Il presente lavoro si colloca all’interno del progetto MATEALT, WP GAS “Studio dei gas alternativi a SF 6 ” e sintetizza l’attività 2005 svolta nella milestone G4 relativa alla “Sperimentazione dei gas alternativi come mezzo isolante”. L’isolamento in gas più utilizzato è quello in SF 6 che ha ottime caratteristiche sia come dielettrico che come mezzo di interruzione dell’arco. L’aspetto negativo di questo gas consta nel fatto di non essere environmental-friendly: la sua caratteristica di alto assorbimento nello spettro dell’infrarosso, lo pone come il più potente gas serra fatto che si assomma alla tossicità e alla corrosività dei prodotti di decomposizione in conseguenza di arco elettrico e in presenza di inquinanti atmosferici. La ricerca di un gas in grado di sostituire SF 6 è stata improntata basandosi su una serie di requisiti fondamentali di tipo elettrico, chimico, fisico, ambientale e di tossicità. Tra le molecole indagate sono state scelte CO 2 e miscele CO 2 /Xe e CO 2 /O 2 . Nel corso dell’attività 2004 della milestone G4 se ne sono studiate le caratteristiche dielettriche nelle prove di breve durata: la miscela costituita da CO 2 (80%) e O 2 (20%) è risultata quella più interessante. L’attività oggetto del seguente rapporto si pone lo scopo di determinare le caratteristiche di tenuta dielettrica di queste due miscele nel tempo, sottoponendo il gas e la miscela a prove di lunga durata in presenza di scariche parziali, rilevate con un metodo acustico, in modo da verificare l’eventuale presenza di prodotti di decomposizione solidi e gassosi e/o di deterioramenti dei materiali costituenti le apparecchiature, tramite gascromatografia ed analisi SEM. Il dispositivo di prova è costituito da un passante (da 170 kV) con 6 camere di prova di cui: – camere di riferimento (camera 3 con CO 2 e camera 4 con CO 2 /O 2 ) in cui i due gas in prova non subiscono alcun tipo di invecchiamento sebbene posti alla stessa tensione delle altre camere, – camera 1 con CO 2 e camera 2 con CO 2 /O 2 , in cui il difetto è un anello di metallo posto attorno all’elettrodo in tensione; – camera 5 con CO 2 e camera 6 con CO 2 /O 2 , in cui al difetto precedente si assomma una punta lato terra. I risultati delle misure PD indicano che: – nelle camere 1 e 2 le scariche si attestano all’incirca attorno ai 270° elettrici, mentre nelle camere 5 e 6 attorno ai 90° elettrici;

– nelle camere 1 e 2 si ha una diminuzione progressiva della tensione di innesco che porta a pensare ad un deterioramento progressivo del gas: questo andamento non è stato costante, ma ha presentato fluttuazioni. Questo potrebbe spiegarsi ipotizzando che le interruzioni dovute a scariche disruptive abbiano permesso il ripristino del gas e/o lo spostamento di particelle precedentemente tenute in sospensione dal campo elettrico; – nelle camere 1, 2, 3 e 4 sono stati evidenziati pattern di scarica non standard dovuti a riflessi dell’attività presente sulla camere 5 e 6 di intensità molto elevata; – l’attività delle camere 5 e 6 si è presentata in modo intermittente: a picchi radi ma ad elevata intensità di attività PD si intervallano periodi più o meno lunghi di totale assenza di scariche parziali; – gli eventi di breakdown sono da attribuire alle camere 5 e 6 anche se in alcuni casi non si rilevava alcuna attività PD: questo fatto porta a pensare ad un degrado del gas e/o degli elettrodi e che l’attività PD inizi e si sviluppi con intensità al di sotto del rumore di fondo con successivo brusco innalzamento (effetto a soglia) risultando quindi misurabile solo quando si è ormai vicini al breakdown. All’apertura delle camere l’esame visivo mostra che: – nelle camere 1, 5 e 6 si ha presenza di attività PD e/o scariche disruptive che hanno portato alla perlinatura della superficie degli elettrodi: nella camera 1 tali segni si trovano solo sull’anello metallico ricavato intorno alla sfera mentre nelle camere 5 e 6 le perlinature appaiono sia sulla punta che sull’estremità della sfera rivolta verso la punta; – nessun segno di attività PD è stato evidenziato sulla camera 2: questo fatto può trovare l’unica spiegazione nell’entità di tali scariche, di frequenza elevata ma di intensità troppo bassa da causare la perlinatura del metallo. L’analisi al SEM delle zone perlinate evidenzia: – una fusione per effetto Joule che porta ad accumulare Cu in alcune zone lasciando il posto in altre al W; – la presenza di ossido di Al sia sulla sfera 1 che sulla 6 nelle zone dove è avvenuta scarica probabilmente causata dall’ossigeno derivato dalla decomposizione dei gas; – una quantità estremamente esigua di C. L’analisi del polverino prelevato nelle camere 1, 2 e 5 fornisce come risultato: – presenza di silicati e ossidi di calcio, provenienti dall’ambiente esterno; – presenza di ossido di alluminio che potrebbe essere generato dall’azione combinata della presenza di attività PD e dell’ossidazione dovuta all’ossigeno della miscela.

La gascromatografia applicata ai gas prelevati da ciascuna camera evidenzia: – presenza di prodotti di decomposizione quali CO e composti C n H m a livelli inferiori al minimo rilevabile dallo strumento; – un basso livello di C rilevato al SEM e la presenza di ossidazione di alcune zone degli elettrodi che portano a dedurre che una percentuale dell’ossigeno gassoso misurato sia da attribuire alla decomposizione di CO 2 in C + O 2 . Dalla sperimentazione si può quindi affermare che il gas CO 2 e la miscela CO 2 + O 2 sottoposti a scariche parziali anche per un lungo periodo non danno luogo a fenomeni corrosivi e alla produzione di gas tossici in quantità rilevabili.