In questo articolo discuteremo uno dei metodi principali per la valutazione diagnostica dei trasformatori: analisi dei gas disciolti dell’olio del trasformatore. Di seguito, vi diremo quando è consigliabile utilizzare questo metodo, quali sono le principali tecniche esistenti per interpretarne i risultati, e parleremo anche di un nuovo strumento nella linea di prodotti GlobeCore che utilizza anche un principio di gas disciolto nel suo funzionamento.

Tipi di difetti del trasformatore

Per natura dello sviluppo, tutti i difetti del trasformatore possono essere suddivisi in tre gruppi:

• difetti nel caso in cui il danno a un trasformatore si sviluppi molto rapidamente e si verifichi un guasto istantaneo dell’apparecchiatura;
• danno locale nel caso in cui si verifichi un guasto al trasformatore in pochi giorni o mesi. Questi sono difetti in rapido sviluppo;
• danno che si sviluppa lentamente, di solito da alcuni mesi a diversi anni. Questi sono i cosiddetti difetti a sviluppo lento.

Nel primo caso, è impossibile controllare lo stato del trasformatore in un modo o nell’altro e prevenire il guasto del trasformatore. Al fine di prevenire un guasto in caso di difetti che si sviluppano rapidamente, vengono utilizzati sistemi automatizzati per la valutazione diagnostica continua. Il terzo caso richiede un monitoraggio periodico o frequente, ed è lì che si scioglie analisi del gas dell’olio del trasformatore deve essere usato.

Analisi dei gas disciolti dell’olio per trasformatori: cenni storici

La funzione principale dell’olio è isolare le parti conduttive e rimuovere il calore dagli elementi riscaldati di un trasformatore. Quando il trasformatore è in funzione, l’olio è influenzato da molti fattori negativi: alta tensione e alta temperatura; idratazione e ossidazione. Di conseguenza, non solo le molecole di olio, ma anche le molecole di cellulosa che costituiscono l’isolamento solido del trasformatore si decompongono nel tempo. Durante la decomposizione delle molecole, i gas vengono rilasciati ed entrano nell’olio del trasformatore. Questi di solito includono metano, etano, etilene, acetilene, propano, propilene, butene e butano. Inoltre, a seconda del tipo di difetto che si sviluppa nel trasformatore, può variare l’elenco dei gas e la loro composizione quantitativa. Questa caratteristica specifica è presa come base per la cromatografia analisi dei gas disciolti dell’olio del trasformatore. Pertanto, oltre alla funzione isolante e di rimozione del calore, l’olio per trasformatori contiene informazioni diagnostiche sui difetti che si sviluppano lentamente. E il compito principale è “leggere” correttamente queste informazioni e interpretarle successivamente.

Il metodo della cromatografia fu usato per la prima volta dallo scienziato russo M. Tsvet nel 1903 quando studiò i pigmenti della vegetazione. Successivamente, questo metodo ha guadagnato trazione in diverse aree della chimica, inclusa la gascromatografia.

Col tempo, analisi cromatografica dei gas disciolti è diventato molto diffuso grazie ai suoi vantaggi che si esprimono in quanto segue:

• i campioni prelevati senza disinserire il trasformatore possono essere utilizzati per l’analisi;
• il metodo può essere utilizzato per valutare diagnosticamente lo stato del trasformatore, nonché quello di qualsiasi apparecchiatura di generazione di energia a bagno d’olio;
• la valutazione diagnostica copre un’ampia gamma di difetti del trasformatore;
• gli effetti sono rivelati in una fase iniziale di sviluppo che non è determinata da altri metodi;
• non viene rivelata solo la presunta natura del difetto, ma anche l’entità del danno esistente.

Il metodo è stato applicato per la valutazione diagnostica dello stato dei trasformatori sin dagli anni ’60-’70 del secolo scorso. Al giorno d’oggi,l’analisi dei gas disciolti degli standard dell’olio per trasformatori viene effettuata; questi standard includono ASTM D3612 O CEI 60567.

Analisi cromatografica dei gas disciolti: procedura fase per fase

Nella prima fase dell’analisi cromatografica dei gas disciolti, i campioni di olio vengono prelevati dal trasformatore mediante appositi campionatori che escludono il contatto dell’olio con l’aria ambiente. Successivamente, i campioni vengono consegnati al laboratorio.

È auspicabile che non passi più di una settimana dal momento del prelievo del campione al momento della sua analisi.

L’analisi dei gas disciolti dell’olio del trasformatore viene effettuata in laboratorio utilizzando strumenti speciali chiamati cromatografi.

