Soluzioni sostenibili per la gestione del ciclo di vita
(LCM) di trasformatori elettrici con oli isolanti

Degrado carte isolanti

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Definizioni

 

Carta, carta kraft, carta isolante, cartoni/cartogeni

paper – carte (dall’Electropedia IEC)

cellulosic paper of certain types, frequently characterized by their relatively high rigidity
Note – In general the term paper is used for cellulosic papers if not otherwise specified. [fonte]

Kraft paper – carta kraft (da Wikipedia)

Electrical insulation paper (da Wikipedia)

(paper) board – cartoni, cartogeni (dall’Electropedia IEC)
generic term applied to certain types of cellulosic paper frequently characterized by their relatively high rigidity
Note – For some purposes, materials of grammage (mass in grammes per square meter surface area) less than 225 g/m2 are considered to be paper, and materials of grammage of 225 g/m2 or above are considered to be board. [fonte]


Nomex, TUP (thermal upgraded paper)

Nomex (dall’Electropedia IEC)

TUP (dalla IEC 62874:2015)
thermally upgraded kraft paper

 

Degree of polymerization (of a polymer) (dall'Electropedia IEC)

the average value of the number of monomeric units in the molecules of a polymer
Note – Different average values (number, mass, or viscometric average) can be determined for the same material. [fonte]

 

Degradation - degrado (of performance) (dall'Electropedia IEC)

an undesired departure in the operational performance of any device, equipment or system from its intended performance
Note – The term “degradation” can apply to temporary or permanent failure. IEV ref. 161-01-19 [fonte]

 

Power transformer - trasformatore di potenza (dall'Electropedia IEC)

a static piece of apparatus with two or more windings which, by electromagnetic induction, transforms a system of alternating voltage and current into another system of voltage and current usually of different values and at the same frequency for the purpose of transmitting electrical power – IEV ref 421-01-01 [fonte]

 

Mineral insulating oil - olio minerale, natural esters - estere naturale, Synthetic organic ester - estere sintetico

Mineral insulating oil

insulating liquid derived from petroleum crudes
Note – Petroleum crude is a complex mixture of hydrocarbons with small amounts of other natural chemical substances.
IEV ref. 212-17-02 [fonte]

Natural esters (dalla IEC 62770)
vegetable oils obtained from seeds and oils obtained from other suitable biological materials and comprised of triglycerides
IEC 62770, ed. 1.0 (2013-11)

Synthetic organic ester (dall’Electropedia IEC)
insulating liquid produced from acids and alcohols by chemical reaction
Note – These esters include mono-, di- and polyol-esters.
IEV ref. 212-17-08 [fonte]

 

Reclaim - rigenerazione, reconditioning - trattamento fisico

Reclaiming (dal Glossario IEC)
elimination of soluble and insoluble contaminants from an insulating liquid or gas by chemical adsorption means, in addition to mechanical means, in order to restore properties as close as possible to the original values or to the levels proposed in this standard
Published in: IEC 60480, ed. 2.0 (2004-10) – Reference number: 3.3.5 – Source: IEV 212-09-05 (modified) [fonte]

Reconditioning (dal Glossario IEC)
process that eliminates or reduces gases, water and solid particles and contaminants by physical processing only
Published in: IEC 60422, ed. 4.0 (2013-01) – Reference number: 3.5 [fonte]

Depolarization (dal Glossario IEC)
process of removing electrical polarization from an electrical insulating material until the depolarization current is negligible
NOTE Depolarization is generally recommended before measuring the resistive properties of an electrical insulating material.
Published in: IEC 62631-1, ed. 1.0 (2011-04) – Reference number: 3.12 [fonte]

 

 

Introduzione

 

Isolamento elettrico

[ALT img: Degrado carte isolanti]

Nei trasformatori elettrici l’isolamento è garantito principalmente dalla somma di materiale solido, ad esempio carta kraft, e fluidi isolanti, principalmente oli minerali. Questa importante innovazione è stata inventata e rivendicata dal noto scienziato Nikola Tesla a partire dal brevetto n. 655,838 “Method of Insulating Electric Conductors” del 14 agosto 1900 “my invention any kind of fluid capable of meeting the requirements (75…) as oil, may be used (130…)” e da molti altri brevetti.

