{"id":31858,"date":"2024-10-30T08:04:42","date_gmt":"2024-10-30T13:04:42","guid":{"rendered":"https:\/\/www.polywater.com\/knowledge-hub\/come-lossigeno-e-gli-acidi-influenzano-linvecchiamento-dei-trasformatori\/"},"modified":"2026-01-22T14:33:47","modified_gmt":"2026-01-22T20:33:47","slug":"come-lossigeno-e-gli-acidi-influenzano-linvecchiamento-dei-trasformatori","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.polywater.com\/it\/knowledge-hub\/come-lossigeno-e-gli-acidi-influenzano-linvecchiamento-dei-trasformatori\/","title":{"rendered":"Come l’ossigeno e gli acidi influenzano l’invecchiamento dei trasformatori"},"content":{"rendered":"
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1. Introduzione<\/strong><\/h2>\n

Come delineato nel nostro articolo, In che modo la temperatura e l’acqua influenzano l’invecchiamento dei trasformatori<\/em><\/a>, incentrato sul comportamento di invecchiamento dei trasformatori con sistema composito olio-cellulosa, l’invecchiamento dei trasformatori pu\u00f2 essere accelerato da una serie di fattori. In questo documento viene illustrato l’impatto dell’ossigeno e degli acidi sulle prestazioni dei trasformatori. Vi sono diversi modi per ridurre l’influenza di questi acceleratori, cos\u00ec da mitigare e rallentare il processo di invecchiamento del parco trasformatori. Vi sono modi per sfruttare l’ossigeno a vantaggio del trasformatore e misure che \u00e8 possibile adottare per prevenirne del tutto l’invecchiamento precoce.<\/p>\n

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    Contenuti connessi: <\/strong>Storia di riparazione perdite trasformatore da Polywater\u00ae<\/a><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

    2. L’influenza dell’ossigeno<\/strong><\/h2>\n

    Entrambi O2<\/sub> e azoto (N2<\/sub>) entrano nel trasformatore dall’atmosfera. L’ossigeno viene consumato all’interno del trasformatore e fornisce informazioni cruciali sulle condizioni del trasformatore e sulla sua velocit\u00e0 di invecchiamento. L’effetto accelerante dell’ossigeno sull’invecchiamento \u00e8 stato identificato nel 1976 in un articolo del CIGRE (“The oxygen-free transformer, reduced aging by continuous degassing”, Trasformatore senza ossigeno, invecchiamento ridotto grazie alla degassificazione continua<\/em>)*. Esistono molti potenziali punti di ingresso dell’ossigeno nel trasformatore, ma il principale mezzo di ingresso \u00e8 dovuto alle variazioni del volume dell’olio causate da variazioni di temperatura e di carico.<\/p>\n

    Quando le temperature di esercizio del trasformatore aumentano, l’olio si espande e il suo volume aumenta. Il volume maggiore di olio agisce come un pistone, spingendo i gas atmosferici fuori dal trasformatore. Quando la temperatura diminuisce, il volume dell’olio si contrae e i gas atmosferici vengono risucchiati nel trasformatore. Sono stati sviluppati diversi design di tenuta del trasformatore per impedire l’ingresso di O2 <\/sub>nel trasformatore durante queste variazioni di volume. Quando si valuta il contenuto di gas dell’olio del trasformatore utilizzando l’analisi dei gas disciolti (DGA), \u00e8 necessario comprendere la progettazione della tenuta del trasformatore perch\u00e9 l’analisi di O2 <\/sub>varier\u00e0 a seconda del tipo di tenuta.<\/p>\n

    Nel settore vengono utilizzate le seguenti alternative di tenuta:<\/p>\n

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    L’O2 <\/sub>viene consumato all’interno del trasformatore, quindi il contenuto di O2<\/sub> sar\u00e0 in uno stato di equilibrio tra disponibilit\u00e0 e consumo. Perci\u00f2, in genere, i livelli di O2<\/sub> nei sistemi chiusi saranno inferiori rispetto ai sistemi a contatto con l’aria aperta.\u00a0 \u00c8 difficile valutare il contenuto di gas nei sistemi a respirazione aperta, poich\u00e9 la velocit\u00e0 di scambio del gas tra il serbatoio del trasformatore e l’atmosfera pu\u00f2 variare di un fattore di 1:10, a seconda della progettazione e della configurazione del conservatore.<\/p>\n

