La rigidità dielettrica dell’olio per trasformatori è uno dei parametri principali il cui valore può essere utilizzato per giudicare la qualità e lo stato attuale dell’isolamento del trasformatore di liquido. Fisicamente, la rigidità dielettrica è l’intensità minima del campo elettrico alla quale si verifica la rottura elettrica di un dielettrico liquido. Tipicamente, l’unità utilizzata per misurare la rigidità dielettrica è un volt per centimetro (V/cm). La rigidità dielettrica dei dielettrici liquidi in generale e dell’olio per trasformatori in particolare è stata studiata ed esplorata per più di cento anni.

Da cosa dipende la rigidità dielettrica dell’olio per trasformatori?

La rigidità dielettrica di tutti gli oli per trasformatori freschi a cui sono state rimosse acqua e altre impurità è elevata, superiore a 210 kV/cm. È noto che la rigidità dielettrica dell’olio fresco e completamente purificato è parecchie volte superiore a quella del vecchio olio contaminato.

Una diminuzione di la rigidità dielettrica dell’olio del trasformatore è causato da:

• presenza di umidità nell’olio;
• presenza di gas intrappolato;
• presenza di impurità meccaniche.

Le goccioline d’acqua sono l’impurità più pericolosa, perché sono distribuite su tutto il volume di un dielettrico liquido. Quando viene applicata la tensione, si verifica la polarizzazione delle molecole d’acqua che sono orientate dalla direzione del vettore del campo elettrico e formano catene con maggiore conduttività. Il guasto elettrico si verifica lungo queste catene. Se il volume dell’olio del trasformatore contiene solo lo 0,01% di umidità, la rigidità dielettrica diminuisce immediatamente di 3 volte.

La presenza di bolle di gas in un dielettrico liquido è pericolosa a causa del rapido sviluppo dei processi di ionizzazione. Questo perché la rigidità dielettrica dei gas è inferiore a quella di un dielettrico liquido. Quando il gas intrappolato viene ionizzato, si osservano dimensioni maggiori e surriscaldamento localizzato dell’olio. I canali del gas si formano all’interno dell’olio e lungo di essi si verifica un guasto elettrico.

Una diminuzione della rigidità dielettrica degli oli è influenzata anche da fuliggine, particelle metalliche e frammenti di isolamento solido del trasformatore. Le fibre isolanti in cellulosa assorbono l’umidità contenuta nell’olio, colmano le fessure isolanti dell’olio e formano i canali attraverso i quali si verifica una rottura.

Per aumentare la rigidità dielettrica dell’olio del trasformatore, vengono utilizzate speciali unità di filtrazione, asciugatura e degasaggio.

Processi per aumentare la rigidità dielettrica dell’olio per trasformatori

Nel settore energetico, vengono applicate attrezzature speciali per aumentare la rigidità dielettrica dell’olio del trasformatore. Le unità di filtrazione consentono di rimuovere le impurità meccaniche dall’olio. Questo tipo di apparecchiatura contiene solitamente diversi filtri con diversa finezza di filtrazione. Prima l’olio passa attraverso un filtro grossolano e poi attraverso un filtro fine. Il numero di stadi di filtrazione può essere superiore a due.

Il riscaldamento dell’olio e l’esposizione al vuoto vengono utilizzati per rimuovere acqua e gas. Dopo il riscaldamento, l’umidità ei gas evaporano dalla superficie dell’olio e vengono rimossi grazie al funzionamento di un sistema a vuoto a due stadi.

Se hai solo bisogno di asciugare l’olio, vengono utilizzate unità con cartucce di zeolite. Il sorbente alla zeolite assorbe uniformemente l’acqua dall’olio e quindi la trattiene in modo affidabile nei suoi granuli.

L’applicazione di questo tipo di attrezzatura singolarmente o nel suo complesso aumenta la rigidità dielettrica dell’olio del trasformatore.