L’isolante solido, chiamato anche carte isolanti o cartogeni, deriva principalmente dai processi di produzione della carta kraft (vd. definizioni per approfondire). Il risultato è un prodotto che offre sorprendenti proprietà sia dal punto di vista meccanico che elettrico. In questo settore la carta kraft ha trovato una delle sue più importanti applicazioni, in particolare nell’isolamento delle apparecchiature elettriche fino ad altissime tensioni. Nel tempo, grazie all’impiego di specifici additivi, la carta kraft è stata migliorata soprattutto nel suo comportamento in relazione alla temperatura dando origine alle carte TUP (Thermal Upgraded Paper). Sul mercato sono disponibili anche prodotti basati su polimeri sintetici, per esempio il materiale Nomex della Dupont, un composto a base di meta-aramide.

Per quanto riguarda l’isolante liquido, oltre agli oli minerali, ci sono anche gli esteri naturali, gli esteri sintetici, i fluidi siliconici ed in passato anche l’Askarel a base di PCB.

 

 

La carta kraft

Le carte isolanti vengono impregnate con olio o altri liquidi isolanti. Al termine del ciclo di impregnazione (tipicamente sotto vuoto, 60-80 °C, e almeno 72 ore) la carta kraft arriva ad impregnarsi di olio fino al 150-180% della sua massa iniziale.
La carta kraft ricopre i conduttori in rame o alluminio, al fine di isolarli elettricamente, ed è quindi esposta a stress di tipo termico, elettrico e meccanico.
La proprietà principale della carta è il DP (IEC 450:1974), grado di polimerizzazione. Questo parametro caratterizza le proprietà del materiale che sono principalmente: resistenza alla trazione, allungamento, resistenza alla flessione, modulo di elasticità, fattore di perdita, resistività specifica. Una tipica carta Kraft nuova ha un DP compreso fra 1000 e 1500.
Durante il ciclo di vita reale del trasformatore il DP decresce progressivamente fino a raggiungere il valore di circa 200 (riduzione dell’80% circa rispetto al nuovo) al quale convenzionalmente corrisponde il termine della vita “termica”. In questa condizione la carta perde le sue proprietà meccaniche, ma non quelle elettriche, che invece rimangono idonee a garantire l’isolamento richiesto.

[ALT img: Degrado carte isolanti | cuore]

L’isolamento elettrico può essere considerato il cuore del trasformatore, se viene meno la conseguenza diretta è il guasto elettrico (metaforicamente come un infarto). In presenza di forti archi elettrici di potenza, il guasto può innescare l’olio isolante, che è combustibile, determinando scoppi e incendi del trasformatore e possibili incidenti rilevanti.

 

 

La vita termica delle carte

Semplificando molto potremmo dire che la vita termica degli isolanti solidi (a base di carta Kraft senza specifici additivi anti invecchiamento) è stimata in circa 160.000 ore al carico nominale del trasformatore.
In concreto, per un trasformatore di generazione tipo elevatore (GSU) di una centrale termica, con una disponibilità operativa di 7500 ore/anno ed un profilo di carico medio dell’80%, in assenza di specifiche criticità si stima una vita termica convenzionale di circa 25 anni. Per lo stesso trasformatore, installato però in una centrale idroelettrica, e quindi con un profilo di carico medio del 40% (stagionalità dell’acqua), in assenza di specifiche criticità si stima una vita termica convenzionale di circa 50 anni. I reattori shunt invece, sono dimensionati per operare intensivamente a valori vicini al carico nominale e quindi con una vita termica attesa più bassa.

