pracujících v energetickém provozu. 1 Úvod Pro fungování a rozvoj společnosti je důležitá bezporuchová distribuce a využívání elektrické energie. Uvedená skutečnost je závislá ve značné míře na výkonových olejových transformátorech (dále jen transformátor), které tvoří na cestě od výroby elektrické energie směrem ke spotřebiteli a u spotřebitele jeden z nejdůležitějších prvků. V technickém životě transformátorů může dojít k různým poruchám a haváriím, rovněž transformátor přirozeně stárne. V případě poruchy nebo havárie transformátorů dojde k přerušení dodávky elektrické energie, což má celou řadu důsledků, jako např. značné škody v průmyslové výrobě, nefunkčnost infrastruktury, apod. Tyto škody mohou být i dlouhodobého charakteru. Často je havárie transformátorů spojena s výbuchem, požárem a i jinými možnými ekologickými škodami. V případě jaderných elektráren to může vést až k porušení radiační bezpečnosti. Rovněž je to i otázka ohrožení obyvatel v místě havárie nebo blízké zástavbě. Ve světě jsou známé různé havárie transformátorů, kde číselné vyjádření škod a důsledků dosáhlo v jednotlivých případech i stovek miliónů korun. V technickém životě transformátorů dochází k poruchám a haváriím z různých příčin. V tab. 1 jsou uvedeny příčiny poruch a relativní četnost jejich výskytu [ 1 ]. Z údajů vyplývá, že většina poruch a havárií vzniká v izolačním systému a v případě výkonových olejových transformátorů je tento tvořen především olejem a papírem (celulózou). Izolační systém je tedy z hlediska bezpečnosti a spolehlivosti velmi významný. Současně jej nelze s rozumnými náklady vyměnit a je tedy vhodnější oprava (výměna) celého stroje. Proces stárnutí riziko poruch a havárií transformátorů zvyšuje. Z výše uvedeného vyplývá, že z hlediska společenského je důležité se problematikou stavu transformátorů zaobírat. Jakékoliv přerušení distribuce elektrické energie totiž přináší značné i druhotné ztráty. V průmyslové praxi se jedná o velké množství transformátorů. Jak bylo uvedeno výše, je důležité sledovat jejich technický stav. Je tedy nutné se zaobírat životností a i stárnutím transformátorů a toto umět řídit a vyhodnocovat. Důležitá je také otázka provozu a údržby transformátorů, její plánování, dále investiční rozhodování o výměně transformátoru za nový stroj, a tedy celkové ekonomické využití finančních prostředků. Tabulka 1: Příčiny poruch Příčina Zasažený systém Procentuální podíl Chyba izolace Izolační systém 26 % Chyba výroby Není specifikováno 24 % Neznámá Není specifikováno 16 % Zkrat Izolační systém /Elektrický obvod 7 % Nesprávná údržba Není specifikováno 5 % Přetížení Izolační systém 5 % Kontaminace oleje Izolační systém 4 % Přetížení Požár/exploze Izolační systém /Mechanické části konstrukce Izolační systém /Chladící nádoba s příslušenstvím 4 % 3 % Blesk Izolační systém 3 % Povodeň Vlhkost Chladící nádoba s příslušenstvím Chladící nádoba s příslušenstvím 2 % 1 % Současní provozovatelé výkonových transformátorů v České republice většinou provozují transformátory starší než let a jejich štítková životnost je tedy již vyčerpána nebo bude vyčerpána v relativně krátkém časovém období. Transformátory by tedy měly být vyměněny, ale provozovatel obvykle nemá potřebné finanční prostředky k dispozici. Rozhodovací problém manažera provozovatele transformátorů je obsažen v této formulaci: 65 1

