Properties and deterioration/degradation of oil - Proprietà e deterioramento/degrado dell'olio

(traduzione Sea Marconi del cap. 4 della IEC 60422 Ed. 4-2013)

Le performance di un olio minerale in un sistema di isolamento dipendono da alcune caratteristiche di base dell’olio che possono influenzare le prestazioni complessive dell’apparecchiatura elettrica. Al fine di soddisfare i suoi molteplici ruoli di dielettrico, liquido di raffreddamento e capacità di estinzione dell’arco, l’olio deve possedere determinate proprietà, in particolare:

• alta resistenza dielettrica per sopportare le sollecitazioni elettriche imposte dall’operatività
• viscosità sufficientemente bassa in modo che non sia compromessa la sua capacità di circolare e di trasferire calore
• adeguate proprietà a bassa temperatura fino alla più bassa temperatura prevista nel luogo di installazione
• resistenza all’ossidazione per massimizzare la vita utile

In servizio l’olio minerale degrada a causa delle condizioni di utilizzo. In molte applicazioni, l’olio isolante è a contatto con l’aria e per questo è soggetto ad ossidazione. Le temperature elevate accelerano il degrado. La presenza di metalli, di composti organo-metallici o entrambi, possono agire come catalizzatori di ossidazione. Possono verificarsi cambiamenti di colore dell’olio, la formazione di composti acidi e, ad uno stadio avanzato di ossidazione, la precipitazione di sludge. Le proprietà dielettriche e, in casi estremi, le proprietà termiche, possono essere compromesse.

Durante il servizio, oltre ai prodotti di ossidazione possono accumularsi nell’olio e incidere sulle sue proprietà elettriche, molti altri contaminanti indesiderabili, quali acqua, particelle solide e composti polari solubili in olio. La presenza di tali contaminanti e qualunque altro prodotto di degrado dell’olio sono indicati da un cambiamento di una o più proprietà come descritto nella Tabella 1.

L’olio isolante minerale è una miscela di idrocarburi a base prevalente paraffinica, naftenica o aromatica, derivanti principalmente dalla distillazione e raffinazione del petrolio grezzo. L’olio ottenuto può essere successivamente additivato e/o blendato (miscelato) per specifiche applicazioni.
In diversi paesi è una pratica operativa comune il recupero dell’olio ed il suo riciclaggio. Al fine di rispondere a questa esigenza dal punto di vista normativo, la IEC ha formalizzato la norma IEC 62701, cancellata nel febbraio 2015 e successivamente ripresa in considerazione (gennaio 2016) in termini di fusione con la norma 60296 ed. 4 con decisione del IEC SMB (standardization management board). Secondo queste linee guida gli oli isolanti a base minerale nuovi, non saranno unicamente quelli classificati “virgin” ma anche quelli “riciclati”.

In questo scenario, la gestione del ciclo di vita di oli con diverse caratteristiche creano situazioni molto più complesse (es: nelle fasi di formalizzazione dei requisiti di acquisto e accettazione delle forniture).

I processi di degrado si manifestano durante le varie fasi del ciclo di vita del trasformatore e si distinguono in “degrado isolamento elettrico dell’olio” e “degrado chimico dell’olio”, qui sotto le differenze:

Degrado dielettrico dell’olio
Degrado chimico dell’olio
Cause contaminanti di tipo fisico come acqua, particelle, gas disciolti derivanti da sorgenti esterne (atmosferiche) o sorgenti interne (degrado materiali per stress termico o elettrico) composti polari di ossidazione (sludge), e consumo di additivi (se presenti) derivanti da degrado dei materiali interni per stress termico o elettrico
Effetti riduzione della tensione di scarica, aumento della conduttività elettrica riduzione delle proprietà chimico-fisiche come l’acidità totale, il fattore di dissipazione dielettrica, la tensione interfacciale, la resistività, la concentrazione di additivi e la stabilità all’ossidazione
Contromisure trattamento fisico (microfiltrazione, deumidificazione e degassazione sotto vuoto) o adsorbimento selettivo in caso di acqua in olio trattamenti di reclamation o di depolarizzazione selettiva by Sea Marconi (efficace anche contro i composti corrosivi e acidi)

I meccanismi di degrado chimico dell’olio sono il risultato di reazioni complesse (es.: ossidazione catalitica) fra le sostanze organiche dell’olio ed i materiali presenti all’interno del trasformatore. L’entità del fenomeno dipende da alcune caratteristiche peculiari come il tipo di liquido isolante, il tipo di apparecchiatura (potenza, tensione, ecc.), il suo profilo di carico (percentuale sul carico nominale, durata in ore), dalle condizioni di severità ambientale in cui opera e dalle politiche di supervisione e manutenzione.
Il degrado è caratterizzato principalmente dalla variazione nel tempo (in senso peggiorativo) di alcune proprietà specifiche (indicatori sintomatici) rispetto ai valori degli stessi indicatori per un liquido isolante nuovo (unused). L’evoluzione dei processi di degrado dell’olio contribuisce ad accelerare il processo di invecchiamento degli isolanti solidi (carte).

Elenco delle principali pubblicazioni Sea Marconi sull’argomento

J. Diana, V. Tumiatti, G. Camino – “Diagnostic testing of oil samples and interpretation of results” – Proceeding of the Conference – Power Transformer Maintenance – Faculty of Engineering – University of Pretoria – R.S. Africa, 26-27 may 1998.

V. Tumiatti – “L’analisi dei fluidi tecnici come strumento di diagnosi del degrado per l’efficace prevenzione dei guasti” – Seminario dall’Istituto di Ricerca Internazionale sulla manutenzione produttiva ai sistemi oleodinamici ed alla lubrificazione degli impianti, Milano 25-26 novembre 1998.

V. Tumiatti, R. Actis, A. Armandi, G. Di Iorio, G. Camino – “Diagnostic testing of oil samples on electric transformers” – (to be presented for SMI’99 – 3° Convegno internazionale sulla manutenzione di impianti industriali, Bologna 17-20 febbraio 1999).

S. Kapila, P. Nam, V. Tumiatti, A. Armandi “Evaluation of Analysis Techniques for Finger printing Mineral Transformer Oil” CIGREWG15.01.TF06 – Leatherhead (UK) 13.01.1999.

M. Pompili, F. Scatiggio, V. Tumiatti. (2009). Liquidi isolanti: nuove prospettive ed evoluzione normativa. U & C. Unificazione e Certificazione, vol. LIV.; p. 41-44, ISSN: 0394-9605