La vita operativa del trasformatore non dipende solamente dalla vita termica delle carte, ma anche da altri cofattori quali ad esempio i difetti elettrici, che, evolvendo in guasti elettrici, interrompono la disponibilità operativa della macchina. In presenza di questa criticità è necessario valutare anche l’opzione di rimpiazzo del trasformatore; in questo caso è opportuno scegliere una macchina che risponda ai requisiti di ecodesign in particolare in termini di riduzione delle perdite a vuoto e riduzione delle emissioni in termini di CO2 equivalenti. (link alla direttiva)

 

 

Il degrado della carta

I processi di degrado termico della carta sono il risultato dell’interazione di 3 meccanismi: idrolisi, ossidazione, pirolisi.
I processi di degrado della carta sono di per sé estremamente complessi, se sommati poi agli effetti del degrado dell’olio (data l’interazione olio-carta) ne derivano meccanismi influenzati da numerosi fattori critici di difficile formalizzazione quantitativa. I fattori critici che determinano l’invecchiamento delle carte isolanti sono la temperatura, l’acqua, l’ossigeno, se il sistema è chiuso o aperto, i cicli termici e la relazione con il profilo di carico del trasformatore.

Sea Marconi ha condotto una serie di sperimentazioni per determinare la relazione fra il degrado della carta e quello dell’olio. Uno di questi test, in conformità alla IEC 62535 (in un vial da 20 ml, con 10 ml di olio, si inserisce un provino in rame di circa 3 g di peso, avvolto con circa 23 g di carta, a 150°C per 72 ore), ha evidenziato una progressiva perdita di peso della carta (fino al 25%) ed una riduzione del DP (fino all’80% rispetto al valore a nuovo e del 60% in meno rispetto rispetto ad un olio inizialmente non acido) all’aumentare dell’acidità dell’olio analizzato (TAN). (vd. grafico sotto).

[ALT img: Degrado carte isolanti | grafico DPcarta acidita]

Perdita peso della carta e diminuzione DP al crescere dell’acidità

I principali prodotti di degrado delle carte isolanti sono: acqua, acidi, CO2, CO, composti furanici, metanolo, etanolo, particelle. Questi composti si amalgamano allo sludge derivante dall’invecchiamento dell’olio formando lo sludge totale.

[ALT img: Degrado carte isolanti | nemici isolamento]

 

 

Clicca qui per accedere alle principali pubblicazioni Sea Marconi sull’argomento:

Quadro normativo

Principali riferimenti normativi

  • IEC TR 62874:2015, “Guidance on the interpretation of carbon dioxide and 2-furfuraldehyde as markers of paper thermal degradation in insulating mineral oil”
  • CIGRE Technical Brochure 227, 2003 “Life Management Techniques for Power Transformer”
  • CIGRE Brochure 323, 2007 “Ageing of cellulose in mineral-oil insulated transformers”
  • CIGRE Brochure 343,2008 “Recommendations for condition monitoring and condition assessment facilities for transformers”
  • CIGRE Technical Brochure 349, 2008 “Moisture Equilibrium and Moisture Migration within Transformer Insulation Systems”
  • CIGRE Technical Brochure 445, 2011 “Guide for Transformer Maintenance”
  • CIGRE Technical Brochure 494, 2012 “Furanic compounds for diagnosis”
  • IEC 60076-7:2005 Ed. 1, “Power Transformers – part 7 loading guide for oil immersed power transformer”
  • CIGRE WG A2-30, 2007 “Moisture equilibrium and moisture migration within transformer insulation systems”

 

 

Cause

La criticità “Degrado carte isolanti” è causata principalmente da meccanismi di normale invecchiamento e da particolari condizioni di stress termico, elettrico e meccanico delle carte isolanti.

 

Cause in relazione alle fasi del ciclo di vita

 

Cause della criticità “Degrado carte isolanti” | Quando può verificarsi (fasi del ciclo di vita)

Carenza dei requisiti di acquisto delle carte isolanti | Requisiti ed acquisto

Carenza nel controllo qualità per i singoli lotti o singole forniture di carta isolante (esempio DP iniziale prima dell’impregnazione) | Accettazione carte isolanti

Carenza nelle procedure analitiche per la verifica del Degrado carte isolanti | Accettazione olio, factory test, installazione e pre-energizzazione, esercizio, vecchiaia, post mortem

Perdita del gas di protezione e accumulo umidità sugli isolanti solidi | Trasporto del trasformatore