/65 11.. má smysl koupit nový transformátor s lepšími technickými parametry nebo je výhodnější oddálit nákup s tím, že budeme investovat do technologií, které zvýší spolehlivost a životnost stávajícího transformátoru. Předkládaný článek vychází z výše uvedených skutečností a je příspěvkem ke snahám hodnotit spolehlivost transformátorů. Protože je obecně naznačená problematika značně široká, není možné tuto postihnout komplexně. Proto byly vybrány jen některé dílčí problémy, které souvisí s diagnostikou transformátorů. V České republice je na několika pracovištích věnována pozornost teorii diagnostických metod, proto si již této problematiky článek nevšímá. Spíše byl zvolen jiný přístup. Vychází se z popisu obecného transformátoru se zaměřením na vlastnosti nejdůležitějších částí, které ovlivňují spolehlivost a životnost, tedy na izolační systém olej-papír. Při stárnutí tohoto izolačního systému dochází ke vzniku některých plynů, které mohou být indikátorem různých procesů v transformátoru. Tímto se zaobírá jedna z oblastí diagnostiky transformátorů, a to plynová chromatografie. Jsou hodnoceny jen některé výsledky plynové chromatografie, a to se zaměřením na poměry plynů. V technické praxi byly vypracovány různé metody se zaměřením na poměry plynů a právě uvedené je předmětem tohoto příspěvku. Důraz je kladen na využití dat z diagnostických šetření na konkrétních transformátorech, které pracují v energetickém provozu v České republice. - olejové d) dle napětí: - nízkonapěťové e) dle počtu vinutí: - vysokonapěťové - dvojvinuťový - trojvinuťový - vícevinuťový f) dle použití: - energetické - napájecí - bezpečnostní - rozptylový - regulační - měřící 2 Obecný popis transformátoru Transformátor patří mezi elektrické netočivé stroje. Slouží k transformaci napětí, proudu nebo počtu fází. Jedná se obecně o komplexní zařízení, které integruje do jednoho celku několik specializovaných funkčních systémů. Jedná se především o tyto: Elektrický obvod (vinutí) Magnetický obvod (plechy-jádro) Izolační systém; olej, celulóza Chladící nádoba s příslušenstvím Průchodky Přepínače odboček Mechanické části konstrukce Každý z těchto funkčních systémů je ohrožen možností vzniku jemu vlastních specifických poruch. Transformátory lze dle různých hledisek rozdělit: a) dle počtu fází: - jednofázový - trojfázový - speciální b) dle konstrukce magnetického obvodu: - plášťový - jádrový - toroidní c) dle chlazení aktivních částí: - vzduchové Obrázek 1: Celkové sestavení transformátoru s nádobou [ 7 ] Pro potřeby předkládaného příspěvku je uvažován energetický vysokonapěťový trojfázový výkonový olejový transformátor, který je nasazen v konkrétním energetickém provozu. Obecné příklady konstrukčního upořádání sledovaných objektů jsou na obr. 2. 3 Popis datového souboru Pro praktickou část příspěvku byly použity transformátory, jejichž podrobnosti jsou v tab. 2. Zde jsou uvedeny vybrané parametry posuzovaných strojů, tedy jejich zvolené číselné označení, místo provozu, rok výroby, rok ukončení provozu, počet vinutí, převod, výkon, proud, druh oleje a hmotnost oleje. Označení transformátorů bylo zvoleno číselné, a to čísly v prezentovaném případě 3 a 8 (také byly posuzovány i jiné, pro potřeby tohoto příspěvku jsou hodnoceny jen uvedené). V tabulce je dále uvedeno konkrétní místo provozu, např. 65 2

