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.

Diagramma Schematico che mostra il tasso di invecchiamento k, a seconda dei diversi meccanismi di degrado (fig. 1 tratta dalla IEC TR 62874:2015)
Relazione tra proprietà le meccaniche delle carte isolanti e grado di polimerizzazione delle carte (fig. 2 tratta dalla IEC TR 62874:2015)






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