Olio per trasformatori Tan Delta

Il delta tan dell'olio per trasformatori è un parametro comunemente utilizzato per valutare le condizioni del dielettrico liquido. Gli oli per trasformatori, compresi gli oli minerali altamente raffinati, gli oli siliconici e gli oli naturali, sono utilizzati per isolare le parti conduttrici di corrente delle apparecchiature elettriche. Le loro funzioni principali includono le proprietà dielettriche e la dissipazione del calore. Questi oli sono comunemente utilizzati nei trasformatori, nei condensatori e nell'impregnazione dei cavi.

Comprendere le perdite dielettriche

Tutte le sostanze, indipendentemente dalla loro composizione, interagiscono con i campi elettrici in determinate condizioni. I materiali che contengono meno di 100 milioni di cariche positive e negative libere per pollice cubo sono classificati come dielettrici. Questi materiali vengono utilizzati per creare componenti isolanti nei sistemi elettrici ed elettronici. La loro interazione con i campi elettrici viene valutata quantitativamente per determinarne l'efficacia nelle applicazioni di isolamento.

Quando un campo elettrico viene applicato a un materiale dielettrico, induce un riscaldamento interno al materiale stesso. Questo fenomeno provoca quelle che sono note come perdite dielettriche, una misura specifica dell'interazione del materiale con il campo. Le perdite dielettriche si verificano indipendentemente dal fatto che le cariche che generano il campo elettrico siano positive o negative, o che la loro polarità cambi nel tempo. Anche con una bassa densità di carica, la presenza di cariche all'interno del dielettrico porta a correnti di dispersione che penetrano nel volume del materiale, generando calore.

Il rapporto tra il campo elettrico e le proprietà del materiale dielettrico è fondamentale per valutare le sue prestazioni come isolante. Se le cariche che generano il campo rimangono stabili, il campo elettrico induce una corrente attraverso il campione dielettrico. L'intensità di questa corrente dipende dalla resistenza del materiale dielettrico. Tuttavia, è importante notare che, proprio come un'asta metallica che alla fine si rompe se piegata ripetutamente nello stesso punto, anche i materiali dielettrici sono vulnerabili alle perturbazioni causate dai campi elettrici alternati. Questi campi sollecitano la struttura molecolare del materiale dielettrico, causandone il potenziale deterioramento nel tempo.

Che cos'è il delta tan dell'olio per trasformatori e cosa indica?

Il delta tan dell'olio per trasformatori viene utilizzato per misurare le perdite dielettriche nell'olio per trasformatori. Le perdite dielettriche si verificano quando una corrente elettrica attraversa il materiale dielettrico presente nell'olio, causata dal campo elettrico applicato. Per quantificare accuratamente queste perdite, è necessario valutare il comportamento del materiale dielettrico sia in condizioni di corrente continua (CC) che di corrente alternata (CA).

In questo contesto, il comportamento dielettrico è capacitivo, il che significa che la corrente è sfasata rispetto alla tensione. Questo sfasamento, rappresentato da un angolo (φ), indica la differenza di temporizzazione tra il segnale di tensione e il flusso di corrente risultante. Lo sfasamento totale include un angolo aggiuntivo, δ, che porta a una tangente diversa da zero dell'angolo di perdita, nota come tan(δ).

In un dielettrico ideale, lo sfasamento sarebbe di 90° e l'angolo di perdita (δ) sarebbe pari a zero, il che significa nessuna perdita di energia. Tuttavia, nei materiali reali, le perdite dielettriche sono inevitabili e, di conseguenza, l'angolo di perdita (δ) è sempre maggiore di zero. La tangente di questo angolo (tan(δ)) viene utilizzata come misura quantitativa delle perdite dielettriche, aiutando a valutare l'efficienza dei dielettrici in applicazioni in cui l'isolamento elettrico e la minima dissipazione di energia sono fondamentali.

La tangente della perdita dielettrica è una caratteristica fondamentale dei materiali isolanti. Maggiore è il valore tan(δ), maggiori sono le perdite dielettriche, che possono causare il deterioramento termico dell'isolante. Fattori quali umidità, ionizzazione delle inclusioni di gas e contaminazione possono aumentare la tangente della perdita dielettrica. Inoltre, il valore tan(δ) è influenzato dalla temperatura dell'isolante, dalla tensione di prova e dalla frequenza.

