Il fattore di efficienza di un trasformatore non raggiunge mai il 100%; in linea di principio, proprio come con qualsiasi altro dispositivo. Ciò è dovuto al fatto che si verificano perdite di potenza dei trasformatori durante l’operazione. Queste perdite si verificano nei conduttori di rame dell’avvolgimento e nel nucleo magnetico (circuito magnetico) in acciaio. In questo articolo parleremo di un altro tipo di perdita: la perdita dielettrica dell’olio del trasformatore.

Cause di riscaldamento e surriscaldamento dei trasformatori

Se la perdita di acciaio è causata da correnti parassite e dall’inversione ciclica della magnetizzazione (isteresi), la perdita di rame si verifica quando la corrente passa attraverso un conduttore di rame. Il conduttore ha una certa resistenza a causa della quale si verifica una caduta di tensione e quindi una perdita di potenza. L’energia elettrica viene convertita in calore: il conduttore di rame si riscalda. Per evitare il surriscaldamento del trasformatore e per garantirne il normale funzionamento, il calore deve essere rimosso. L’olio del trasformatore viene utilizzato per questo compito e svolge la funzione di isolare le parti del trasformatore che trasportano corrente.

Finché l’olio è in buone condizioni e rimuove il calore, il trasformatore non si surriscalda. Tuttavia, con il passare del tempo, la condizione dell’olio si deteriora se esposto ad alte temperature, alta tensione, umidità, contaminazione con impurità meccaniche e processi ossidativi. L’olio invecchia e peggiora le sue funzioni. Pertanto, è importante sapere quanto è invecchiato l’olio e quanto bene svolge i suoi compiti.

Valutazione dell’invecchiamento dell’olio del trasformatore

Valutazione del cambio dell’olio del trasformatore viene eseguito sulla base dei risultati del prelievo di campioni e della loro analisi in laboratorio, o utilizzando strumenti speciali per la valutazione diagnostica espressa. In questo caso si può effettuare sia una valutazione chimica dell’olio sia una valutazione delle sue proprietà fisiche: valutazione numerica del colore, test di rottura dell’olio, misurazione del numero di acidità, determinazione della tangente di perdita dielettrica, tensione interfacciale, contenuto di acqua e gas, contenuto di idrocarburi, ecc.

Il grado di ossidazione e invecchiamento dell’olio del trasformatore è caratterizzato in varia misura dalla tangente di perdita dielettrica, dal numero di acidità, dalla tensione interfacciale, dalla torbidità e dal colore. Durante il funzionamento a lungo termine, un aumento considerevole della tangente di perdita dielettrica è più indicativo dell’invecchiamento, del numero di acidità dell’ossidazione e della torbidità dell’invecchiamento colloidale dell’olio del trasformatore.

Cosa si intende per perdita dielettrica e permettività dielettrica dell’olio per trasformatori?

Se un dielettrico viene posto in un campo elettrico, parte dell’energia del campo verrà utilizzata per riscaldare il dielettrico. Per perdita dielettrica si intende la potenza dissipata da un campo elettrico sotto forma di calore in un dielettrico. La capacità dei dielettrici di dissipare l’energia del campo elettrico è stimata utilizzando la tangente di perdita dielettrica.

I cambiamenti nelle proprietà dell’olio anche con una piccola quantità di contaminanti possono essere rivelati dai valori misurati della tangente di perdita dielettrica.

Inoltre, ai fini delle proprietà dei dielettrici in generale e dell’olio per trasformatori in particolare, viene utilizzato il parametro quale la permittività dielettrica. Può essere espresso come valore assoluto o relativo. La permittività relativa caratterizza le proprietà di un dielettrico e mostra quale piega la forza di interazione tra due cariche elettriche in un mezzo dielettrico è inferiore a quella nel vuoto.

In quale intervallo dovrebbe trovarsi la tangente di perdita dielettrica dell’olio del trasformatore?

Quali valori della tangente di perdita dielettrica devono essere considerati come quelli ai quali l’olio può continuare ad essere utilizzato in un trasformatore? Questi valori possono differire da paese a paese; quindi, qui, forniamo valori approssimativi:

• trasformatori, 110–150 kV — non più del 10% (a 70°С) e non più del 15% (a 90°С);
• trasformatori, 220–500 kV — non più del 7% (a 70°С) e non più del 10% (a 90°С);
• trasformatori, 750 kV — non più del 3% (a 70°С) e non più del 5% (a 90°С).

Influenza di varie impurità sulla perdita dielettrica dell’olio del trasformatore

La perdita dielettrica aumenta a causa della presenza delle seguenti sostanze nell’olio:

• sostanze bituminose;
• saponi;
• acqua.

Gli acidi non migliorano la perdita dielettrica dell’olio a temperatura ambiente. Tuttavia, all’aumentare della temperatura, aumenta la perdita dielettrica e maggiore è il numero di acidità dell’olio, maggiore è l’entità dell’aumento.