Differenza tra rigidità dielettrica e tensione di rottura dell’olio del trasformatore

Oltre alla rigidità dielettrica, esiste un altro parametro essenzialmente vicino dell’olio del trasformatore: la tensione di rottura. Perché lo abbiamo ricordato? Questi due parametri sono spesso equiparati. In realtà, sono vicini, ma non uguali. Se la rigidità dielettrica è l’intensità minima del campo elettrico alla quale si verifica un guasto dell’olio, la tensione di guasto è la tensione massima che l’olio può sopportare prima dell’inizio del guasto.

La rigidità dielettrica e la tensione di rottura dell’olio isolante sono correlate da un’unica formula. Per calcolare la rigidità dielettrica, la tensione di rottura deve essere divisa per lo spessore del dielettrico.

Prova di rigidità dielettrica

In pratica, prova di rigidità dielettrica di solito sostituisce la misurazione della tensione di rottura. Prevede l’utilizzo di un trasformatore ad alta tensione, una cella di misura in materiale isolante, due elettrodi e l’olio del trasformatore in prova. L’olio viene versato nella cella dopodiché la tensione viene gradualmente aumentata sull’avvolgimento secondario del trasformatore fino a quando non si verifica la rottura del canale dell’olio tra gli elettrodi. Diverse misurazioni vengono effettuate ad intervalli e successivamente elaborate con metodi statistici per ottenere il valore finale della tensione di rottura.

Diversi standard di misurazione della tensione di rottura possono essere applicabili in diversi paesi. Ma l’algoritmo rimane lo stesso descritto sopra. Potrebbero esserci differenze solo nella forma degli elettrodi, nella distanza tra gli elettrodi, negli intervalli tra misurazioni adiacenti, ecc.

Tester per la resistenza dielettrica dell’olio

Come abbiamo notato sopra, test di rigidità dielettrica dell’olio isolante non è incluso nell’elenco dei test di riferimento. Di norma, viene eseguita la misurazione della tensione di rottura. GlobeCore ha sviluppato Strumento da laboratorio TOR-80 per la soluzione pratica di questo problema. Si tratta di una nuova apparecchiatura che non è inferiore agli equivalenti in nessuna delle sue specifiche e li supera nella velocità di spegnimento della tensione di prova dopo l’inizio di un guasto. La tensione si interrompe in 4 microsecondi; quindi, il dielettrico di prova non ha il tempo di bruciare al di sotto e di cambiare la sua composizione chimica che fornisce condizioni uguali per il test.

Vantaggi di Strumento TOR-80:

• Funzionamento automatico. Un addetto al laboratorio deve solo collegare lo strumento alla rete elettrica, inserire la cella di misura, riempirla di olio e iniziare a misurare. Il valore numerico della tensione di rottura dell’olio in kilovolt apparirà sul display dello strumento dopo cinque minuti.
• Versatilità. Utilizzando TOR-80, è possibile misurare la tensione di rottura secondo uno qualsiasi degli standard esistenti; lo strumento può quindi essere utilizzato in ogni paese del mondo.
• Mobilità. Lo strumento è leggero, di dimensioni compatte e dotato di maniglie incorporate; può quindi essere facilmente trasportato da una stanza all’altra o all’occorrenza spostato all’interno del laboratorio.
• Uso conveniente. I risultati delle misurazioni possono essere stampati con una stampante termica integrata e i dati di misurazione accumulati nella memoria non volatile del dispositivo vengono trasferiti a un computer per ulteriori analisi ed elaborazioni statistiche.
• Sicurezza. Quando il coperchio superiore è in posizione “aperto”, l’applicazione della tensione di prova è bloccata; in tal modo, viene eliminata la scossa elettrica al personale di laboratorio.

Applicazione di Strumenti TOR-80 fabbricato da GlobeCore consente di rivelare diminuzioni critiche nella tensione di rottura dell’olio del trasformatore e di prendere la giusta decisione in merito al cambio o alla purificazione dell’olio. I test e l’analisi tempestivi dell’olio del trasformatore consentono di risparmiare denaro e di prevenire potenziali guasti del trasformatore associati a danni al sistema di isolamento.