Il segreto del vostro trasformatore: il processo di invecchiamento dell'olio isolante e come influisce sull'isolamento dei trasformatori di potenza (e suggerimenti per la valutazione dell'invecchiamento!)

Questo olio per trasformatori, unico nel suo genere, è l'ancora di salvezza del trasformatore di potenza. Non si limita a raffreddare le cose, ma fornisce anche un isolamento vitale. Ma c'è un problema: questo olio isolante per trasformatori non rimane ideale in modo permanente. Subisce un processo di invecchiamento, come qualsiasi altra cosa. Comprendere questo invecchiamento dell'olio per trasformatori è incredibilmente essenziale. Perché? Perché può farvi risparmiare grossi problemi e denaro in futuro. Se l'olio si deteriora, può danneggiare la carta isolante e l'intero trasformatore. Questo articolo è la guida alle caratteristiche di maturazione dell'olio isolante per trasformatori di potenza. Vedremo come valutare lo stato di salute del trasformatore esaminando il suo olio. Ho visto cosa succede quando l'isolamento si degrada e intendo aiutarvi a far funzionare bene il vostro trasformatore per molto, molto tempo. Parleremo anche di formazione di acidi e di ciò che ne consegue per le vostre apparecchiature elettriche.

1. Che cos'è esattamente l'olio per trasformatori di cui stiamo parlando e come isola?

Si potrebbe pensare all'olio come a qualcosa per le automobili, ma in un trasformatore di potenza è una super star. In genere, si tratta di un olio minerale altamente raffinato, talvolta chiamato olio isolante. Il suo compito principale è quello di proteggere le diverse parti del trasformatore ad alta tensione. Ciò significa che impedisce all'energia elettrica di saltare dove non dovrebbe. Pensate ai cavi che trasportano grandi quantità di energia; questo olio li mantiene separati in modo sicuro. L'olio svolge un ruolo fondamentale nel funzionamento sicuro dei trasformatori.

Questo liquido isolante svolge anche un altro compito fondamentale: raffredda il trasformatore. Quando il trasformatore funziona, emette dei fumi. L'olio del trasformatore circola, raccogliendo il calore dalle aree, come gli avvolgimenti, e portandolo via. Questo aiuta il trasformatore a mantenere un'ottima temperatura di funzionamento. Quindi, questo olio è un eroe due in uno: aiuta a proteggere e raffredda. Le proprietà dell'olio sono molto importanti per il corretto funzionamento del trasformatore. Un grande trasformatore può contenere molti litri di questo speciale olio per trasformatori. L'isolamento dei trasformatori conta molto su questo olio.

2. Perché il mio olio trasformatore invecchia? È come l'invecchiamento individuale?

È una domanda meravigliosa! E in effetti, in un certo senso, l'olio trasformatore invecchiando è un po' come noi. Con il tempo, cambia. Questo è il processo di invecchiamento. Sono diversi gli elementi che fanno invecchiare l'olio del trasformatore. I tre principali sono il calore, l'ossigeno e l'umidità. Ogni volta che il trasformatore è in funzione, sviluppa calore. Questo stress termico è solo uno dei motivi principali per cui l'olio inizia a rompersi o a degradarsi. L'olio è esposto all'ossigeno dell'aria, in particolare in alcuni tipi di trasformatori.

Quando l'ossigeno e le alte temperature si mescolano all'olio del trasformatore, avviene una reazione chimica chiamata ossidazione. Pensate a una mela che diventa marrone quando la tagliate: è l'ossidazione! Questa ossidazione modifica l'olio, rendendolo meno capace di svolgere bene il suo lavoro. L'umidità, anche in piccole quantità, può inoltre entrare nel trasformatore e aumentare l'invecchiamento dell'olio. Pertanto, l'età dell'olio è un fattore importante per la salute del trasformatore. Questo degrado è un processo lento, ma si verifica in ogni trasformatore nel corso della sua vita. L'obiettivo è capire questo invecchiamento dell'olio del trasformatore per salvaguardarlo.

3. Quali sono i principali nemici che provocano la degradazione dell'olio del trasformatore e l'accumulo di acidi?

Come abbiamo detto, l'ossidazione è uno dei principali fattori di rischio. Quando l'olio è sottoposto a ossigeno e calore, inizia a degradarsi. Questa degradazione dell'olio produce sottoprodotti pericolosi. Tra i più nocivi di questi sottoprodotti c'è l'acido. Sì, l'olio diventa acido! Questo sviluppo di acidi danneggia le informazioni all'interno del trasformatore. Il contenuto di acidi è un punto cruciale che determiniamo per verificare la qualità dell'olio.

Un altro avversario è la contaminazione. Può trattarsi di umidità, come abbiamo detto, o di piccole particelle metalliche dovute all'usura all'interno del trasformatore. Queste impurità possono accelerare il processo di degradazione dell'olio del trasformatore. Anche le temperature elevate, o stress termico, dovute al sovraccarico del trasformatore o al suo funzionamento in un luogo caldo, accelerano la rapidità con cui l'olio invecchia e si degrada. Anche le sollecitazioni elettriche, come quelle causate da guasti o fulmini, possono aumentare. Tutti questi fattori interagiscono per ridurre le proprietà isolanti dell'olio. L'olio diventa quindi meno efficiente.