/65 11.. Slapy, čímž je myšlena elektrárna Slapy. Rok výroby transformátoru je zároveň i rokem jeho uvedení do provozu. Další položkou v tabulce je rok ukončení provozu. Pokud není kolonka vyplněna, je stroj ještě funkční. Následuje specifikace počtu vinutí, převodu, výkonu a proudu. Důležitou informací je druh oleje, případně jeho hmotnost. Je používán olej s označením BTSi, což je transformátorový olej minerální inhibovaný olej s elektrickou pevností i větší než kv cm -1. Transformátorový olej ITO je minerální olej inhibovaný, snadno biologicky odbouratelný. Plyny jsou produktem rozpadu řetězců celulózy, proto jejich studium může být důležité pro sledování stavu izolačních systémů transformátorů. K posouzení vlastností transformátorů se používají i poměry plynů. Tyto poměry jsou získávány různými způsoby a mají také svůj typický název. K těmto způsobům patří: Duvalův trojúhelník Rogersova Dörnenburgova metoda Metody podle normy např. IEC 6 599. Dále jsou jednotlivé způsoby popsány více. Duvalův trojúhelník Tato metoda byla vyvinuta Michalem Duvalem a je součástí normy IEC 6 599:1999. Používá se pokud existuje podezření na poruchu na základě zvýšení koncentrace plynu. Způsob používá koncentrace plynů C 2 H 2, C 2 H 4, CH 4. Pro sestrojení trojúhelníku je třeba vyjádřit plyny v procentech z celkového počtu těchto plynů a to takto: %C 2 H 2 = C 2 H 2 /(C 2 H 2 + C 2 H 4 + CH 4 ), %C 2 H 4 = C 2 H 4 /(C 2 H 2 + C 2 H 4 + CH 4 ) a %CH 4 = CH 4 /(C 2 H 2 + C 2 H 4 + CH 4 ). Vypočítané souřadnice plynů %C 2 H 2 ; %C 2 H 4 ; %CH 4 se pak vynesou do trojúhelníkového souřadnicového systému Duvalova trojúhelníku dle obr. 3. Obrázek 2: Příklad konstrukčního uspořádání trojfázových olejových transformátorů V souvislosti s výše uvedeným byl k dispozici značně rozsáhlý datový soubor off-line diagnostikou získaných veličin. Tento soubor je uložen na výzkumném pracovišti autorů příspěvku. Před použitím příslušných dat byl datový soubor náležitě analyzován, např. s využitím matematické statistiky. Tabulka 2: Vybrané parametry transformátorů Označení transformátorů 3 8 Místo provozu Slapy Dlouhé Stráně Rok výroby 1954 1993 Rok ukončení provozu 8 Počet vinutí 2 2 Převod 1/,5 4/22 Výkon [MVA] 63 36 Proud [A] 317/346 495/9446 Druh oleje BTSi ITO Hmotnost oleje [kg] 24 575 4 Poměry plynů v diagnostice transformátorů Obrázek 3: Metoda Duvalova trojúhelníku Trojúhelník je rozdělený do 7 částí. Každá z těchto částí odpovídá jedné ze 7 poruch. Jedná se o částečné výboje (PD), tepelnou poruchu do C (T1), tepelnou poruchu C C (T2), tepelnou poruchu nad C (T3), výboje nízké energie (D1), výboje vysoké energie (D2), tepelnou poruchu nebo elektrický oblouk (DT). Rogersova metoda Rogersova metoda (v textu značena jako Rogersova metoda (1)) vychází z koncentrace plynů C 2 H 2, C 2 H 4, CH 4, H 2, C 2 H 6. Plyny tvoří čtyři poměry: C 2 H 2 /C 2 H 4, CH 4 /H 2, C 2 H 4 /C 2 H 6, C 2 H 6 /CH 4. Dle velikosti jednotlivých poměrů plynů se dostane příslušný kód, který je popsán v tab. 3. Pod určitou kombi- 65 3

