Strumenti di verifica per olio isolante serie OTS PB e OTS AF

In parole semplici, un test della tensione di rottura dielettrica misura la sollecitazione elettrica che un olio isolante è in grado di tollerare senza degradarsi. Il test viene eseguito in un opportuno recipiente in cui sono montati due elettrodi separati da una certa distanza. Un campione dell'olio da testare viene collocato nel recipiente e agli elettrodi viene applicata una tensione CA. La tensione viene incrementata finché l’olio non si degrada, ossia finché tra gli elettrodi si genera una scintilla. La tensione del test viene quindi immediatamente disattivata. La tensione alla quale si è verificata la rottura è il risultato del test e, in genere, viene valutata confrontandola con le linee guida prescritte in diversi standard o nelle specifiche del produttore dell'olio. Il metodo esatto di esecuzione del test è determinato dallo standard in uso. Lo standard definisce in genere parametri quali dimensioni e forma degli elettrodi, distanza tra gli stessi, velocità di aumento della tensione del test, numero di ripetizioni del test e agitazione o meno dell'olio durante il test

Svariate tipologie di organizzazioni traggono vantaggio dall'esecuzione di test sull'olio isolante. Sono inclusi:

• Appaltatori di servizi di pubblica utilità (principalmente nelle sottostazioni)
• Società di servizi pubblici (principalmente nelle centrali elettriche e sottostazioni)
• Aziende ferroviarie (trasformatori step-down ad alta tensione per locomotive e gruppi di comando)
• Laboratori di test degli oli (fornitura di servizi di test)
• Produttori di trasformatori e gruppi di comando (controllo di qualità degli oli)
• Compagnie petrolifere (test di nuovo olio in fase di produzione)
• Industria pesante e manifatturiera (programmi di manutenzione delle risorse)

Sebbene il termine generico "olio" sia quasi universalmente utilizzato per descrivere i fluidi isolanti, attualmente esistono cinque diversi tipi di liquido isolante di uso comune. Essi sono:

• Olio minerale
• Fluidi idrocarburici ad alto peso molecolare (HMWH)
• Fluidi siliconici
• Fluidi a base di esteri sintetici
• Fluidi a base di esteri naturali (oli vegetali)

Tutti questi tipi di olio possono essere testati per verificare la tensione di rottura dielettrica impiegando i set di test della gamma OTS di Megger. L'olio minerale è il fluido isolante più comune ed è in uso dalla fine del XIX secolo. Molti trasformatori riempiti con olio minerale sono in uso continuo da oltre 50 anni. Gli oli minerali sono raffinati a partire dal greggio naftenico o, più recentemente, dal greggio paraffinico. I fluidi HMWH, siliconici, a base di esteri sintetici e naturali sono sviluppi più recenti e sono spesso preferiti in quanto molto meno infiammabili dell'olio minerale. In base allo standard ASTM D5222, per essere classificati come "meno infiammabili", i fluidi isolanti devono presentare un punto di infiammabilità di almeno 300 ºC. I cinque fluidi differiscono significativamente nel modo in cui rispondono alla presenza di umidità. L'olio minerale è caratterizzato dalle prestazioni meno soddisfacenti e anche piccole quantità di acqua ne riducono significativamente la tensione di rottura. Anche il fluido siliconico risente rapidamente di ridotte quantità di umidità, mentre i fluidi a base di esteri si comportano molto bene in presenza di umidità e, in genere, sono in grado di mantenere una tensione di rottura superiore a 30 kV in presenza di un tenore di acqua superiore a 400 ppm. Questo è uno dei motivi per cui la durata in servizio degli esteri è superiore.

