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Trasformatori in olio isolante (olio estere): esame della problematica e studio per l’individuazione e l’applicazione a fini diagnostici di metodologie innovative

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Trasformatori in olio isolante (olio estere): esame della problematica e studio per l’individuazione e l’applicazione a fini diagnostici di metodologie innovative

Il rapporto riassume i risultati delle attività effettuate nel progetto “ Componenti e materiali per la sicurezza e la resilienza” e volte all’analisi delle problematiche del degrado di trasformatori elettrici di potenza isolati in olio isolante estere e delle relative metodologie diagnostiche. Le attività hanno riguardato i seguenti punti principali: esame dello stato dell’arte delle problematiche del degrado del sistema carta-estere e individuazione dei marker; prima valutazione delle funzionalità di interfacce polimeriche sensibili (MIP), su cui si basa la metodologia ottica (sensoristica), nella nuova matrice di olio isolante estere; prima valutazione dell’efficacia di algoritmi di classificazione “Support Vector Machine” (SVM) applicati all’analisi di dati reali di vibrazione di un trasformatore con avvolgimenti allentati.

I più recenti trasformatori di potenza inseriti nella rete di trasmissione nazionale sono isolati a base di oli isolanti esteri; questi nuovi oli isolanti presentano una elevatissima biodegradabilità e elevati punti di fiamma e di fuoco. Grazie ad un miglior comportamento al fuoco di questi nuovi oli, i trasformatori isolati in estere sono meno esposti al rischio di incendio e di esplosione e possono essere spinti a operare anche a temperature più elevate, con evidenti vantaggi in termini di sovraccaricabilità. Tuttavia, i meccanismi di degrado del sistema isolante carta/estere soprattutto in condizioni di esercizio del trasformatore particolarmente gravose sono ancora poco indagati ed è necessario individuare metodologie diagnostiche adeguate per rilevarne precocemente il degrado.

L’attività di ricerca del triennio 2019-2021 riguarda l’analisi delle problematiche del degrado di trasformatori elettrici di potenza isolati in olio isolante estere e delle relative metodologie diagnostiche. L’attività svolta e descritta in questo rapporto ha riguardato l’esame dello stato dell’arte delle problematiche del sistema isolante solido in estere e in particolare dei marker chimici prodotti dal degrado della carta isolante: furfuraldeide (2-FAL), alcoli (metanolo, MeOH e etanolo, EtOH) e contenuto di umidità. Da questo studio è emerso che la 2-FAL e il metanolo possono essere utilizzati entrambi come indicatori del degrado in estere. Le concentrazioni di 2-FAL, soprattutto quelle prodotte dal degrado di carta Thermally Upgrade (TUK), in estere sono più basse di quelle rilasciate in olio minerale. I valori di 2-FAL riportati in letteratura sembrano tuttavia ancora rivelabili con metodi ottici basati sull’uso di sensori ottici e di interfacce sensibili MIP (Molecular Imprinted Polymer). Dalle prove di funzionalità delle interfacce MIP condotte in olio isolante estere non sono emerse criticità: si conferma che la tecnologia MIP è applicabile per misure in olio estere e che lo spessore del MIP è un parametro cruciale per operare nell’intervallo dei valori di indice di rifrazione analizzabili. Mediante successive prove di standardizzazione in soluzioni di estere a diverse concentrazioni di 2-FAL sarà possibile determinare le sensibilità e costante di affinità in estere dei sensori utilizzati. La rivelazione per via ottica di metanolo in fase gassosa richiederà invece di valutare l’applicazione di nuove tipologie di ricettori a stampo molecolare e di nuove configurazioni del sensore.

Per determinare il contenuto di umidità nel sistema isolante carta-estere è stata individuata la metodologia dielettrica; un aspetto da indagare è l’influenza delle proprietà polari dell’estere sulla risposta dielettrica del sistema isolante solido in estere e sui parametri diagnostici ad essa correlati (capacità, fattore di dissipazione). Un aumento del contenuto di umidità nella carta a seguito del degrado del sistema isolante solido potrebbe ripercuotersi negativamente anche sul serraggio degli avvolgimenti del trasformatore; un allentamento dell’avvolgimento può rendere il trasformatore particolarmente esposto a danni permanenti durante un cortocircuito esterno. Per aumentare l’affidabilità della diagnosi di questi guasti è stata valutata in via preliminare la possibilità di utilizzare metodi Machine Learning applicati all’analisi di dati di vibrazione di trasformatori. In questo rapporto sono riportati i risultati di questa prima indagine da cui si evince che mediante algoritmi Support Vector Machine (SVM) degli spettri di vibrazione è possibile identificare correttamente l’allentamento dell’avvolgimento durante successivi riposizionamenti del sensore nella stessa posizione della cassa. Si prevede di estendere l’analisi a tutti i punti di misura del trasformatore.

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