Poruchy Poruchy Poruchy /65 11.. nací kódů poměrů plynů je dána porucha. Tato metoda identifikuje 11 poruch. Tyto jsou uvedeny v tab. 4, a to pro určitou kombinaci kromě druhů poruch i velikosti jednotlivých poměrů plynů náležející k dané poruše. Tabulka 3: Koncentrace poměrů plynů a jejich rozdělení na kódy Poměr plynů CH 4 /H 2 C 2 H 6 /CH 4 C 2 H 4 /C 2 H 6 C 2 H 2 /C 2 H 4 Kód 5,1 >,1 < 1 < 1 < 1 <,5 1 1 < 3 1 1 < 3,5 < 3 2 3 3 3 CH4/H2 Tabulka 4: Přehled druhů poruch a jejich koncentrace C2H6/CH4 C2H4/C2H6 C2H2/C2H4 Poměry plynů Poruchy bezporuchový stav 5 částečné výboje 1; 2 přehřátí do 15 C 1; 2 1 přehřátí 15- C 1 přehřátí - C 1 přehřátí vodičů 1 1 vinutí oběhových proudů 1 2 přehřáté spoje, jádro a nádrž cirkulujících proudů 1 přeskok bez schopnosti opakování 1; 2 1; 2 hoření oblouku se schopností opakování 2 2 jiskření, možnost změny místa 5 1; 2 částečné výboje se sledováním Rogersova metoda (v textu značena jako Rogersova metoda (2)) byla přepracována pro tři poměry a to pro C 2 H 2 /C 2 H 4, CH 4 /H 2, C 2 H 4 /C 2 H 6. Tato metoda se používá při překročení normálních koncentrací plynů. Pomocí těchto poměrů jde odhalit 5 druhů poruch, a to nízkoteplotní poruchu, teplotní poruchu do C, teplotní poruchu nad C, výboje nízké energie a hoření oblouku. V tab. 5 je přehled druhů poruch a velikosti jednotlivých poměrů plynů náležející k dané poruše. Dörnenburgova metoda Dörnenburgova metoda vychází z těchto plynů C 2 H 2, C 2 H 4, CH 4, H 2, C 2 H 6. Dané plyny jsou obsaženy v poměrech a to v: C 2 H 2 /C 2 H 4, CH 4 /H 2, C 2 H 2 /CH 4, C 2 H 6 /C 2 H 2. Výsledky poměrů plynů indikují 3 hlavní druhy poruch a to tepelné chyby, výboje malé intenzity a hoření oblouku. V tab. 6 je přehled druhů poruch a velikosti jednotlivých poměrů. Metoda podle IEC 6 599 Metoda podle IEC 6 599 je metoda založena na Rogersově metodě. Metoda využívá tyto plyny: C 2 H 2, C 2 H 4, CH 4, H 2, C 2 H 6. Dané plyny jsou součástí těchto poměrů: C 2 H 2 /C 2 H 4, CH 4 /H 2, C 2 H 4 /C 2 H 6. Metoda detekuje 6 poruch a to částečné výboje, výboje nízké energie, výboje vysoké energie, tepelná porucha do C, tepelná porucha C- C, tepelná porucha nad C. V tab. 7 je přehled druhů poruch a velikosti jednotlivých poměrů. C2H2/C2H4 Tabulka 5: Přehled druhů poruch a jejich koncentrace CH4/H2 Poměry plynů C2H4/C2H6 <,1 >,1 < 1 <,1 bezporuchový stav <,1 <,1 <,1 výboje nízké energie,1 3,1 1 > 3 hoření oblouku <,1 >,1 < 1 1 3 nízkoteplotní porucha <,1 > 1 1 3 tepelná porucha do C <,1 > 1 > 3 tepelná porucha nad C Tabulka 6: Přehled druhů poruch Dörnenburgovi metody a koncentrací poměru plynů daných poruch CH4/H2 C2H2/C2H4 Poměry plynů C2H2/CH4 >,1 <,75 <,3 >,4 tepelná porucha <,1 nevýznamná <,3 >,4 výboje nízké energie >,1 < 1 >,75 >,3 <,4 hoření oblouku Tabulka 7: Přehled druhů poruch IEC 6599 metody a koncentrací poměru plynů daných poruch C2H2/C2H4 CH4/H2 C2H6/C2H2 Poměry plynů nevýznamné <,1 <,2 částečné výboje > 1,1,5 > 1 výboje nízké energie,6 2,5,1 1 > 2 výboje vysoké energie nevýznamné > 1 nevýznamné < 1 tepelná porucha do C <,1 > 1 1 4 tepelná porucha C- C <,2 > 1 > 4 tepelná porucha nad C Pomocná kritéria C2H4/C2H6 65 4