Carenza nei trattamenti di deumidificazione delle carte (es. processi vapour phase). Una buona carta isolante ha un valore di acqua impregnata compresa tra 0,5 e l’1% in massa | installazione e pre-energizzazione, esercizio, vecchiaia

Accumulo di aria e umidità (ad esempio durante il cambio dell’olio o altri interventi di manutenzione elettromeccanica) | Factory test, installazione e pre-energizzazione, esercizio, vecchiaia

 

 

I fattori critici che caratterizzano l’invecchiamento delle carte isolanti sono la temperatura, l’acqua, l’ossigeno, se il sistema è chiuso o aperto, i cicli termici e la relazione con il profilo di carico del trasformatore. I processi di degrado delle carte immerse in olio sono estremamente complessi, dipendono da molti fattori e chiamano in causa meccanismi di difficile formalizzazione quantitativa. I processi di degrado termico della carta sono il risultato dell’interazione dei seguenti 3 meccanismi:

1. Idrolisi. Questo fenomeno, per desorbimento della carta e per la rottura delle catene cellulosiche, genera acqua come principale prodotto di degrado (in presenza di punti caldi tipicamente a temperature < 150 °C).

2. Ossidazione. Questo fenomeno si manifesta tipicamente in presenza di punti caldi, a temperature comprese fra i 150 °C ed i 300 °C, ed è caratterizzato da un incremento della domanda di ossigeno. Il risultato è una diminuzione della concentrazione di ossigeno nell’olio (per un trasformatore respirante con silica gel si passa da 20000 µl/l a valori di 5000 0 10.000 µl/l) che si combina con il carbonio originato dalla degradazione della cellulosa formando CO2 e CO. Questo processo origina allo stesso tempo altri sottoprodotti della cellulosa tra cui i composti furanici (in particolare la 2FAL), il metanolo e l’etanolo.

3. Pirolisi. Si tratta di un meccanismo di decomposizione termochimica che avviene tipicamente in presenza di punti caldi, a temperature superiori ai 300 °C, tali da rompere le molecole della carta con formazione di particelle, acqua, metanolo, etanolo ed altri gas caratteristici.

I prodotti di degrado della carta sono composti solidi, liquidi e volatili (gas). Fra questi vi sono quelli solubili in olio (furani, metanolo, etanolo) e quelli insolubili in olio (particelle, sludge) che si amalgamano allo sludge derivante dall’invecchiamento dell’olio. Lo sludge derivante dall’olio e quello derivante dalla della carta si sommano formando lo sludge totale.

 

 

[ALT img: Degrado carte isolanti | Impact of Temperature]
Diagramma Schematico che mostra il tasso di invecchiamento k, a seconda dei diversi meccanismi di degrado (fig. 1 tratta dalla IEC TR 62874:2015)

[ALT img: Degrado carte isolanti | Impact pf Humidity and Oxygen]
Relazione tra proprietà le meccaniche delle carte isolanti e grado di polimerizzazione delle carte (fig. 2 tratta dalla IEC TR 62874:2015)

 

 

Segni (ispezione visuale) – Sintomi (analisi)

Segni (ispezione visuale)

I segni visuali diretti di questa criticità si evidenziano soltanto mediante ispezione interna del trasformatore. In caso di guasto (o fine vita) di macchine gemelle ad esempio, è buona pratica realizzare una diagnostica delle carte (attraverso il campionamento, analisi ed interpretazione) allo scopo di determinare un riferimento sperimentale per il trasformatore interessato. In presenza di “degrado carte isolanti” si evidenziano:

- segni di infragilimento della carta (perdita delle proprietà meccaniche),
- depositi insolubili (esempio sludge o solfuro di rame) sulle carte isolanti
- ostruzioni dei condotti di circolazione dell’olio utilizzati per il raffreddamento degli avvolgimenti e delle carte stesse.

L’olio isolante, per effetto dell’intimo contatto con le carte isolanti, diventa vettore prezioso per diagnosticare indirettamente lo stato delle carte stesse. Attraverso l’analisi dell’olio è possibile quindi identificare e quantificare i prodotti di degrado delle carte per valutarne la vita termica consumata.