Le perdite dielettriche nell'olio dei trasformatori sono direttamente correlate alla composizione dell'olio, in particolare alla presenza di impurità quali resine, saponi e acqua. Gli oli dei trasformatori operano tipicamente a temperature comprese tra 20 °C e 125 °C (68 °F e 257 °F) e, in queste condizioni, il tan delta rimane relativamente basso.

Le resine, sia neutre che acide, sono una delle principali fonti di perdite dielettriche nell'olio dei trasformatori. Queste resine possono rimanere nell'olio a causa di una filtrazione incompleta o formarsi con l'invecchiamento dell'olio a causa di reazioni di ossidazione e polimerizzazione. Tali resine sono scarsamente solubili nell'olio e tendono a formare particelle colloidali, che sono una delle principali cause della conduttività elettroforetica. Ad esempio, la presenza di solo lo 0,5% di resina nell'olio può aumentare il tan delta di un fattore 20.

Anche il sapone, formato dalla reazione di metalli e acidi organici (anche durante l'invecchiamento dell'olio), può contribuire alle perdite dielettriche. Questi saponi non si dissociano in ioni nei solventi idrocarburici, ma possono causare aumenti catastrofici delle perdite dielettriche quando presenti in concentrazioni significative. A seconda del grado dell'olio e delle condizioni operative, il sapone può esistere in soluzione vera o in forma colloidale e, in entrambi i casi, influisce sul tan delta. In particolare, quando gli oli contenenti sapone vengono riscaldati a 212 °F (100 °C), possono verificarsi sia aumenti che diminuzioni repentini del tan delta. Se l'olio viene poi raffreddato, il tan delta può continuare a diminuire e la curva iniziale non sarà riproducibile in caso di ulteriore riscaldamento, indicando un'alterazione permanente dello stato colloidale del sapone.

L'acqua può essere presente nell'olio dei trasformatori in forma disciolta o emulsionata. Le perdite dielettriche causate dall'acqua non sono determinate dal contenuto totale di acqua, ma dal suo stato. L'acqua in soluzione pura non influisce sulle perdite dielettriche dell'olio, ma quando è presente sotto forma di emulsioni fini può aumentare notevolmente tali perdite. La soglia alla quale l'acqua passa dallo stato disciolto a quello emulsionato dipende dalla composizione dell'olio. In oli con lo stesso contenuto di acqua, in alcuni l'acqua può dissolversi, mentre in altri può formare un'emulsione. Quest'ultima aumenterà significativamente il valore tan delta.

Pertanto, quasi tutti i composti contenenti ossigeno (come alcoli, acidi, fenoli, resine), sali metallici, acidi organici (saponi) e acqua possono aumentare notevolmente il tan delta quando raggiungono una certa concentrazione, in particolare al limite di solubilità dove si forma una fase secondaria sotto forma di microemulsioni o colloidi. Il riscaldamento dell'olio può rompere queste formazioni, portando a una diminuzione del tan delta.

Il tester FLD T per il delta tan dell'olio trasformatore

Il tester FLD T è progettato per misurare la tangente di perdita dielettrica, la permittività elettrica e la resistività degli oli per trasformatori e altri fluidi dielettrici in un intervallo di frequenza compreso tra 45 e 65 Hz. Funziona in conformità con gli standard industriali quali IEC 60247-2004-02, VDE-0380-2:2005_01, ASTM D924-08 e ASTM D1169-02. Il tester tan delta per oli di trasformatori aiuta a valutare la qualità e le prestazioni degli oli di trasformatori, garantendo che soddisfino le specifiche richieste per un funzionamento sicuro ed efficiente.

Questo dispositivo è particolarmente utile per le aziende di servizi pubblici e i team di manutenzione che devono monitorare le condizioni dei dielettrici liquidi e garantire che rientrino nei limiti accettabili per garantire prestazioni ottimali.

I valori massimi consentiti di tgδ dell'olio per le apparecchiature nuove sono determinati dalle norme o dalle specifiche tecniche relative a tali apparecchiature, mentre per le apparecchiature operative sono determinati dalla documentazione del produttore e dai documenti normativi applicabili del consumatore.