2 4 9 6 8 7 5 3 2 11 9 12 8 3 6 7 4 5 1 /65 11.. Existují ještě pomocná kritéria. Vychází se z plynů CO, CO 2, O 2, N 2, C X H Y. Tyto plyny tvoří dané poměry CO 2 /CO, O 2 /N 2, CO 2 /C X H Y, C 2 H 2 / H 2. Poměr plynů CO 2 /CO se používá k hodnocení degradace papírové izolace. Pokud je hodnota poměru 3, může být papírová izolace tepelně poškozena uhelnatěním (uhelnatění celulózové izolace). Pokud hodnota poměru je větší než 11, pak je v izolaci zvýšena teplota (vyšší než normální teplota v izolaci). Poměr plynů O 2 /N 2 se používá ke sledování vývoje kyslíku. Pokud je poměr kolem,5, jedná se o rovnovážný stav mezi izolačním olejem a atmosférickým vzduchem. Jestliže však je poměr,3, je indikována větší spotřebu kyslíku, což svědčí o urychlení stárnutí izolačního systému. 5 Vybrané metody poměrů plynů V této kapitole jsou uvedeny výsledky vybraných metod poměrů plynů. Jsou diskutovány tyto metody: metoda Duvalova trojúhelníku, Rogersova metoda (1), Rogersova metoda (2), Dörnenburgova metoda a metoda podle IEC 6599. Nejprve jsou uvedeny výsledky aplikace metody Duvalova trojúhelníku pro dva transformátory a dále výsledky ostatních metod jsou shrnuty v tabulkách. Úplně na závěr jsou rozebrány výsledky pro všechny zbývající transformátory. Na obr. 4 jsou znázorněny výsledky metody Duvalova trojúhelníku pro transformátor 3 a souhrnně pro tento transformátor popsány v tab. 8. Z nich je patrné, že se u tohoto transformátoru vyskytovaly převážně poruchy tepelné, dále tepelné poruchy nebo elektrické výboje a výboje částečné. Následně jsou srovnány výsledky ostatních metod pro transformátor 3, podrobnosti jsou v tab.. Totéž je provedeno pro transformátor 8. V tab. 11 jsou opět srovnány výsledky ostatních metod. V tabulkách jsou jenom výsledky pro vybrané doby provozu, kde byly k dispozici hodnoty všech výše použitých metod analýzy plynů. V některých případech lze sledovat údaje pro stejné doby provozu, ale v těchto případech se jedná o provedení více kontrolních měření v jednom roce. Tabulka 8: Výsledky Duvalova trojúhelníku pro transformátor 3 Výsledky metody Duvalova trojúhelníku pro transformátor 3 Doba provozu [roky] Druhy poruchy 27 4 31 1 4 2 43 48 2 5 52 2 53 54 Legenda poruchy tepelná porucha nebo elektrický výboj 1 tepelná porucha do C 2 tepelná porucha nad C 3 vysokoenergetický výboj - oblouk 4 částečné výboje T2 4 6 CH 4 % 5 C 2 H 4 % 5 8 6 4 D1 D2 DT T3 T1 PD PD T1 T2 4 CH 4 % 6 5 C 2 H 4 % 5 6 4 D1 D2 DT T3 6 5 C 2 H 2 % 4 6 5 C 2 H 2 % 4 Obrázek 4: Metoda Duvalova trojúhelníku pro transformátor 3 Na obr. 5 je možné sledovat výsledky metody Duvalova trojúhelníku pro transformátor 8. I v tomto případě jsou výsledky souhrnně uvedeny v tab. 9. Nejčastěji se vyskytovaly tyto poruchy: tepelná porucha nebo elektrický výboj, hoření oblouku. Obrázek 5: Metoda Duvalova trojúhelníku pro transformátor 8 Pro lepší názornost je ještě přidán obr. 6, který je vyjádřením četnosti poruch pro jednotlivé metody u transformátoru 3 vztažena k době provozu objektu. Z obrázku vyplývá, že v tomto případě metoda Duvalova trojúhelníku signalizuje tepelnou poruchu do C, tepelnou poruchu - C, tepelnou poruchu nad C a částečné výboje, a to v četnosti dle obrázku. Rozdílné výsledky je možné sledovat u Rogersovy metody 1, kde tato metoda signalizuje pouze vyšší než normální teplotu v izolaci. 65 5