 

Il degrado della carta determina una perdita della sua massa, i serraggi possono allentarsi con un progressivo aumento delle vibrazioni. Nel tempo lo stress meccanico che ne consegue va a sommarsi allo stress elettrico e allo stress termico incrementando sensibilmente la probabilità di guasto (video rumore trasformatore).

 

 

Campionamento rappresentativo

Qualora si decida di eseguire un’ispezione interna del trasformatore, a seguito di guasto o al fine di eseguire un’investigazione approfondita, è fortemente raccomandato il prelievo di campioni rappresentativi delle carte isolanti in conformità ai protocolli e alle procedure idonee. In particolare si consiglia di prelevare le carte nella parte alta, bassa ed intermedia dei singoli avvolgimenti, sia del primario sia del secondario, per ciascuna fase, prelevando più campioni di carte nelle zone con un maggiore inscurimento o infragilimento delle carte stesse.

 

È importante che siano impiegati idonei protocolli di campionamento e che si utilizzino kit di campionamento in grado di garantire la conservazione del campione fino alla fase di preanalisi. Allo stesso modo è importante che il kit offra idonei strumenti di raccolta dati (dati di targa del trasformatore, numerazione progressiva di ciascun campione, indicazione del punto di prelievo con mappatura tridimensionale dei conduttori, ecc.).

 

Nel corso del normale ciclo di vita dell’apparecchiatura risulta necessario prelevare dei campioni rappresentativi dell’olio isolante in conformità alla norma di riferimento ed alle istruzioni operative allegate ai kit di campionamento (approfondisci).

 

Sintomi (analisi)

Il sintomo specifico della criticità “Degrado carte isolanti” è correlato alla presenza di valori dell’olio non conformi per i seguenti indicatori diagnostici:

 

Apri

  • Acqua nell’olio (IEC 60814)
  • Ossigeno
  • CO2 – anidride carbonica
  • CO – ossido di carbonio
  • 2FAL – 2fulfuraldeide e altri composti furanici
  • Metanolo
  • Etanolo
  • Particelle (IEC 60970)
  • Gas sintomatici di punti caldi (Metano, etano, etilene)


A cui si aggiungono gli indicatori diagnostici derivanti dall’analisi delle carte isolanti (a seguito di eventuale ispezione interna e campionamento):

  • DP
  • Acqua nelle carte
  • Metalli depositati (es.: rame)


ci sono poi dei co-fattori utili per completare il quadro diagnostico (derivanti dall’analisi dell’olio):

  • Acidità TAN (IEC 62021-1)
  • Fattore di dissipazione (IEC 60247)
  • Tensione interfacciale (ASTM D971, EN 14210)
  • Additivi: Passivatori (BTA, Irgamet 39, Irgamet 30); inibitori di ossidazione (DBPC, DBP)
  • DBDS (IEC 62697-1)
  • Metalli disciolti (ASTM D 7151)
  • Stabilità all’ossidazione (IEC 61125)
  • Sedimenti e sludge (Annex C of IEC 60422 Ed. 4-2013)
  • Fingerprint dell’olio

 

I rapporti di prova Sea Marconi sono conformi (EN ISO/IEC 17025) sull’indicazione dell’incertezza di misura (tranne per l’aspetto che non è una prova numerica, e per il codice ISO delle particelle).

 

Con l’analisi dell’olio
è possibile identificare i prodotti di degrado delle carte per valutarne la vita termica consumata

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Diagnosi

Per la diagnosi della criticità “Degrado carte isolanti”, Sea Marconi impiega la propria metrica diagnostica, nella fattispecie:

  • si interpretano i segni visuali sul trasformatore (e quelli da eventuale ispezione interna);
  • mediante l’analisi delle carte (se disponibili a seguito di ispezione interna) e dell’olio, si vanno a identificare i sintomi ed i loro valori. In particolare, per alcuni indicatori quali 2FAL e CO2, la norma (IEC 62874:2014) indica dei valori tipici sulla base dell’età dell’apparecchiatura, del tipo di apparecchiatura elettrica e del tipo di olio. Per quanto concerne gli altri indicatori sintomatici non “coperti” da norma, si consiglia di ricavare i valori tipici, di allerta e di allarme mediante analisi statistica sul proprio parco macchine;
  • grazie alla banca dati si studia l’anamnesi familiare o soggettiva (alla ricerca ad esempio di difetti e/o guasti su macchine gemelle);
  • si prendono in esame e si monitorano i fattori di incertezza, la velocità e l’evoluzione nel tempo (trend) degli indicatori sintomatici durante la fasi del ciclo di vita;
  • in base alla valutazione di questi fattori chiave la criticità specifica viene classificata in termini di tipo e priorità, definendo allo stesso tempo tipo e priorità delle azioni correttive.