    Inoltre, nei sistemi a respirazione aperta, concentrazioni pari a circa 22.000-25.000 ppm possono essere considerate normali. Se il contenuto di O2<\/sub> \u00e8 inferiore a 20.000 ppm, \u00e8 lecito supporre che esso <\/em>si stia consumando e che si stia verificando un invecchiamento accelerato. Anche i livelli di anidride carbonica (CO2)<\/sub> possono essere utilizzati nello stesso modo. I livelli di CO2<\/sub> superiori a 6.000 ppm sono una chiara indicazione di invecchiamento accelerato. Se il valore di O2<\/sub> \u00e8 di circa 10.000 ppm, in casi estremi si possono raggiungere valori di CO2<\/sub> superiori a 12.000 ppm. I valori limite IEEE non si applicano ai trasformatori a respirazione aperta e il rapporto CO\/CO2<\/sub> \u00e8 applicabile in misura limitata.<\/p>\n

    I valori riscontrati nei sistemi chiusi con sacche d’aria o membrane saranno completamente diversi da quelli riscontrati nei sistemi a respirazione aperta. I trasformatori con sistemi chiusi hanno in genere un contenuto di ossigeno residuo di 2.000-4.000 ppm, combinato con 1.500-2.000 ppm di CO2 <\/sub>in sistemi chiusi. Tuttavia, se O2<\/sub> \u00e8 “0” e CO2<\/sub> \u00e8 superiore a 4.000, \u00e8 ancora una volta lecito supporre che il trasformatore stia invecchiando a un ritmo accelerato.<\/p>\n

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    3. L’influenza degli acidi<\/strong><\/h2>\n

    L’interazione di O2<\/sub> e del calore con l’olio isolante nel trasformatore porta alla formazione di acidi nell’olio. Gli acidi si misurano in base al numero di acidit\u00e0, espresso in “mgKOH\/g”. Questo numero indica la quantit\u00e0 di materiale alcalino (KOH) necessaria per neutralizzare gli acidi presenti nell’olio.\u00a0 Il numero di acidit\u00e0 \u00e8 una misura del livello di acidit\u00e0 ed \u00e8 il metodo pi\u00f9 importante per valutare le condizioni dell’olio isolante nel trasformatore.<\/p>\n

    Anche la tensione interfacciale (IFT) \u00e8 un utile indicatore della qualit\u00e0 dell’olio. L’IFT \u00e8 una misura della differenza tra la tensione superficiale dell’olio, che \u00e8 apolare, e la tensione superficiale dell’acqua, un elemento altamente polarizzato. L’IFT tra due materiali con polarit\u00e0 simile sar\u00e0 basso. Quando il fluido isolante dell’olio minerale si degrada attraverso il contatto con O2<\/sub>, si formano acidi idrofili (che amano l’acqua), come gli acidi carbossilici. Questi sono altamente polari e non sono molto solubili in olio a causa della bassa polarit\u00e0 dell’olio. La presenza di acidi idrofili nell’olio aumenta la sua polarit\u00e0 e determina un IFT inferiore. Un IFT basso indica la presenza sia di acidi che di acqua, che possono influenzare le propriet\u00e0 dielettriche dell’olio e generare fanghi nel trasformatore.<\/p>\n

    Sia il numero di acidit\u00e0 che la tensione interfacciale devono essere considerati insieme.\u00a0 Ad esempio, un numero di acidit\u00e0 elevato, per esempio 0,2 mgKOH\/g, porter\u00e0 in genere a una tensione superficiale interfacciale inferiore a 20 N\/m. Gli standard specificano valori limite di 0,1 mgKOH\/g per i trasformatori superiori a 70 kV e di 0,25 per quelli inferiori. Quest’ultimo valore \u00e8 assurdo poich\u00e9 l’effetto chimico \u00e8 indipendente dalla tensione di esercizio. Inoltre, la precipitazione dei fanghi inizia oltre il valore 0,1, il che pu\u00f2 ridurre la capacit\u00e0 di raffreddamento del trasformatore e la sicurezza operativa. Pertanto, le azioni correttive hanno senso a partire da un valore pari a 0,1.<\/p>\n