Metoda podle IEC 6599 Dörnenburgova metoda Rogersova metoda (2) Rogersova metoda (1) Metoda Duvalova trojúhelníku Doba provozu [roky] Metoda podle IEC 6599 Dörnenburgova metoda Rogersova metoda (2) Rogersova metoda (1) Metoda Duvalova trojúhelníku Doba provozu [roky] /65 11.. Podobné lze konstatovat u Rogersovy metody 2, která poukazuje také pouze na jiskření nebo hoření oblouku, případně na normální stav. Tabulka 9: Výsledky Duvalova trojúhelníku pro transformátor 8 Výsledky metody Duvalova trojúhelníku pro transformátor 8 Doba provozu [roky] Druhy poruchy 4 2 5 6 7 2 8 2 9 11 12 13 3 14 15 Legenda poruchy tepelná porucha nebo elektrický výboj 1 tepelná porucha do C 2 tepelná porucha nad C 3 vysokoenergetický výboj - oblouk 4 částečné výboje Obrázek 6: Grafické vyjádření četnosti poruch pro jednotlivé metody u transformátoru 3 Dörnenburgova metoda vykazuje opět rozdílné výsledky, signalizuje pouze normální stav. Metoda podle normy IEC 6599 také znázorňuje pouze normální stav. Je však nutné podotknout, že výsledky mohou být v daných případech ovlivněny chybějícími daty, např. nebyla měřena koncentrace některých plynů potřebných pro používaný poměr. Tabulka 11: Srovnání diagnostických metod u transformátoru 8 Srovnání diagnostických metod transformátoru 8 Tabulka : Srovnání diagnostických metod u transformátoru 3 Srovnání diagnostických metod transformátoru 3 52 3 4 6 7 7 54 1 4 7 7 7 Legenda poruch tepelná porucha 1 tepelná porucha nebo elektrický výboj 2 tepelná porucha - C 3 tepelná porucha nad C 4 vyšší než normální teplota izolace 5 oblouk 6 jiskření nebo hoření oblouku 7 bezporuchový stav 8 jádro a přehřátí 9 přehřátí vodičů 6 1 7 6 7 7 7 3 4 6 7 7 8 3 7 6 7 7 9 1 7 6 7 7 1 9 6 7 7 11 1 7 7 7 7 12 1 7 7 7 7 13 5 7 7 7 7 14 1 7 7 7 7 Legenda poruch tepelná porucha 1 tepelná porucha nebo elektrický výboj 2 tepelná porucha - C 3 tepelná porucha nad C 4 vyšší než normální teplota izolace 5 oblouk 6 jiskření nebo hoření oblouku 7 bezporuchový stav 8 jádro a přehřátí 9 přehřátí vodičů 65 6

/65 11.. Na obr. 7 je vyjádření četnosti poruch pro jednotlivé metody u transformátoru 8 vztažena k době provozu objektu. Závěry pro tento transformátor a i jednotlivé metody by byly podobné, přesný rozbor je patrný z obrázku. Obrázek 7: Grafické vyjádření četnosti poruch pro jednotlivé metody u transformátoru 8 Z provedeného rozboru je možné konstatovat, že metoda Duvalova trojúhelníku podrobněji rozebírá tepelné poruchy, na ostatní poukazuje v míře menší. Další používané metody zase spíše signalizují ostatní poruchy. Je tedy patrné, že obdržené závěry se liší. Výsledky četnosti poruch u ostatních transformátorů pro jednotlivé metody jsou postupně uvedeny obr. 6 a obr. 7. To také zdůvodňuje skutečnost, že jednotlivá diagnostická pracoviště používají pouze některé metody a výsledky konfrontují se závěry z dalších na transformátoru provedených diagnostických šetření. Vychází ze zjištění, že se v transformátoru děje nějaká změna a tuto se snaží na základě komplexního posouzení odhalit a popsat. 