4. In che modo l'olio invecchiato e il suo acido influenzano la carta isolante del mio trasformatore?

È qui che le cose si fanno davvero serie per il vostro trasformatore. La maggior parte dei trasformatori non si limita a utilizzare l'olio per l'isolamento, ma utilizza anche una carta speciale, spesso a base di cellulosa, attorcigliata intorno ai cavi dell'avvolgimento. Si tratta del cosiddetto isolamento in carta o carta isolante. Questo sistema di isolamento a olio e carta è molto comune. Ricordate l'acido di cui abbiamo parlato, che si forma quando l'olio del trasformatore invecchia? Quell'acido è terribile per la carta isolante di cellulosa.

L'acido attacca le fibre di cellulosa, rendendo l'isolamento della carta debole e fragile. È un po' come quando i vecchi giornali ingialliscono e si rompono. Questa degradazione della cellulosa danneggia l'isolamento elettrico primario del trasformatore. L'isolamento del trasformatore può diventare così debole da non poter più sopportare le normali sollecitazioni elettriche o meccaniche. L'aspetto terrificante è che una volta che la carta di cellulosa è danneggiata, non è possibile ripararla senza un costoso intervento di riparazione del trasformatore. Questo impatto diretto sulla vita del trasformatore è il motivo per cui teniamo sotto controllo l'olio.

5. L'olio per trasformatori vecchio e degradato può davvero danneggiare l'intero trasformatore? Qual è l'effetto?

Ci puoi scommettere! L'ho visto accadere. L'olio del trasformatore vecchio e deteriorato non è semplicemente un problema minore, ma un rischio serio per l'intero trasformatore di potenza. Quando l'olio invecchia e si rompe, sviluppa non solo acido, ma anche una cosa chiamata fanghiglia. Questa morchia è un materiale appiccicoso e scuro che può ostruire i condotti di raffreddamento all'interno del trasformatore. Quando il raffreddamento è ostacolato, il trasformatore si surriscalda ulteriormente e l'olio invecchia ancora più rapidamente! È un ciclo orribile. Questo comporta un maggiore invecchiamento del trasformatore stesso.

Peggio ancora, man mano che l'olio perde la sua capacità di protezione (la sua rigidità dielettrica diminuisce), aumenta il rischio di un guasto elettrico all'interno del trasformatore. Potrebbe trattarsi di un piccolo arco elettrico o di un'esplosione interna significativa, con conseguente guasto completo del trasformatore. Un trasformatore guasto indica blackout, costosi interventi di riparazione o la necessità di un trasformatore completamente nuovo. L'impatto sull'affidabilità del trasformatore e sulle vostre attività può essere notevole. Ecco perché le condizioni dell'olio del trasformatore sono essenziali per le prestazioni dei trasformatori utilizzati nella distribuzione di energia.

6. Quali sono i segni rivelatori dell'invecchiamento dell'olio del trasformatore? Come si può rilevare la distruzione?

È fondamentale sapere cosa cercare. Una delle prime indicazioni che indicano che l'olio trasformatore sta iniziando a invecchiare e a indebolirsi è un aumento della sua acidità. Possiamo eseguire un test per verificarlo. Un altro segno è il cambiamento di colore. L'olio per trasformatori nuovo è normalmente trasparente e di colore giallo chiaro. Con l'invecchiamento, può diventare più scuro, persino marroncino o nero. Questo è solitamente un indicatore di ossidazione e formazione di fanghi. Si può anche scoprire che l'olio non raffredda il trasformatore, causando letture più elevate della temperatura dell'olio.

Spesso il deterioramento dell'olio del trasformatore e dell'isolamento in cellulosa produce alcuni tipi di gas. Questi gas si dissolvono nell'olio. Possiamo valutare i tipi e le quantità di gas disciolti. Si tratta di uno strumento molto potente chiamato Analisi dei gas disciolti (o DGA). I diversi gas possono dirci se ci sono surriscaldamenti, archi elettrici o problemi con la carta isolante del trasformatore. Una bassa rigidità dielettrica è anche un chiaro indicatore che l'olio non riesce più a schermare correttamente. Questo deterioramento dell'olio è un segnale di allarme per il trasformatore.

7. Esattamente come si valuta l'olio del trasformatore per capirne l'età e i problemi?

Per capire cosa succede all'olio del trasformatore e alla sua età, si preleva un campione di olio dal serbatoio del trasformatore. Successivamente, questo campione d'olio viene inviato in laboratorio per essere analizzato. Un esame tipico determina l'acidità (o contenuto acido) dell'olio. Un'acidità più elevata implica un maggiore deterioramento. Inoltre, si esamina la rigidità dielettrica, che indica la capacità dell'olio di proteggersi dall'alta tensione. Una bassa rigidità dielettrica è un segnale di allarme per l'isolamento del trasformatore.

