V poslední době se stále častěji začínají používat vakuové separátory (VS) zajišťující sušení a odplyňování olejových transformátorů v provozu. Pomine-li se fakt, že transformátor má být vyroben a provozován tak, že zvláštní zásahy do izolačního systému mají být spíše mimořádné (porucha), je naším hlavním argumentem proti provozu separátorů diskriminace nejspolehlivější diagnostické metody, kterou je plynová chromatografie. Ta může při aplikaci separátoru indikovat závady jen v omezené míře. V praxi bylo zjištěno, že stroje o výkonu 250 MVA jsou dokonale „očištěny“ od rozkladových plynů asi po měsíci provozu separátoru. Může nastat případ, že provozovatel má k dispozici suchý a odplyněný stroj, ale chybí mu podstatná informace o případném riziku havárie stroje.
Vzhledem k různé rozpustnosti rozkladových plynů dochází i ke změně velikosti poměrových kritérii při analýze plynů z výdechu separátoru. Plyny s nižším koeficientem rozpustnosti jsou odčerpávány snáze než ostatní plyny a následně je ovlivněna i analýza plynů získaných běžným způsobem.
Použití separátoru připadá v úvahu u nehermetizovaných strojů se stálým přísunem vzdušných plynů z okolní atmosféry. U funkční hermetizace stroje by nasazení separátoru v konečné fázi sloužilo pouze k event. odčerpávání rozkladových plynů či reakční vody.
U nehermetizovaných strojů vyvstává otázka umístění sacího potrubí separátoru v olejovém systému stroje. Umístění u dna nádoby bude působit částečně jako „ventilátor“, který „propláchne“ iz. systém olejem syceným vzduchem v konzervátoru. Instalace sacího potrubí v blízkosti konzervátoru (či v něm) sice lépe odplyní shromážděný olej, ale absolutní hermetizaci nezajistí. Proplachování iz. systému vzduchem je patrné již ze změněného poměru N₂/O₂, který se liší od neošetřovaných strojů a je prakticky shodný se složením atmosféry.

Tento příspěvek se však týká další problematiky související s dlouhodobým provozem a nasazením vakuových separátorů. V publikacích zabývajících se propagací vakuových separátorů se uvádí, že míra vysušení pevné izolace je tím vyšší, čím vyšší je teplota stroje, což souvisí s použitým fyzikálním principem. Dokonalé vysušení, jak se obvykle uvádí, je možné dosáhnout při teplotě cca 70-80 st.C. Pro optimální provoz separátoru resp. procesu sušení je tedy doporučeno upravit zatížení stroje tak, aby pracoval v uvedeném pásmu provozních teplot. Současným odplyňováním izolačního systému se má odstranit riziko urychleného stárnutí.
Toto tvrzení je nutné konfrontovat s některými poznatky z praxe. V převážné většině případů, kdy jsme měli možnost změřit celkový obsah plynů rozpuštěných v izolačním oleji z ošetřovaného stroje separátorem, nebylo dosaženo nižší hodnoty než cca 2000 ppm kyslíku (O₂). Dr. Blahník uvádí, že pro nastartování oxidačního stárnutí postačuje, aby obsah plynů byl nad 1000 ppm O₂. Z uvedených poznatků vyplývá, že za těchto podmínek lze zpochybnit tvrzení, že při dlouhodobé aplikaci vakuového separátoru nedochází k oxidačnímu stárnutí izolačního systému.
Sporná zůstává otázka obsahu O₂ v pevné izolaci, kdy jak z hlediska času a množství dojde k odplynění pevné izolace a nastane rovnovážný stav.
V praxi byla několikrát provedena chromatografická analýza na strojích, které pro vysoký obsah rozkladových plynů byly odplyněny (při filtraci). Při opakovaných měřeních po odplynění docházelo k opětovnému exponenciálnímu nárůstu rozkladových plynů rozpuštěných v iz. oleji. Několikadenní hluboké vakuování systému resp. izolačního oleje tedy plyny z pevné izolace beze zbytku neodstranilo. Nárůst plynů desorpcí z pevné izolace u strojů nejvyšších výkonů po skončené filtraci trval asi dva měsíce, než došlo k rovnovážnému stavu. Na základě tohoto poznatku je dosažení rovnovážného stavu z hlediska plynů rozpuštěných v oleji a obsažených v pevné izolaci proces dlouhodobý, s časovou konstantou mnohonásobně větší, než je tomu u vody (viz praktické poznatky s haváriemi PT v letních odpoledních hodinách). Déletrvajícímu ustavení plynné rovnováhy nasvědčuje i proces opačný tj. sycení izolačního systému nehermetizovaných strojů vzdušnými plyny. Např. u strojů typu 67J₂208/170 (66 MVA) dochází k rovnovážnému stavu cca za 2 až 3 roky viz následující obr.

Na obrázku je příklad ustavení rovnováhy, převážně vzdušných plynů u nových, řádně odplyněných, strojů.