Determinazione della tangente di perdita dielettrica secondo IEC 60247

A titolo di esempio, discutiamo la determinazione della tangente di perdita dielettrica dell’olio del trasformatore secondo il metodo descritto nella norma IEC 60247. Comprende le seguenti fasi:

1. Poiché la tangente di perdita dielettrica è sensibile alla temperatura, tutte le misurazioni devono essere effettuate solo dopo che è stato raggiunto l’equilibrio di temperatura.
2. Per eseguire il punto 1, l’olio della cella di misura viene riscaldato alla temperatura richiesta. Se il riscaldamento viene eseguito in modalità non automatica, si consiglia di iniziare a misurare solo 10 minuti dopo aver raggiunto la temperatura impostata ± 1 °С.
3. La tensione viene applicata solo durante le misurazioni. La tensione applicata dovrebbe creare un’intensità di campo elettrico nell’olio compresa tra 0,03 e 1 kV/mm. La tensione dovrebbe cambiare in modo sinusoidale con la frequenza di 40-62 Hz.
4. Al termine delle misurazioni iniziali, l’olio viene scaricato dalla cella di misurazione.
5. Effettuare misurazioni ripetute con le stesse impostazioni e precauzioni del primo lotto di olio. I valori tangenti ottenuti non dovranno differire tra loro di più di 0,0001 più il 25% del valore più alto delle due determinazioni.
6. Se la condizione del passaggio 5 è soddisfatta, le misurazioni vengono interrotte. Se la condizione non è soddisfatta, le misurazioni vengono eseguite fino a ottenere due valori consecutivi conformi al requisito. Sono presi come risultati di misurazione.

Oltre alle misurazioni della tangente di perdita dielettrica, CEI 60247 regola anche la misurazione dei parametri come la resistività e la permittività dielettrica del petrolio. Questi indicatori, sia insieme che separatamente, forniscono informazioni sulla qualità e sul grado di contaminazione dell’olio per trasformatori. La permittività dielettrica è influenzata dall’elevato numero di contaminanti, mentre la tangente di perdita dielettrica e la resistività sono fortemente influenzate anche dal ridotto numero di contaminanti.

Misura automatica della tangente di perdita dielettrica. Tester tan-delta TOR-3

GlobeCore produce TOR-80 analizzatori di guasto dell’olio del trasformatore, analizzatori di umidità e gas TOR-2 e TOR-3 tester di perdita dielettrica e rigidità dielettrica per olio isolante.

Tester tan delta TOR-3 — le principali caratteristiche e vantaggi:

• il funzionamento dello strumento TOR-3 è controllato utilizzando un computer dando comandi per eseguire determinate azioni, quindi le misurazioni vengono eseguite in modalità automatica con l’output del risultato su questo computer;
• per ridurre la durata delle misure, lo strumento TOR-3 utilizza una cella di misura in cui viene versato l’olio di prova e un sistema di riscaldamento della cella “dall’interno”. A causa di ciò, il riscaldamento e la stabilizzazione della temperatura vengono eseguiti a velocità accelerata. Lo strumento raggiunge rapidamente le caratteristiche specificate e inizia a misurare la tangente di perdita dielettrica e la permittività dielettrica in pochi minuti;
• la tolleranza di misura della tangente di perdita dielettrica non supera ±1%+0.00008, e quella della permittività dielettrica — ±2%. L’elevata precisione e stabilità della misurazione sono ottenute grazie al nuovo GlobeCore tecnologie utilizzate nello sviluppo della struttura di un condensatore di riferimento, nonché calibrazione predeterminata di una cella di misura vuota utilizzando uno speciale programma software;
• per comodità operativa dello strumento TOR-3, la cella non viene rimossa quando si procede all’analisi dei campioni successivi. È sufficiente dare un comando dal computer per aprire la valvola di scarico dell’olio in un apposito vassoio e successivamente inserire un nuovo campione nella cella;
• quando lo strumento è acceso, può essere facilmente spostato sulla scrivania o trasportato all’interno del laboratorio, grazie alla disposizione compatta di tutti i moduli elettronici, alla leggerezza e all’integrazione delle maniglie nell’alloggiamento;
• un microprocessore, un convertitore digitale-analogico e un amplificatore ad alta tensione contenuti nello strumento consentono di generare un segnale di prova della forma necessaria e di operare in un’ampia gamma di ampiezze. Pertanto, TOR-3 è versatile e può essere utilizzato per misurare la tangente di perdita dielettrica secondo standard con diversi requisiti di tensione di prova;
• la sicurezza operativa dello strumento si ottiene realizzando l’alloggiamento e lo strato superiore della copertura della cella di misura in materiale isolante resistente.

Tutte le specifiche dello strumento TOR-3 possono essere trovate qui. Se hai ulteriori domande, puoi porle utilizzando alcuni dei recapiti contenuti nell’apposita sezione del sito.