L’analisi stessa include due processi. Il primo è l’estrazione di gas dal petrolio e il secondo è effettivo analisi cromatografica di gas già rilasciati. L’estrazione sottovuoto o per desorbimento viene utilizzata per estrarre i gas disciolti dall’olio.

Classico analisi cromatografica comporta il lavoro con nove gas: idrogeno, ossigeno, azoto, metano, etano, etilene, acetilene, monossido di carbonio e anidride carbonica.

Analisi cromatografica dei gas disciolti dell’olio per trasformatori: tecnica diagnostica

Per diagnosticare correttamente i danni al trasformatore in base all’analisi dei gas disciolti, è necessario utilizzare una tecnica separata. Attualmente sono state proposte diverse tecniche del genere. Tra questi segnaliamo:

• la tecnica di Rogers;
• tecnica IEC 60599;
• tecnica SIGRE;
• il triangolo di Duval.

In questo articolo, discuteremo brevemente del metodo del triangolo di Duval per comprenderne l’essenza. È stato proposto dallo specialista canadese M. Duval nel 1974.

Metodo del triangolo duval

Il metodo del triangolo di Duval è un esempio di un approccio per determinare la natura del difetto mediante grafica piuttosto che mediante logica computazionale.

Il metodo permette di tracciare un punto su un grafico rappresentato sotto forma di triangolo utilizzando i valori delle concentrazioni di tre gas (C2H2, C2H4, CH4). Secondo il metodo Duval, l’area del triangolo è divisa in sette zone. Ogni zona corrisponde a un certo stato difettoso del trasformatore. In totale vengono considerati sette stati difettosi. Il tipo di difetto è determinato dal punto appartenente a una zona specifica.

Nell’uso pratico di questo metodo, è necessario trovare la percentuale di ciascun gas, individuarla sul lato appropriato del triangolo e tracciare tre linee da ciascun punto che sono parallele al lato in ritardo e si intersecheranno in un punto. La posizione di questo punto determinerà la zona e il difetto valutato diagnosticamente.

Il metodo discusso dimostra ovviamente la “localizzazione” del difetto, oltre a consentire di osservare la traiettoria del suo sviluppo quando vengono eseguite diverse analisi cromatografiche dei gas disciolti dopo un certo periodo di tempo e i punti ottenuti vengono successivamente tracciati sul triangolo.

ТОR-2 Analizzatore di idrogeno e umidità dell’olio del trasformatore

I requisiti per la gestione di grandi quantità di gas aumentano il prezzo delle apparecchiature utilizzate nel corso dell’analisi cromatografica. Considerando che l’idrogeno costituisce circa il 59% di tutti i gas che si formano durante la decomposizione dell’olio e dell’isolamento solido, il suo contenuto nell’olio può essere considerato un criterio informativo per la valutazione diagnostica dei difetti a sviluppo lento del trasformatore.

In Strumento TOR-2 fabbricato da GlobeCore, la determinazione del contenuto di idrogeno è integrata da un’altra funzione: la misurazione del contenuto di umidità.

L’analisi dell’olio viene eseguita facilmente e rapidamente da una sola persona. Dopo aver prelevato un campione, è necessario che lo strumento venga acceso, il recipiente di aspirazione messo sottovuoto e quindi avviata la misura. I primi risultati per il contenuto di umidità saranno disponibili sul pannello LCD in dieci minuti e quelli per il contenuto di idrogeno in trenta minuti. Per un comodo funzionamento e l’elaborazione dei dati, lo strumento dispone di una mini-stampante integrata tramite la quale è sempre possibile stampare un tagliando con i risultati del test.

La precisione di misurazione dello strumento TOR-2 è ottenuta grazie alle caratteristiche di progettazione dei sensori e al loro contatto diretto con l’olio. Il funzionamento di un sensore di umidità capacitivo non è influenzato dai contaminanti nel campione di olio. E un sensore di idrogeno rileva solo l’idrogeno senza essere sensibile ad altri gas.

GlobeCore Lo strumento è versatile e può essere utilizzato per rilevare difetti che si sviluppano lentamente non solo nei trasformatori, ma anche nei cavi riempiti d’olio, passanti ad alta tensione, reattori shunt e commutatori sotto carico.

Applicazione della valutazione diagnostica istantanea dei trasformatori mediante

Strumento TOR-2, si determina tempestivamente i difetti che si sviluppano lentamente, si riesce a prevenire danni alle apparecchiature di generazione di energia riempite d’olio in tempo utile, si aumenta l’affidabilità dell’alimentazione e si risparmia denaro sulla manutenzione di questa apparecchiatura.