 

Cambiando il fluido isolante cambiano le valutazioni diagnostiche sui processi di degrado. Ad esempio i fluidi esteri naturali hanno una capacità di sciogliere l’acqua molto più elevata rispetto ad un olio minerale

 

Esempio reale

Trasformatore cat A (vd. tab. 2 IEC 60422), di generazione tipo elevatore GSU (respirante con conservatore e silica gel)
Tensione: 400 kV, Potenza: 250 MVA
50.000 Kg di olio minerale a base paraffinica non inibito
acidità totale di 0,25 mgKOH/golio (valore “poor” rispetto a tab. 5 IEC 60422),
fattore dissipazione dielettrica = 0,27 (valore “poor” rispetto a tab. 5 IEC 60422)
tensione interfacciale = 20 mN/m (valore “poor” rispetto a tab. 5 IEC 60422)
rame disciolto = 0,97 mg/Kg (valore “poor” rispetto a tab. 5 IEC 60422)
colore= 6 dark (valore “poor” rispetto a tab. 5 IEC 60422)

agli indicatori del degrado dell’olio sopra elencati, si aggiungono quelli che identificano il degrado delle carte

CO2 => 16.500 µl/l (superiore al valore tipico, indice “high ageing rate” 98° percentile)
2FAL= > 6,5 mg/Kg (superiore al valore tipico, indice “high ageing rate” 98° percentile)
metanolo = 1.200 µg/Kg (superiore al valore tipico della famiglia di trasformatore)
etanolo = 300 µg/Kg (superiore al valore tipico della famiglia di trasformatore)

Il DP di questo trasformatore si è ridotto in 35 anni da 1000 a 200, inteso come valore medio, che corrisponde convenzionalmente alla fine della vita termica. Parallelamente si stima una perdita di massa della carta del 25%, il suo peso è infatti passato da 2.500 Kg iniziali a 1.875 Kg.
Le carte isolanti sono impregnate con olio paraffinico non inibito. Al termine del ciclo di impregnazione (tipicamente sotto vuoto, 60-80 °C, e almeno 72 ore) la carta kraft arriva ad impregnarsi di olio fino al 150-180% della sua massa iniziale, con un range di peso compreso fra 2.812 Kg e 3.375 Kg (rispetto a 1.875 kg a secco).
L’olio di impregnazione non può essere drenato totalmente, tipicamente il 10-15% rimane all’interno del trasformatore assorbito dalle carte e negli interstizi e punti morti della macchina. Ciò significa che in caso di cambio dell’olio, l’olio nuovo di riempimento verrebbe contaminato da quello vecchio non drenato.

 

 

Prevenzione

Il “Degrado carte isolanti” è un processo irreversibile che tuttavia si può prevenire o mitigare attraverso specifiche azioni.
Predisponendo opportune pratiche operative, (es.: il controllo analitico dell’olio, il trattamento dell’olio e delle carte, la gestione del profilo di carico, il raffreddamento della macchina), è possibile ridurre la probabilità di guasto e prolungare la vita operativa del trasformatore in esame. Nel caso il trasformatore appartenga ad una famiglia di apparecchiature affette da guasto per la stessa criticità, si possono definire delle pratiche operative ad hoc ottimizzando i vari fattori critici (metaforicamente è come suggerire una dieta personalizzata unita a maggiore attività fisica ad un soggetto diabetico).