    La velocit\u00e0 di formazione dell’acido pu\u00f2 essere utilizzata per valutare la progettazione del sistema di raffreddamento interno del trasformatore e la velocit\u00e0 di invecchiamento. Un’elevata velocit\u00e0 di formazione di acido implica che l’olio \u00e8 sottoposto a stress termico, il che ne provoca la degradazione pi\u00f9 rapida. Ci\u00f2 potrebbe indicare un raffreddamento inadeguato dovuto a una progettazione scadente.\u00a0 Il “delta (\u0394) di formazione dell’acido” pu\u00f2 essere utilizzato come indicatore sia della corretta progettazione del sistema di raffreddamento interno sia del tasso di invecchiamento del trasformatore. L’acido attacca attivamente anche l’isolante in cellulosa, accelerandone la decomposizione. Ci\u00f2 \u00e8 evidente dall’aumento di consumo di O2<\/sub> nel processo di decomposizione in presenza di oli acidi.<\/p>\n

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      4. Combinazione di ossigeno e acido<\/strong><\/h2>\n<\/li>\n
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      L’ossigeno e l’acido agiscono all’unisono e devono essere valutati insieme. Ci\u00f2 significa che entrambi i prodotti devono essere controllati per cercare di mantenere in efficienza i trasformatori obsoleti. Sia l’O2<\/sub> che gli acidi degradano l’isolamento in carta (solido) all’interno di un trasformatore. Infatti, il consumo di O2<\/sub> \u00e8 un ottimo indicatore del tasso di invecchiamento complessivo del sistema. Un elevato consumo di O2<\/sub> comporta una degradazione pi\u00f9 rapida dell’isolamento solido in carta. Il consumo di O2 <\/sub>di solito diminuisce dopo la rigenerazione dell’olio, quindi ci si aspetterebbe che anche la velocit\u00e0 di degradazione della carta rallentasse di conseguenza.<\/p>\n

      Tuttavia, la rigenerazione dell’olio spesso provoca una continua degradazione acida dell’isolante in carta. La velocit\u00e0 di degradazione acida della cellulosa dipende dalla concentrazione di acqua e dalla concentrazione di ioni H+ scissi dagli acidi. Molti degli acidi che si formano nell’olio del trasformatore e nella degradazione della cellulosa vengono assorbiti dalla carta. Quindi anche quando la rigenerazione dell’olio rimuove O2 <\/sub>dal sistema, gli acidi che rimangono ancora nell’isolante in carta continuano a degradare la cellulosa e creano un percorso verso un’ossidazione pi\u00f9 rapida, come illustrato nella sezione 6.2. \u00c8 importante valutare anche la produzione di acidit\u00e0 insieme al contenuto di CO2<\/sub> e O2<\/sub> come mostrato nell’esempio 6.1.<\/p>\n

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        Contenuti connessi: <\/strong>Riparazione a costi contenuti e in loco delle perdite dei trasformatori di potenza<\/a><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

        5. Quali rimedi sono utili e quando?<\/strong><\/h2>\n<\/li>\n
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        5.1. Gestione dell’O2<\/sub>:<\/h3>\n

        \u00c8 utile dotare i trasformatori di sistemi di tenuta che impediscano l’ingresso di ossigeno, di sacche d’aria nel conservatore dell’olio o di tenute a monte tra il conservatore dell’olio e l’atmosfera. I sistemi di degassificazione parziale hanno dimostrato la loro efficacia anche per la ristrutturazione e la conservazione di vecchi trasformatori a respirazione aperta, riducendo la percentuale di gas atmosferici (N2<\/sub>, O2<\/sub>) a circa il 30% dei valori di saturazione.<\/p>\n

        I sistemi sopra descritti rimuovono anche l’acqua dalla cellulosa. Il problema \u00e8 come risolvere questo problema dal punto di vista tecnico ed economico. Nei vecchi trasformatori a respirazione aperta, gli impianti di bypass o di rigenerazione sono un metodo ben collaudato per ridurre l’O2<\/sub> nell’olio. L’olio viene prelevato dalla parte inferiore del trasformatore, degassificato, essiccato e rimandato nella parte superiore. Poich\u00e9 \u00e8 possibile utilizzare connessioni standard come i rubinetti per il campionamento dell’olio per commutare il sistema di rigenerazione tra diversi trasformatori senza spegnerli, un’unit\u00e0 di rigenerazione pu\u00f2 trattare da due a quattro trasformatori di medie dimensioni in cicli da tre a sei mesi. Ci\u00f2 comporta una riduzione della disponibilit\u00e0 di ossigeno e un rallentamento del tasso di invecchiamento. Pertanto, i costi di manutenzione sono ridotti al minimo poich\u00e9 non \u00e8 necessario alcun intervento di riparazione sul trasformatore, come la sostituzione del conservatore. Poich\u00e9 l’olio \u00e8 essiccato, l’acqua presente nel sistema viene scaricata dal trasformatore.<\/p>\n

