Fluid condition monitoring nei trasformatori: strategia per la business continuity

La manutenzione ha un impatto fondamentale sulla durata e sull'affidabilità dei trasformatori. Dal punto di vista di chi gestisce l'impianto, il trasformatore ideale richiede il minimo della manutenzione e garantisce il massimo dell'affidabilità durante tutto il suo ciclo di vita.

Negli anni, l’evoluzione delle tecnologie ha ridotto progressivamente la necessità di interventi manutentivi, ma chi si occupa dell'esercizio degli impianti continua a operare con un’ampia varietà di sistemi, ciascuno con livelli e ambiti di manutenzione differenti, tenendo conto anche della vita operativa media di questo tipo di macchine, che nel parco idroelettrico italiano supera spesso i 40 anni.

In questo articolo scopriamo le strategie di manutenzione legate al fluid condition monitoring per i trasformatori.

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1. Strategia di manutenzione: TBM, CBM e OLCM a confronto

La strategia di manutenzione è la combinazione delle diverse filosofie utilizzate per ottenere l'affidabilità di sistema richiesta. Si applica ai singoli componenti del trasformatore - sistema di raffreddamento, commutatori sotto carico, isolatori - con approcci differenziati. Le più comuni oggi sono le seguenti:

• TBM (Time Based Maintenance): interventi pianificati a intervalli di tempo fissi
• TBCM (Time Based Condition Monitoring): controlli periodici sulle condizioni dell'asset
• CBM (Condition Based Maintenance): interventi attivati dallo stato reale del componente
• OLCM (On-line Condition Monitoring): monitoraggio continuo con il trasformatore in esercizio

Una combinazione di TBM, TBCM, CBM e OLCM viene spesso utilizzata per la manutenzione di grandi asset complessi come i trasformatori di potenza. Le ispezioni basate sul tempo servono per la valutazione delle condizioni generali (ad esempio le perdite d'olio) o per le normali misurazioni diagnostiche (ad esempio la DGA, l'analisi dei gas disciolti), mentre i metodi CBM si applicano alle parti soggette a usura, come i contatti del commutatore OLTC. I risultati del CBM forniscono la conoscenza della condizione media o effettiva dell'asset e per questo possono influenzare i futuri intervalli TBM.

1.1. Focus: monitoraggio delle condizioni in linea

Il monitoraggio delle condizioni in linea è una tecnica manutentiva che viene eseguita, o può essere eseguita, con il trasformatore in funzione e che fornisce informazioni continue sulle sue condizioni. Questa tecnica di analisi si compone di diverse fasi: dal campionamento dell'olio per l'analisi del gas disciolto, all'esecuzione di scansioni termiche a infrarossi, fino a semplici osservazioni come i livelli dell'olio negli isolatori e nei conservatori. 

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2. L'importanza del trattamento dei fluidi nei trasformatori

L'acqua nei fluidi isolanti riduce il valore della rigidità dielettrica e, di conseguenza, la sicurezza di esercizio del trasformatore. I fluidi attualmente più utilizzati nell'isolamento dei trasformatori sono:

• oli minerali derivanti dal petrolio: ottima dissipazione termica, ma basso punto di fiamma
• esteri naturali di origine vegetale (soia, colza, girasole): ottima biodegradabilità, basso impatto ambientale, elevato punto di fiamma, ma sensibili all'ossidazione e da usare con cautela sotto i -20°C
• esteri sintetici derivati dalla sintesi di prodotti vegetali: buona biodegradabilità, basso impatto ambientale, elevato punto di fiamma, ma costo più alto

Prima di riempire il trasformatore, il fluido viene trattato per soddisfare le prescrizioni della Norma Internazionale IEC 60422, giunta nel 2024 alla sua Edizione 5.0, che sostituisce la precedente versione del 2013 e impone parametri più restrittivi sui valori di rigidità dielettrica e sulle caratteristiche del fluido isolante.

Il sistema isolante di un trasformatore è composto, oltre che dal fluido isolante - che svolge anche funzione di raffreddamento - da una parte rilevante di isolanti solidi (ad esempio la cellulosa), con caratteristiche di alta igroscopicità. Durante il processo produttivo questi isolanti solidi assorbono quantità considerevoli di umidità, che vengono ridotte in modo significativo nel trattamento della parte attiva del trasformatore. Se questo processo non viene eseguito a regola d'arte, l'umidità resta intrappolata negli isolanti solidi e, con l'aumento della temperatura, viene rilasciata nel fluido isolante, riducendo la rigidità dielettrica.

Nel caso in cui la rigidità dielettrica risulti compromessa dalla presenza di acqua, la semplice sostituzione del fluido non è sempre risolutiva: dopo poco tempo si possono riscontrare valori di acqua simili a quelli precedenti la sostituzione, a causa del rilascio di umidità da parte dell'isolamento solido.

3. Sistemi di filtrazione on-line

Per ottenere un livello di acqua costantemente basso nel fluido isolante di un trasformatore, occorre rimuovere l'acqua dall'isolamento solido, non solo dal fluido.

I processi di invecchiamento all'interno di un trasformatore vengono normalmente monitorati attraverso l'analisi dei gas disciolti (DGA). Soprattutto nei trasformatori meno recenti, la cellulosa del sistema isolante solido è più soggetta a degrado, per cui la deumidificazione deve avvenire in modo non aggressivo. Una continua osservazione dell'andamento tramite DGA è possibile solo se il trattamento di deumidificazione non altera il contenuto dei gas.

Per evitare tempi di fermo dell'impianto, la filtrazione viene effettuata con il trasformatore in esercizio, attraverso sistemi di filtraggio del fluido on-line. Il fluido isolante viene deumidificato in continuo e l'isolamento solido cede progressivamente l'acqua al fluido deumidificato: questo trattamento indiretto è particolarmente adatto ai trasformatori più datati. I filtri utilizzati trattengono anche un altro elemento a rischio, il particolato solido, piccole particelle di impurità che, se conduttive, possono compromettere il funzionamento dell'unità.

In questo modo la filtrazione garantisce un'elevata rigidità dielettrica e una pulizia costante del fluido isolante, e di conseguenza una maggiore sicurezza di esercizio.

Degasaggio, deumidificazione e filtrazione continua del fluido isolante garantiscono quindi i seguenti vantaggi:

• il livello di ossigeno, il livello dell'acqua e la contaminazione da particolato nel trasformatore restano uniformemente bassi;
• si riduce la formazione di gas nel trasformatore;
• si riduce la produzione di acidi che invecchiano il fluido isolante e sono aggressivi verso gli isolanti solidi;
• la rigidità dielettrica del fluido isolante si mantiene su valori elevati;
• aumenta l'aspettativa di vita dell'isolante solido (cellulosa) e del fluido isolante.

Il tema della business continuity degli impianti idroelettrici è anche al centro di HYDRO 2026, la conferenza internazionale organizzata da Aqua~Media International al Bologna Congress Center dal 14 al 16 ottobre 2026, dal titolo "Adapting to change, embracing opportunities".