6 Závěr Předkládaný příspěvek poukazuje na jeden z mnohých problémů v off-line diagnostice výkonových olejových transformátorů, které jsou nasazeny v energetickém provozu. Problematika metod analýzy plynů je značně široká a např. v [ 8 ] jsou uvedeny a popsány další skutečnosti a podrobnosti. Je prospěšné a důležité, že je analýze plynů v diagnostice transformátorů věnována značná pozornost. Pracoviště autorů se uvedeným již několik let také intenzivně zaobírá. I ve světě se plynové chromatografii u transformátorů intenzivně věnují, o čemž svědčí např. literatura [ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ]. Je však nutné zdůraznit, že ke správným a jednoznačným závěrům v diagnostice transformátorů nepřispívá jenom analýza plynů, ale i závěry z dalších diagnostických šetření a jejich vzájemné porovnání a rozbor. Další diagnostická šetření a jejich popis však překračují rámec toto příspěvku, proto nejsou dále zmiňována. Rovněž není rozebírána rozvíjející se on-line diagnostika transformátorů, kde kromě jiných metod jsou také používány analýzy plynů a i konkrétně v článku popisovaná metodika poměrů plynů. Literatura [ 1 ] Business Case for Transformer On-line Monitoring EPRI Diagnostic Conference July 6 - souhrn materiálů. 6. [ 2 ] NEUMANN, Jacek. DGA - Plynová chromatografie - příklad a možnosti hodnocení [online]. Poslední revize 6.. 8. [cit. 9-5-]. Dostupné z: <http://www.eldiag.cz/texty/dga.html>. [ 3 ] NEUMANN, Jacek. Chromatografický rozbor plynů z kondenzátorových průchodek obsahujících izolační olej [online]. Poslední revize 6.. 8. [cit. 9-5-]. Dostupné z: <http://www.eldiag.cz/texty/rozbor.html>. [ 4 ] PUKEL, G. J.; MUHR, H. M.; LICK, W.: Transformer diagnostics: Common used and new methods [online]. [cit. -4-17]. Dostupné z: <https://online.tugraz.at/tug_online/voe_main2.getvo lltext?pdocumentnr=3667&pcurrpk=15463> [ 5 ] SUWARN. Dissolved Gas Analysis of Transformer Oils: Effects of electric arc [online]. Poslední revize 12. 9. 6 [cit. -4-17]. Dostupné z: <http://www.labplan.ufsc.br/congressos/wseas/papers /517-461.pdf>. [ 6 ] TAPAN, K. Saha. Review of Modern Diagnostic Techniques for Assessing Insulation Condition in Aged Transformers. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation [online]. 3, Vol., No. 5. [cit. -4-17]. Dostupné z: <http://espace.library.uq.edu.au/eserv/uq:9857/sahadeis-review.pdf>. [ 7 ] VLADAŘ, Jaroslav; ZELENKA, Jiří. Elektrotechnika a silnoproudá elektronika. 1. vyd. Praha: SNTL, 1986. 479 s. 4-545-86. [ 8 ] ŠIMKOVÁ, Martina. Příspěvek k diagnostice výkonových olejových transformátorů. Brno: VUT v Brně. Fakulta strojního inženýrství. Ústav výrobních strojů, systémů a robotiky.. 154 s. Vedoucí disertační práce doc. Ing. Hammer M., CSc. Článek vznikl v rámci projektu GAČR 2/8/1118 Inteligentní diagnostika elektrických strojů 65 7