La criticità “Degrado carte isolanti” è causata principalmente da meccanismi di normale invecchiamento e da particolari condizioni di stress termico, elettrico e meccanico delle carte isolanti.
Cause in relazione alle fasi del ciclo di vita
| Cause della criticità “Degrado carte isolanti” | Quando può verificarsi (fasi del ciclo di vita) |
|---|---|
| Carenza dei requisiti di acquisto delle carte isolanti | Requisiti ed acquisto |
| Carenza nel controllo qualità per i singoli lotti o singole forniture di carta isolante (esempio DP iniziale prima dell’impregnazione) | Accettazione carte isolanti e olio |
| Carenza nelle procedure analitiche per la verifica del Degrado carte isolanti | Accettazione olio, factory test, installazione e pre-energizzazione, esercizio, vecchiaia, post mortem |
| Perdita del gas di protezione e accumulo umidità sugli isolanti solidi | Trasporto del trasformatore |
| Carenza nei trattamenti di deumidificazione delle carte (es. processi vapour phase). Una buona carta isolante ha un valore di acqua impregnata compresa tra 0,5 e l’1% in massa | Installazione e pre-energizzazione, esercizio, vecchiaia |
| Accumulo di aria e umidità (ad esempio durante il cambio dell’olio o altri interventi di manutenzione elettromeccanica) | Factory test, installazione e pre-energizzazione, esercizio, vecchiaia |
I fattori critici che caratterizzano l’invecchiamento delle carte isolanti sono la temperatura, l’acqua, l’ossigeno, se il sistema è chiuso o aperto, i cicli termici e la relazione con il profilo di carico del trasformatore. I processi di degrado delle carte immerse in olio sono estremamente complessi, dipendono da molti fattori e chiamano in causa meccanismi di difficile formalizzazione quantitativa. I processi di degrado termico della carta sono il risultato dell’interazione dei seguenti 3 meccanismi:
1. Idrolisi. Questo fenomeno, per desorbimento della carta e per la rottura delle catene cellulosiche, genera acqua come principale prodotto di degrado (in presenza di punti caldi tipicamente a temperature < 150 °C).
2. Ossidazione. Questo fenomeno si manifesta tipicamente in presenza di punti caldi, a temperature comprese fra i 150 °C ed i 300 °C, ed è caratterizzato da un incremento della domanda di ossigeno. Il risultato è una diminuzione della concentrazione di ossigeno nell’olio (per un trasformatore respirante con silica gel si passa da 20000 µl/l a valori di 5000 0 10.000 µl/l) che si combina con il carbonio originato dalla degradazione della cellulosa formando CO2 e CO. Questo processo origina allo stesso tempo altri sottoprodotti della cellulosa tra cui i composti furanici (in particolare la 2FAL), il metanolo e l’etanolo.
3. Pirolisi. Si tratta di un meccanismo di decomposizione termochimica che avviene tipicamente in presenza di punti caldi, a temperature superiori ai 300 °C, tali da rompere le molecole della carta con formazione di particelle, acqua, metanolo, etanolo ed altri gas caratteristici.
I prodotti di degrado della carta sono composti solidi, liquidi e volatili (gas). Fra questi vi sono quelli solubili in olio (furani, metanolo, etanolo) e quelli insolubili in olio (particelle, sludge) che si amalgamano allo sludge derivante dall’invecchiamento dell’olio. Lo sludge derivante dall’olio e quello derivante dalla della carta si sommano formando lo sludge totale.