 

Il costo di rimpiazzo di un trasformatore elevatore (GSU) di 250 MVA, 400 kV, può essere realisticamente dell’ordine di 2.000.000 €, questa somma include il fuori servizio, lo svuotamento dell’olio, la logistica per la dismissione e lo smaltimento rifiuti, l’acquisizione di un nuovo trasformatore (e olio nuovo), il trasporto, l’installazione ed i test).

 

Azioni di prevenzione nel corso del ciclo di vita del trasformatore

  • Monitorare gli indicatori sintomatici (vd. sintomi poco sopra). Nel caso si manifestino i primi sintomi della criticità, come ad esempio un elevato tasso di invecchiamento delle carte su un trasformatore con meno di 10 anni di vita, è possibile predire scientificamente che la macchina, a parità di condizioni di esercizio, avrà un ciclo di vita decisamente inferiore a quello atteso e che quindi sia opportuno pianificare nei successivi 3/5 anni una profonda revisione del trasformatore o, più probabilmente, la sua sostituzione. In questa condizione si raccomanda di aumentare la frequenza delle analisi degli indicatori sintomatici al fine di monitorarne i trend.
  • Eseguire opportuni trattamenti dell’olio al fine di ridurre i fattori critici ed in particolare al fine di mantenere bassa l’umidità negli isolanti solidi così come l’acidità, l’ossigeno e lo sludge e ridurre eventuali effetti catalizzanti come i metalli nell’olio.

 

Tra le azioni suggerite vi sono:

 

Trattamento fisico

Si tratta di un processo eseguito sul posto, mantenendo il trasformatore in servizio (e sotto carico) senza necessità di svuotarlo. Questo intervento si esegue con delle Unità Modulari di Decontaminazione (DMU) realizzate appositamente da Sea Marconi. Il trasformatore viene collegato alla DMU mediante tubazioni flessibili; l’olio degradato viene aspirato dalla parte bassa del trasformatore, finisce poi nella DMU che lo scalda, lo filtra, lo degasa, lo deumidifica per poi pomparlo nella parte alta del trasformatore. Si crea così un circuito chiuso che passaggio dopo passaggio è in grado di ripristinare i valori dei principali parametri fisici dell’olio (acqua, gas, particelle). (approfondimento)

 

Depolarizzazione

[ALT img: Degrado carte isolanti | DMU]

Si tratta di un processo che viene eseguito sul posto, mantenendo il trasformatore in servizio (e sotto carico) senza necessità di svuotarlo. Questo intervento si esegue con delle Unità Modulari di Decontaminazione (DMU) realizzate appositamente da Sea Marconi. Il trasformatore viene collegato alla DMU mediante tubazioni flessibili; l’olio degradato viene aspirato dalla parte bassa del trasformatore, finisce poi nella DMU che lo scalda, lo filtra, lo degasa, lo deumidifica e lo depolarizza per poi pomparlo nella parte alta del trasformatore. Si crea così un circuito chiuso e passaggio dopo passaggio i composti di degrado vengono rimossi ed allo stesso tempo l’olio ritorna in condizioni ottimali. (approfondimento)

Ad esempio la IEC 60422 considera il parametro acidità critico se > 0,15, > 0,20, > 0,30 mgKOH/goil a seconda delle diverse categorie di trasformatori. Tuttavia, già ad acidità comprese fra 0,07 e 0,10 mgKOH/goil si sono evidenziati fenomeni di corrosione da metalli disciolti (C4) e pericolose formazioni di sludge. Sarebbe quindi opportuno intervenire con un trattamento di depolarizzazione prima che l’olio raggiunga le soglie di acidità indicate e che contribuisca alla riduzione della vita termica delle carte isolanti.

