Metoda plynové chromatografie je v diagnostice transformátorů metodou nepřímou. To znamená, že neexistuje přímá vazba mezi hodnotou průrazného napětí stroje a koncentrací určitého plynu, nebo jejich kombinace. Existuje-li však v izolačním systému olej-papír místo, které je elektricky nebo tepelně (příp. kombinací obou dějů) přetížené, výslednou reakcí je tvorba rozkladových plynů. Tohoto jevu se proto běžně využívá k indikaci event. závad. Koncentrace rozkladových plynů mohou být nízké (přijatelné) nebo již dosahují vysokých hodnot, při kterých již v provozu došlo ke zhroucení přetížené lokality izolačního systému.
Stanovení koncentrací, které jsou přijatelné pro provoz přístrojových transformátorů (PT), resp. koncentrací které již signalizují vážné poškození je možné mnoha způsoby. Jedním z nich je i empirický odhad z většího souboru prakticky naměřených hodnot. Dominantním plynem u PT bývá nejčastěji vodík (H2). Na obr.1 je uveden příklad znázorňující 750 analýz (PTP TPE11E). Z původního souboru (1300 vzorků) byly vyloučeny analýzy u kterých byla koncentrace vodíku menší než 1 ppm.
Průběh křivky lze popsat tak, že v prvé části je prakticky exponenciální. PT, které se nacházejí v této oblasti lze označit jako vyhovující. Se stoupající koncentrací se na křivce ukazuje zvrat. Oblast inflexního bodu je možné označit za nestabilní, kdy další průběh může akcelerovat, nebo lokální děj odezněl a v dalším období koncentrace klesá (poznatek z praxe). PT, u kterých je však koncentrace vodíku ještě vyšší se obvykle v kratším časovém horizontu přesouvají do oblasti, kde již dochází k provozním haváriím.
Na křivce jsou spuštěny kolmice na osu x v úrovních 100 ppm, 120 ppm a 350 ppm. Oblast do 120 ppm lze s určitou rezervou považovat za stabilní. Oblast 120 až 350 ppm obsahuje PT, které se dříve nebo později přesunou k vyšším nebo nižším hodnotám. Při koncentracích asi od 350 ppm lze téměř s jistotou očekávat další nárůst s možností selhání izolačního systému.
Obr. 1
Uvedené hranice mohou být ovlivněny použitou metodikou měření, což legalizuje rezervu hranice 120 ppm. Působí zde vliv celého řetězce kroků od způsobu odběru vzorku, přesun do laboratoře, dobu mezi odběrem a analýzou a nakonec i plynotěsnost odběrového zařízení.
Obr. 2
Průběh četnosti koncentrací metanu (CH4) obr. 2 není tak jednoznačný jako u vodíku. Ze základního souboru, bylo vynecháno 141 ks pro C4<1 ppm. Čáry protínající graf jsou umístěny na hodnotách 60 ppm, 80 ppm a 100 ppm. Spodní hranice pro označení PT jako „Ohrožený“ byla opět volena s malou rezervou pro možný únik plynů v období mezi odběrem a analýzou. Tento PT je nadále v provozu, pouze se zkracuje interval kontrolního měření. PT u nichž je C4>100 ppm již častěji směřují k hodnotám vyšším než naopak.
Pokud se porovnají produkce vybraných rozkladových plynů, je nejčastější pořadí koncentrací klesající od H2, CH4, C2H6 (etan), C2H4 (etylen). V tabulce jsou uvedeny průměry koncentrací ppm ve skupině do tříd podle metanu.
| CH4 | H2 | C2H6 | C2H4 |
| 0 | 38 | 4,9 | 1,7 |
| 1 | 53 | 0,7 | 1,8 |
| 10 | 82 | 11 | 2,3 |
| 100 | 1800 | 39 | 5,2 |
| 1000 | 5200 | 310 | 6,2 |
| 10000 | 24000 | 1600 | 15 |
Z tabulky je patrné dominantní postavení vodíku. V praxi se občas vyskytne případ, kdy převažují ostatní plyny, nebo dokonce H2 chybí. Opakovanou analýzou bylo v některých případech zjištěno, že došlo k úniku plynů ze vzorku vlivem dlouhé doby mezi odběrem a zkouškou, nebo „vymytím“ vodíku při odběru tím, že se současně přisál vzduch z okolní atmosféry drobnými bublinkami. Obsluha pak „přebytečný“ plyn ze vzorku odstranila.