        5.2. Esistono tre modi per affrontare il problema dell’acidit\u00e0:<\/h3>\n

        – Riempimento del trasformatore con oli inibiti rispetto a oli non inibiti. Si dovrebbe evitare di usare oli non inibiti. L’inibitore agisce in modo molto simile a un rivestimento protettivo contro la corrosione anodica nelle strutture in acciaio.\u00a0 Protegger\u00e0 l’olio dalla degradazione ossidativa, impedendo la formazione di acidi nell’olio. La maggior parte degli inibitori dell’olio contiene 2, 6-di-ter-butil-p-cresolo (DBPC; BHT) e 2, 6-di-ter-butilfenolo (DBP). Gli oli privi di questi inibitori si degradano pi\u00f9 rapidamente e richiedono frequenti cambi d’olio, il che pu\u00f2 richiedere molto tempo e denaro.<\/p>\n

        – Non appena si raggiunge il valore di 0,1 mgKOH\/g, l’olio deve essere rigenerato, seguito dall’inibizione dell’olio anche se l’olio non era stato inibito in origine. Non<\/em> inibire l’olio dopo la rigenerazione va contro le migliori prassi, poich\u00e9 l’olio appena rigenerato non contiene pi\u00f9 stabilizzatori dell’invecchiamento.<\/p>\n

        – Progettazione corretta del trasformatore per evitare stress termici sull’olio. Nel nostro articolo precedente, In che modo la temperatura e l’acqua influenzano l’invecchiamento dei trasformatori<\/em>, abbiamo spiegato che una corretta progettazione termica implica che, per i trasformatori destinati a subire frequenti variazioni di carico, il sistema di raffreddamento interno deve eliminare i picchi di temperatura durante i rapidi aumenti di carico, ovvero il raffreddamento OD (Oil Directed). Per i trasformatori in cui \u00e8 necessario pompare l’olio, ad esempio OFWF (Oil Forced\/Water Forced) o nel caso di radiatori olio-aria installati in remoto, il raffreddamento negli avvolgimenti deve essere basato su un progetto ON (Oil Natural) in modo che la temperatura dell’olio sia distribuita il pi\u00f9 uniformemente possibile all’interno del sistema di avvolgimento.<\/p>\n

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          Contenuti connessi: <\/strong>Mappatura delle popolazioni di trasformatori<\/a><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

          6. Esempi<\/strong><\/h2>\n<\/li>\n
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          6.1<\/h3>\n

          Nel caso seguente \u00e8 evidente il bassissimo contenuto di ossigeno. \u00c8 stato raggiunto subito dopo la messa in servizio. Dal 2004 \u00e8 stato incluso nel programma di conservazione della popolazione dei trasformatori, nonostante il trasformatore fosse in condizioni ottimali. Come mostrato di seguito, il contenuto di acido sembra aumentare rapidamente e ha raggiunto la soglia di rigenerazione (0,1 mgKOH\/g) in soli 9 anni. Ci\u00f2 significa che lo stress termico in questo trasformatore ha portato a una rapida perdita della qualit\u00e0 dell’olio.<\/p>\n

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          6.2 Esempio di interazione tra acido e ossigeno<\/h3>\n

          Accoppiatore di rete 250MVA 220\/110 kV
          \n\"\"<\/p>\n

          Questo trasformatore \u00e8 un ottimo esempio dell’interazione tra acido e ossigeno. Il trasformatore \u00e8 entrato in una fase di invecchiamento accelerato dopo il 2000 e ha raggiunto la fase di fine vita (EOL) nel 2007. Fino al 1993, il contenuto di O2 <\/sub>>> 20000 era tipico di un trasformatore a respirazione aperta che funzionasse correttamente. Tuttavia, il contenuto di CO2<\/sub> era alto, a indicare un livello elevato di consumo di O2<\/sub>. Nel 1996, l’O2<\/sub> \u00e8 sceso e l’acidit\u00e0 era pari a 0,109 mgKOH\/g, che era al limite massimo. Dal 2000 in poi, il contenuto di O2<\/sub> ha continuato a diminuire mentre l’acidit\u00e0 \u00e8 aumentata. Inoltre, nel 2003 sono stati rilevati livelli di furano di circa 5 ppm.<\/p>\n

          Nel 2007, tutti gli indicatori mostravano che il trasformatore aveva raggiunto una condizione di fine vita (EOL), inclusi i seguenti valori:<\/p>\n