Il test della tensione di rottura dielettrica è un modo relativamente rapido e semplice per determinare il grado di contaminazione nell'olio isolante. Solitamente il contaminante è l'acqua, ma può essere costituito anche da particelle conduttive, sporcizia, detriti, particelle isolanti e sottoprodotti di ossidazione, oltre che invecchiamento dell'olio. Per le apparecchiature in servizio, il test della tensione di rottura dielettrica è un modo utile e pratico per rilevare l'umidità e la contaminazione di altra natura nell'olio prima che si verifichi un guasto catastrofico. Le informazioni ottenute dal test possono essere utilizzate anche come ausilio per:

• Prevedere la durata residua di un trasformatore
• Migliorare la sicurezza operativa
• Prevenire gli incendi delle apparecchiature
• Mantenere l'affidabilità

Il test della tensione di rottura dielettrica viene eseguito anche sull'olio nuovo prima di utilizzarlo per il rifornimento delle apparecchiature e nel quadro dei test di accettazione delle consegne di olio nuovo e rigenerato.

Il test della tensione di rottura dielettrica è un elemento importante del programma di manutenzione di qualsiasi componente di apparecchiature elettriche isolate a olio. Tuttavia, per trarre il massimo beneficio da questo tipo di test, Megger consiglia vivamente di testare l'olio almeno una volta all'anno e preferibilmente due volte all'anno. I risultati devono essere registrati, in quanto seguire le tendenze dei dati facilita l'identificazione di variazioni improvvise o impreviste. Se si rileva una variazione improvvisa nei risultati, è possibile ispezionare il trasformatore per verificare l'eventuale presenza di perdite, controllare il livello dell'olio e valutare il tenore di acqua nell'olio. Se la contaminazione viene confermata, spesso sarà possibile essiccare e filtrare l'olio, pertanto rigenerandolo anziché doverlo sostituire con costoso olio nuovo.

L’ASTM D877 è uno standard meno recente e in genere non è molto sensibile alla presenza di umidità. Per questo motivo, non è molto diffuso per le applicazioni in servizio. Nel 2002, l'IEEE ha sottoposto a revisione la C51.106, ossia la Guida per l'approvazione e la manutenzione dell'olio isolante nelle apparecchiature. L'IEEE ha rimosso i valori D877 dai criteri per la valutazione dell'olio in servizio nei trasformatori. In genere, la norma ASTM D877 è consigliata solo per i test di accettazione di olio nuovo ricevuto da un fornitore alla rinfusa o in contenitori per garantire che l'olio sia stato stoccato e trasportato correttamente. In genere, la specifica minima prevede un valore di rottura di 30 kV. Lo standard ASTM D877 specifica l'uso di elettrodi a forma di disco con diametro di 25,4 mm (1 pollice) e spessore di almeno 3,18 mm (0,125 pollici). Tali elettrodi sono realizzati in ottone lucidato e sono montati con le facce parallele e allineate in orizzontale nel recipiente di test. Secondo le specifiche, i bordi devono essere affilati e con un raggio non superiore a 0,254 mm (0,010 pollici). È buona pratica ispezionare regolarmente i bordi affilati per assicurarsi che non siano diventati troppo smussati. Bordi eccessivamente smussati falsano la tensione di rottura aumentandola, cosicché è possibile che un olio superi erroneamente il test. È inoltre importante che gli elettrodi siano tenuti ben puliti, senza vaiolatura o segni di corrosione; in caso contrario, i valori di rottura possono essere falsati verso il basso.