 

Applicazione delle cartucce per la deumidificazione del trasformatore

Questa attività si realizza mediante un’unità che viene posta sul trasformatore e opera in modo continuo a circuito chiuso sotto carico e ha colonne con setacci molecolari per adsorbimento selettivo dell’umidità ed altri composti polari. (approfondisci)

 

Cambio dell'olio

Nonostante il cambio dell’olio, il 10-15% della vecchia carica d’olio contaminato rimane impregnato, cioè assorbito, nelle carte del trasformatore che lo rilasciano col tempo (la condizione di equilibrio si raggiunge in circa 90 giorni). Il vecchio olio contamina quindi quello nuovo, di conseguenza è impossibile rimuovere completamente i contaminanti con un solo cambio d’olio. (approfondisci)

L’olio di impregnazione non può essere drenato totalmente (tipicamente il 10-15% rimane all’interno del trasformatore assorbito dalle carte, circa il 6-7%, e negli interstizi e punti morti della macchina), di conseguenza, in caso di cambio dell’olio, l’olio nuovo di riempimento viene contaminato da quello vecchio non drenato

Valutare eventuali criticità legate alla compatibilità/miscibilità, conseguenti all’impiego di liquidi diversi da quello di impregnazione originale

 

 

Si raccomanda inoltre di modificare le pratiche di manutenzione per quanto concerne:

- la stesura di requisiti di acquisto sia degli oli sia delle apparecchiature elettriche per le specifiche applicazioni con particolare riguardo ai criteri di progettazione/dimensionamento
- l’accettazione degli oli e delle apparecchiature impiegando le migliori pratiche di supervisione e controllo, in conformità alle metodiche prescritte. Richiedere al fornitore un certificato di conformità delle proprietà dell’olio e delle carte isolanti

 

Si raccomanda di aggiornare le informazioni strategiche attraverso un “inventario dinamico” degli oli e dei trasformatori, con indicazione dei valori dei marker sintomatici.

In caso di guasto ad un trasformatore gemello, si raccomanda un’ispezione interna del trasformatore in analisi. Infatti dal prelievo di campioni di carta, dalla successiva analisi di laboratorio e dall’interpretazione dei risultati, è possibile individuare le cause del guasto e prevenire lo stesso evento sulle macchine della stessa famiglia. Proprio su queste ultime si consiglia inoltre di eseguire un’investigazione approfondita che includa anche test di natura elettrica e termica al fine di individuare eventuali difetti di progettazione o costruzione del trasformatore.

 

Quali sono le azioni di prevenzione su apparecchiature elettriche con liquidi isolanti diversi da quelli minerali?
Per quanto riguarda gli oli esteri naturali e gli esteri sintetici le azioni di prevenzione sono le stesse, tuttavia si consiglia di scegliere le contromisure dopo attente valutazioni in termini di costo-beneficio, costo-efficacia e di impatto ambientale (biodegradabilità e sicurezza antincendio). Per gli oli siliconici in esercizio i trattamenti raccomandati dalla norma (IEC 60944:1988) sono “trattamento sotto vuoto e filtrazione” e “setacci molecolari e filtrazione”.

 

 

Terapie

Non esiste una terapia in grado di “sanare” la criticità “degrado carte isolanti”. Il degrado è un processo irreversibile che può essere gestito solo mediante opportune azioni di prevenzione e/o mitigazione.
La sostituzione delle carte non è un’opzione praticabile poiché il costo dell’attività sarebbe vicino al costo della completa sostituzione del trasformatore.
Quando il DP della carta raggiunge un valore vicino a 200, che convenzionalmente rappresenta il fine della vita termica, è opportuno pianificare la sostituzione del trasformatore e modificare le pratiche manutentive che possono aver contribuito all’invecchiamento delle carte isolanti.

 

La priorità è evitare il degrado intervenendo preventivamente sugli indicatori sintomatici.

 

 

Avvertenze

  • Il campionamento dell’olio ed ancor più quello delle carte deve essere eseguito secondo i protocolli e le procedure da parte di operatori qualificati
  • le analisi di laboratorio devono essere eseguite secondo i metodi indicati dalle norme di riferimento, come garantiscono i laboratori accreditati
  • le azioni di prevenzione alla criticità “Degrado carte isolanti”, nella fattispecie i trattamenti di depolarizzazione dell’olio e le ispezioni interne del trasformatore devono essere eseguiti
    - con tecnologie sicure e idonee allo scopo, che soddisfino i requisiti di BAT e BEP
    – con personale in possesso di competenza e addestramento specifico in materia
    – affidandosi ad operatori in grado di dimostrare un’ampia casistica applicativa ed in grado di certificare gli interventi eseguiti in garanzia di qualità (ISO 9001)