Sovraccaricabilità trasformatore in olio

[fpalone]

Ciao Mike,
partendo dal presupposto che siano solo i fenomeni termici a degradare il trasformatore, è l'isolamento solido (carta e cartogeno) che va a determinare la fine vita della macchina.
Ad un certo punto il degrado dell'isolante è tale da non poter più assolvere alle sue funzioni meccaniche, quindi le carte si sfaldano, portando infine al cedimento dielettrico.
La vita attesa dell'isolamento solido di un trasformatore è stimabile come:
[anni] (formula A.2 IEC 60076-7).


i parametri di energia di attivazione (EA) e della costante A dipendono dal tipo di carta, dalla presenza di aria e dall'umidità.
Una carta nuova di buona qualità, dopo il trattamento di essiccamento in vapor phase ha un grado di polimerizzazione DPstart di circa 1000, mentre arrivata ad un valore di DPend pari a 200 si considera arrivata a fine vita, in quanto ha solo il 20% circa della tensile strength di una carta nuova (occhio, la relazione non è lineare, come mostra la figura 2 della norma 60076-7).
Per una carta kraft con poca umidità (0.5%) ed in assenza di aria (es.macchina ermetica) EA vale 128 kJ/mol ed A vale
.

La norma CEI EN 60076-2 prescrive per un trasformatore isolato in olio con raffreddamento naturale le seguenti sovratemperature:
-olio 60 K
-media avvolgimenti 65 K
-hot spot avvolgimenti 78 K

Quindi, aggiungendo la temperatura media ambiente (convenzionalmente di 20 °C, ma dipende dal sito di installazione) alla sovratemperatura dell'hot spot, ottieni la temperatura del punto caldo θh e puoi calcolare la vita attesa della macchina.

Chiaramente, se la macchina non è ermetica le cose cambiano molto: passando dallo 0.5 % all'1.5% di umidità il parametro A passa a 1.5 × 10^11 h^-1; salendo al 3.5% di umidità arriva a 4,5 × 10^11 h^-1.

Per contro le cose migliorano molto se invece di usare carta cellulosica normale si utilizza carta thermally upgraded. La carta TUP mostra un migliore comportamento alla temperatura, in quanto sottoposta a cianoetilazione oppure additivata con agenti stabilizzanti come ammine.

Una carta TUP, in condizioni di bassa umidità (0.5%) presenta un'energia di attivazione di 86 kJ/mol ed un parametro A di 1.6 x 10^4 h^-1.
A parità di temperatura del punto caldo (es. 98°C), l'isolamento in carta TUP ha una vita attesa di circa 35 anni, contro i 12 di una normale carta kraft.

relativamente all'uso con macchine "vecchie", purtroppo se non si conoscono le condizioni di umidità è veramente difficile fare una stima anche grossolana dell'invecchiamento.
Se poi le macchine "respirano", ovvero non sono ermetiche ma hanno un trasformatore senza membrana, decisamente è il caso di tenere un buon margine.
Se invece parliamo di macchine nuove, se si vuole efficacemente sfruttare il sovraccarico ci sono diverse opzioni: la più interessante è per me usare carta thermally upgraded (costo solo marginalmente superiore) con isolamento in esteri naturali o sintetici.
L'estere tende a "sottrarre" umidità alla carta aumentandone notevolmente la vita; un isolamento TUP / estere naturale può essere esercito fino a 130°C; inoltre avendo un punto di fiamma notevolmente più alto dell'olio minerale è molto più sicuro per quanto riguarda il rischio di incendio.

[fpalone]

qualche buon testo da cui si possano attingere informazioni attuali? o fai riferimento ai dati forniti da alcuni costruttori?

Non sono aggiornato sui libri di testo, mi riferisco per lo più ai dati con i quali lavoro. Comunque ormai, nel bene o nel male, i dati di perdite sono uniformati dalla normativa ecodesign.
dai dati riportati nella tabella sottostante puoi facilmente calcolare il punto di lavoro ottimo per ciascuna classe di potenza di trafo di distrubuzione in olio

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[Mike]

Grazie fpalone sei stato anche troppo esauriente, per quanto riguarda il nuovo, sto valutando i trasformatori in olio estere che effettivamente hanno caratteristiche interessanti rispetto a quelli in resina senza le problematiche dell'olio minerale.

[marco76]

Purtroppo sembra che in questo 3D io abbia problemi di comprensione
Aiutatemi:
lillo e Mike hanno ragione se guardo alla tabella di 40° e fpaloneha ragione se si guarda alla tabella con 20°

[fpalone]

La temperatura che va considerata per il calcolo dell'invecchiamento è la temperatura media equivalente annua.
Convenzionalmente questo valore è di 20°C; chiaramente se la temperatura media è più alta allora, volendo mantenere la stessa vita attesa che si avrebbe a 20°C, la caricabilità trasformatore sarà inferiore.
PS.
non riesco a trovare la tabella citata in [1]: di che norma stiamo parlando, della CEI 14-15 (ovvero IEC 60076-7)?

[Mike]

non riesco a trovare la tabella citata in [1]: di che norma stiamo parlando, della CEI 14-15 (ovvero IEC 60076-7)?

L'ho trovata su TNE che cita testualmente: la tabella di sovraccaricabilità di un trasformatore in olio ONAN "deriva dalla vecchia guida CEI 14, fasc. 5645, tab. IV, che si ritiene tuttora valida."

[fpalone]

Ah, ecco perché non la trovavo, si tratta di una norma vecchia: nelle ultime due edizioni della norma non c'è più quella tabella.