Z koeficientu rozpustnosti vodíku v izolačním oleji je patrné, že ze všech rozkladových plynů je vodík řádově nejméně rozpustný a proto také nejsnáze z oleje uniká!
V ostatních málo případech (promile) kdy vodík chybí se nabízí vysvětlení, že k úniku došlo netěsností PT. V těchto případech je nutná zvláštní pozornost, aby nedošlo k nesprávnému závěru. Další rozkladové plyny svědčí o tom, že v izolačním systému probíhá nějaký nenormální děj.
Obr. 3
Četnosti C2H6 uvedené na obr. 3 tvoří celkem „hladkou“ křivku. Jedná se o výběr 477 ks PT z uvedené souboru pro C2H6>1. Kolmice k ose x vymezují interval 150 až 300 ppm. Pro uvedené hranice platí již uvedené kritérium tj. pásmo pro „ohrožené“ PT.
Dalším plynem, který se často používá pro posouzení, zda není napadena pevná – papírová část izolace je oxid uhelnatý. Korelace CO s ostatními plyny nebyla v tomto případě zjištěna. Vliv sehrává skutečnost, že se jedná o hermetizované přístroje a je tedy omezen nebo zamezen přístup kyslíku. Typický pro hermetizované PT je nízký obsah kyslíku pohybující se pod hranicí 2000 ppm (cca 15%) a cca 50% je pod hodnotou 10000 ppm. Grafické vyjádření výskytu O2 je však zkresleno skutečností, že poruchy hermetičnosti sledovaných PT jsou relativně časté. U některých typů je z hlediska chromatografie nutné uvažovat jako o částečně hermetizovaných PT, neboť je použit pružný, nekovový vak, jehož difuzní konstanty nám sice nejsou známy, lze ale předpokládat, že prostup plynů bude nezanedbatelný.
Četnosti CO jsou uvedeny na obr.4. Při zanedbání asi 10 kusů PT s nevyšší naměřenou koncentrací je možné průběh četností aproximovat polynomem třetího stupně
(y=5e-6x3-0,0047x2+1,56x+17), inflexní bod zjištěný derivací této křivky je cca 300 ppm. Je otázkou, zda takto určená koncentrace má nějaký fyzikální význam a zda koncentrace vyšší znamenají přímé ohrožení provozuschopnosti. Výjimkou jsou samozřejmě případy, kdy při opakovaných měřeních dochází k nárůstu tohoto plynu.
Při detailní prohlídce rozebraných PT byla zjištěna technologická nekázeň při svařování některých dílů (hrany), kde potom byla nalezena popálená nebo zuhelnatělá papírová izolace.
Obr. 4
Na obr.5 jsou ještě jednou uvedeny naměřené koncentrace vodíku, pro názornost tentokráte v lineárních souřadnicích. Z obrázku je patrné, že existuje relativně ostrá hranice mezi PT bez závad a těmi, u kterých se odehrává nějaký negativní děj.
Obr. 5
Poznámka: Položky vyjádřené na ose x reprezentují zastoupení naměř. hodnot jednotlivých PT ve znázorňovaném souboru. To znamená, že některá hodnota byla číselně stejná pro dva nebo i více kusů PT, v grafech je však zastoupena jedním bodem.
Kromě stanovení kriteriálních hodnot rozkladových plynů je pro vyhodnocení, jako u ostatních diagnostických metod, důležité sledovat trendy všech měřených složek.
V Praze 7/2000