Misuriamo anche il contenuto di acqua nell'olio, poiché l'acqua accelera l'invecchiamento dell'olio e danneggia l'isolamento in cellulosa. L'analisi dei gas disciolti (DGA) è molto importante. Osservando i tipi e le quantità di gas presenti nell'olio, possiamo farci un'idea di problemi come il surriscaldamento dell'avvolgimento o la degradazione dell'isolamento in carta. Questi esami ci aiutano a valutare la qualità totale dell'olio e lo stato di salute del trasformatore. Questa analisi delle condizioni è importante per qualsiasi trasformatore. Diventa parte di una grande pratica di progettazione elettrica.

8. C'è qualcosa che posso fare per ridurre l'invecchiamento dell'olio del mio trasformatore e proteggere il suo isolamento?

Sì, per fortuna ci sono cose che possiamo fare! Si tratta di cercare di ridurre il processo di invecchiamento. Tra le cose migliori c'è quella di mantenere l'olio del trasformatore pulito, fresco e asciutto. Ciò significa assicurarsi che le guarnizioni del trasformatore siano buone per tenere lontana l'umidità. Se il trasformatore è dotato di un sistema di conservazione con uno sfiatatoio, è necessario assicurarsi che l'essiccante (l'elemento essiccante) nello sfiatatoio sia energico. Ciò contribuisce a ridurre il contenuto di acqua nell'olio. Anche evitare di sovraccaricare frequentemente il trasformatore può aiutare a gestire lo stress termico e a prolungarne la vita.

È fondamentale eseguire controlli regolari dell'olio del trasformatore. Se i test mostrano che l'olio sta iniziando a indebolirsi ma non è ancora molto deteriorato, a volte si può intervenire con una procedura chiamata rigenerazione o bonifica dell'olio. Questa procedura pulisce l'olio, elimina gli acidi e le morchie e può ripristinare le sue proprietà dielettriche. Spesso è più conveniente che sostituire tutto l'olio di un grande trasformatore di potenza. Un'ottima manutenzione può davvero prolungare la vita utile dell'olio e del trasformatore stesso. L'obiettivo è gestire il tasso di invecchiamento dell'olio e proteggere il sistema di isolamento del trasformatore.

9. Quando devo pensare alla ricrescita dell'olio o alla sostituzione del mio trasformatore?

Si tratta di un punto di scelta fondamentale per il proprietario di un trasformatore. In genere, esaminiamo i risultati dei test sull'olio del trasformatore. Se l'acidità diventa troppo elevata, se la rigidità dielettrica diminuisce o se si formano molte morchie, è il momento di intervenire. A volte, se il degrado non è estremo, la rigenerazione dell'olio è un'ottima alternativa. Questo processo può pulire l'olio esistente mentre è ancora nel trasformatore o prelevandolo, trattandolo e reinserendolo. In questo modo è possibile migliorare notevolmente le proprietà dell'olio e prolungare la vita del trasformatore.

Tuttavia, se l'olio è molto vecchio e gravemente indebolito, o se la carta isolante (la cellulosa) è attualmente drasticamente danneggiata, la rigenerazione dell'olio potrebbe non essere sufficiente. In questi casi, potrebbe essere necessaria la sostituzione completa dell'olio. La sostituzione dell'olio consente al trasformatore di fare tabula rasa con un olio isolante nuovo e pulito. Tuttavia, ricordate che l'olio nuovo in un trasformatore con isolamento in carta attualmente danneggiato non si prenderà cura della carta. Ecco perché è fondamentale che l'olio si degradi per tempo. Intendiamo evitare continue sostituzioni di olio se un'eccellente manutenzione e rigenerazione può fare il suo lavoro.

10. Perché il deterioramento della cellulosa è un problema così grave per il sistema di isolamento del mio trasformatore?

L'isolamento in cellulosa e carta è estremamente importante per il trasformatore. L'isolamento in cellulosa, tipicamente in carta o cartone pressato, è il principale isolante per gli avvolgimenti del trasformatore. Crea le necessarie barriere di isolamento dielettrico che impediscono i cortocircuiti tra le spire dell'avvolgimento e tra l'avvolgimento e le altre parti del trasformatore. Lo stato di salute di questo isolamento cellulosico decide virtualmente la durata di vita utile del trasformatore.

Quando l'olio del trasformatore invecchia e produce acido e umidità, l'isolamento in cellulosa inizia a deteriorarsi. Le lunghe catene che compongono la cellulosa si rompono, rendendo la carta isolante meccanicamente debole. Può diventare fragile e danneggiarsi facilmente a causa delle vibrazioni o delle forti forze che si verificano durante un cortocircuito. Non appena la degradazione della cellulosa raggiunge un certo punto, il trasformatore è ad alto rischio di guasto. È possibile modificare l'olio, ma non è possibile modificare rapidamente tutta la carta isolante all'interno di un trasformatore di potenza di grandi dimensioni. Ecco perché proteggere la cellulosa mantenendo l'olio del trasformatore sano è assolutamente fondamentale per la gestione dell'invecchiamento dei trasformatori. La miscela olio-carta è fondamentale per il sistema di isolamento del trasformatore.