L’ASTM D1816 ha acquisito sempre maggiore diffusione nel Nord America, anche al di fuori dell’ambito di applicazione prescritto della norma che riguarda gli oli isolanti di origine petrolifera e i limiti di viscosità. La norma D1816 è più sensibile rispetto alla D877 per quanto riguarda umidità, invecchiamento dell'olio e ossidazione e risente in misura maggiore della presenza di particelle nell'olio. Nel 2002, la revisione IEEE della C51.106 ha aggiunto i limiti della tensione di rottura per gli oli nuovi e in servizio in base a D1816. La norma ASTM D1816 specifica l'uso di elettrodi a forma di fungo aventi un diametro di 36 mm. Così come per la D877, gli elettrodi sono in ottone e devono essere lucidati per essere privi di incisioni, graffi, vaiolatura o accumuli di carbonio. L'olio viene mescolato durante l’intera sequenza di prova e la specifica prevede una girante a due lame azionata a motore. Lo standard prescrive le dimensioni e l’angolo di pitch della girante, nonché la velocità di funzionamento, che deve essere compresa tra 200 giri/min e 300 giri/min. Il recipiente di test deve essere dotato di coperchio o deflettore per evitare che l'aria entri in contatto con l'olio in circolazione. Lo standard D1816, sebbene in genere considerato più utile del D877, presenta una limitazione significativa: quando si testano oli in servizio, questo metodo di test è molto sensibile ai gas disciolti. Quantità eccessive di gas nell'olio possono ridurre i risultati del test al punto che un campione di olio in perfette condizioni, con basso tenore di umidità e particelle, non supera il test. È importante tenere a mente questo aspetto quando si esegue il test di oli provenienti da piccoli trasformatori con strato di gas e, in alcuni casi, a ventilazione libera.

Esistono tante declinazioni della norma internazionale IEC 60156 quanti sono i comitati nazionali dei membri IEC di diversi paesi che l'hanno adottata. Alcuni esempi sono lo standard inglese BS EN 60156 e il tedesco VDE 0370 parte 5. La norma IEC 60156 specifica l'uso di elettrodi sferici o a fungo, come quelli utilizzati nello standard ASTM D1816. Lo standard IEC differisce in molti modi dal D1816, ma la differenza principale è che lo standard IEC consente l'uso opzionale di una girante di agitazione, l'uso di un agitatore magnetico a sfere o addirittura l'assenza di agitazione. Secondo lo standard, non sono state riscontrate differenze statisticamente significative tra i test effettuati con o senza agitazione. Un agitatore magnetico è consentito solo se non sussiste il rischio di rimuovere particelle magnetiche dal campione di olio oggetto del test. Se l'olio è utilizzato come liquido di raffreddamento, nel qual caso circola, viene mescolato durante il test. Ad esempio, in genere, l'olio per trasformatori circola se è impiegato come liquido di raffreddamento. Pertanto, sarebbe necessario agitare un campione di olio proveniente da un trasformatore per ottimizzare la probabilità di rilevare la contaminazione da particelle. L'olio proveniente da un interruttore automatico in genere è statico, cosicché le particelle cadrebbero naturalmente sul fondo del serbatoio, dove è improbabile che causino un problema. Pertanto, nelle applicazioni d’uso statico, un campione di olio solitamente non viene agitato. I valori di rottura dielettrica ottenuti dal metodo IEC 60156 sono generalmente più elevati di quelli ottenuti con i metodi ASTM. I valori di rottura dielettrica più elevati sono in parte dovuti alle differenze nella velocità di aumento della tensione e alla distanza tra gli elettrodi rispetto al D1816 e alla forma dell'elettrodo rispetto al D877 (la forma dell'elettrodo IEC genera un campo elettrico più uniforme). Il risultato è che per i trasformatori sottoposti ad adeguata manutenzione le tensioni di rottura possono essere superiori a quelle raggiungibili con uno strumento per test da 60 kV. L'incapacità di quantificare una tensione di rottura superiore a 60 kV potrebbe non rappresentare un problema quando si valuta un olio nuovo ottenuto da un fornitore o persino nel caso di un olio in servizio. Tuttavia, spesso è necessario conoscere un valore effettivo della tensione di rottura. Pertanto, quando si eseguono test in conformità alla norma IEC 60156, è consigliabile utilizzare uno strumento in grado di applicare una tensione più elevata. Analogamente a D1816, il gas disciolto nel campione di olio può ridurre i valori di rottura, ma l'effetto è molto meno marcato con lo standard IEC 60156.