Druhým důležitým faktorem je vliv teploty. Z Montsingerova pravidla lze odvodit přetížení, resp. zkrácení života izolačního systému stroje, který byl konstruován na určitou provozní teplotu, je-li tato při aplikaci separátoru překročena. Z grafu (Montsingerova teplota, / tj. vzrůst teploty způsobující pokles životnosti iz. média o polovinu, / = 8 ^oC), který ukazuje varianty pro provozní teploty od 50 do 80 stupňů Celsia, lze odečíst jaké důsledky zvýšení provozní teploty bude mít na zkrácení životnosti izolačního systému při existenci tepelně oxidačního stárnutí. Pokud je imaginární stroj navržen na některou z uvedených teplot ( 50 až 80 ^oC), má pracovat v příkladu zvolených 32 let.

Každá křivka ukazuje jak se zvýšení teploty promítne do zkrácení počtu dnů života systému (např. zvýšení o 5 ^oC z „konstrukční“ teploty způsobí pokles asi na 8000 dnů, tj. pokles o cca 10 let!) U stroje s konstrukční teplotou 80 stupňů teoreticky nebezpečí nehrozí. Ale např. u stroje s výpočtovou teplotou 65 stupňů, provozování při teplotě 80 stupňů zkrátí životnost na 3 200 dnů, což je méně než 9 let, tedy více jak 3,5x. Pro extrémní případ systému určenému k provozování při 50 st.C, povede provoz při teplotě 100 stupňů k teoretickému zkrácení života z 32 let na 154 dnů! Z křivek je patrné, že se vzrůstajícími teplotami se zmenšuje vliv počátečního náskoku teplotně "odolnějších" strojů. Většina olejových transformátorů bez umělého chlazení byla navržena na teplotu 65 st.C (ČSN 65 1000).

Zajímavá je konfrontace uvedených závislostí s praktickými poznatky. Lze je např. dokumentovat urychlenými zkouškami stárnutí nových izolačních olejů. Při této zkoušce je aplikována teplota 100 st.C s dostatkem vzdušného kyslíku a mědi. Životnost průměrného moderního izolačního oleje při této zkoušce je cca 1200 hod, tj. 50 dnů, což může odpovídat životnosti zvolených 32 let u reálného stroje, navrženého na konstrukční provozní teplotu 65 st.C, v praxi však je průměrná provozní teplota jen asi 40 až 50 st.C. Jinými slovy: Pokud by tento nový olej byl provozován při teplotě cca 40 st.C., bude jeho životnost 32 let. (Tato teplota se zdá být ve srovnání s praxí příliš nízká, ale kdo se pohybuje kolem síťových strojů ví, kolik dnů je teplota strojů ještě nižší.) Na druhou stranu u strojů zatěžovaných jmenovitým výkonem se asi dosud nenajde takový, který by měl původní náplň 32 let. Jistě také bude mít svůj vliv na přesnost odhadu i mnohořádová extrapolace mezi 50 a 12000 dny. Zvážením uvedených faktů se zdá být odhad životnosti velmi reálný a mohl by svědčit i o dobře navržených parametrech zkoušky stárnutí podle metodiky ELDIAG.

Ze starších prací EGÚ Brno i ŠKODA Plzeň je známo, že byly prováděny jednak praktické ale i teoretické práce, z nichž vyplynulo, že v každém transformátoru existují místa, kde lokální teploty převyšují naměřenou teplotu pod víkem stroje. Lokální přehřátí se samozřejmě liší podle konstrukce stroje a může překračovat teplotu stroje o více než 20 st.C. Existuje-li takovéto místo, pak součet s doporučovanou teplotou pro vysušení stroje již překračuje únosnou mez. Kromě toho zákonitě dochází k únavě i dalších materiálů zvláště pak různých těsnění, která ztrácejí svou pružnost a začíná ze stroje iz. olej unikat.
Závěrem je tedy možné konstatovat, že zvyšování teploty nad běžnou provozní, a zvláště nad výpočtovou teplotu a při dlouhodobějším provozu na zvýšené teplotě při vysoušení stroje prakticky vždy zkracuje jeho životnost.
V této souvislosti lze vyslovit faktický poznatek o bezprostředním ohrožení provozní spolehlivosti stroje vlivem vlhkosti v izolačním systému. Za dobu naší praxe přesahující 30 let jsme nebyli svědky jediného případu havárie transformátoru (kromě přístrojových transformátorů), kdy bezprostřední příčinou byl navlhlý izolační systém. K tomu jsou k dispozici stovky výsledků měření, v nichž vlivem vlhkosti byla naměřena el. pevnost oleje menší než 25 kV, nebo obsah vody rozpuštěné v izolačním oleji dosahoval hodnot přes 40 ppm (konkrétně 115 a 365 případů ze souboru 918 měření ohrožených strojů). Tím se netvrdí, že navlhnutí stroje je možné připustit resp. jej provozovat pro jiná další negativa. Je však možné připustit nebo vlastně požadovat provoz stroje např. s řádně ošetřovaným vysoušečem, který sice nemusí zajistit stopově nízkou hladinu vlhkosti v systému, ale provozní spolehlivost zajištěna bude bez přítomnosti pomocných berliček, které kladou paradoxně vyšší nároky na údržbu (vydrží VS pracovat po dobu životnosti transformátoru?), provoz je složitější a dražší, mají-li separátory pracovat spolehlivě.

V Praze 4/2001

návrat na stranu TEXTY