Come svolge la gelatina di silice il ruolo di agente igroscopico nel sistema di ventilazione del trasformatore?

Il Ruolo del Gel di Silice nei Sistemi di Respirazione dei Trasformatori

Il gel di silice (Silica Gel) è un adsorbente comunemente utilizzato con eccellenti proprietà igroscopiche, ampiamente applicato nelle apparecchiature elettriche per l'essiccazione e la prevenzione dell'umidità. Nei sistemi di respirazione dei trasformatori, il gel di silice ha principalmente la funzione di assorbire l'umidità dall'aria che entra nel serbatoio del trasformatore, impedendo all'acqua di entrare nell'olio e nei materiali isolanti, proteggendo così le prestazioni isolate del trasformatore.

1. Principio di Funzionamento del Gel di Silice

• Meccanismo di Adsorzione: Il gel di silice presenta una grande quantità di micropori sulla sua superficie, in grado di adsorbire le molecole d'acqua presenti nell'aria. Mentre l'aria passa attraverso il respiratore del trasformatore, l'umidità viene assorbita dal gel di silice, consentendo all'aria asciutta di entrare nel serbatoio.

• Reversibilità: Il processo di adsorzione del gel di silice è reversibile. Quando diventa saturato di umidità, può essere rigenerato riscaldandolo, rilasciando l'acqua assorbita e ripristinando la sua capacità igroscopica. Ciò consente di riutilizzare il gel di silice, prolungandone la durata di vita.

2. Applicazione del Gel di Silice nei Sistemi di Respirazione dei Trasformatori

Respiratore: I trasformatori sono solitamente dotati di un respiratore (noto anche come respiratore dissecante) che collega il serbatoio dell'olio all'atmosfera. All'interno del respiratore, il gel di silice filtra l'aria in ingresso, garantendo che solo aria asciutta entri nel serbatoio. Con il cambiamento della temperatura interna del trasformatore, la pressione all'interno del serbatoio fluttua, causando uno scambio di gas tra il serbatoio e l'ambiente esterno. Il gel di silice nel respiratore assorbe l'umidità dall'aria, impedendo all'aria umida di entrare nel serbatoio.

Sistema di Sigillatura: In alcuni trasformatori, il gel di silice viene utilizzato anche come dissecante nel sistema di sigillatura per prevenire l'ingresso di umidità nel serbatoio attraverso aree poco sigillate.

Conseguenze di un Controllo dell'Umidità Inadeguato

Se il controllo dell'umidità in un trasformatore è inadeguato, l'umidità può entrare nel serbatoio e dissolversi nell'olio del trasformatore o depositarsi sui materiali isolanti, portando a una serie di problemi che possono influire gravemente sulle prestazioni e la durata del trasformatore. Di seguito sono elencate le principali conseguenze di un controllo dell'umidità inadeguato:

1. Degrado delle Prestazioni Isolanti

• Impatto sui Materiali Isolanti: L'umidità riduce la resistenza dielettrica sia dell'olio del trasformatore che dei materiali isolanti solidi (come carta e fibre). Con l'aumento del contenuto di umidità, la costante dielettrica dei materiali isolanti aumenta e la tensione di rottura diminuisce, rendendo più probabili i guasti parziali o i cortocircuiti.

• Invecchiamento Accelerato: L'umidità accelera anche il processo di invecchiamento dei materiali isolanti, riducendo la durata del trasformatore. In condizioni di alta temperatura, l'umidità può combinarsi con i prodotti di ossidazione nell'olio per formare sostanze acide, che corrodono ulteriormente i materiali isolanti.

2. Deterioramento della Qualità dell'Olio

• Eccesso di Umidità nell'Olio: Quando l'umidità entra nell'olio del trasformatore, altera le proprietà fisiche e chimiche dell'olio. L'umidità promuove reazioni di ossidazione nell'olio, generando sostanze acide e precipitati, che riducono la capacità antiossidante e l'efficienza di raffreddamento dell'olio.

• Riduzione del Trasferimento Termico: L'umidità riduce la conducibilità termica dell'olio, influendo sul dissipamento del calore del trasformatore. Questo può portare a temperature operative più elevate, accelerando l'invecchiamento e il deterioramento dei materiali isolanti.

3. Guasti Parziali e Cortocircuiti Elettrici

• Guasti Parziali: L'umidità riduce la tensione di rottura dell'olio, specialmente nei trasformatori ad alta tensione, aumentando la probabilità di guasti parziali. I guasti parziali non solo danneggiano i materiali isolanti ma possono anche portare a cortocircuiti elettrici, causando arresti improvvisi del trasformatore.

• Cortocircuiti Elettrici: Un ingresso significativo di umidità può portare a cortocircuiti elettrici, potenzialmente causando incendi o esplosioni, con rischi significativi per la sicurezza del sistema elettrico.

4. Corrosione del Nucleo e degli Avvolgimenti

• Corrosione dei Componenti metallici: L'umidità che entra nel serbatoio del trasformatore può venire a contatto con componenti metallici come il nucleo e gli avvolgimenti, causando corrosione. Questo effetto si accelera quando l'olio contiene sostanze acide, indebolendo la resistenza meccanica dei componenti metallici e influendo sull'operatività normale del trasformatore.

• Deformazione degli Avvolgimenti: L'umidità può causare l'ammorbidimento o lo spessore degli strati isolanti degli avvolgimenti, portando a deformazioni o cortocircuiti degli avvolgimenti. In casi gravi, gli avvolgimenti potrebbero dover essere sostituiti, aumentando i costi di manutenzione.

5. Impatto sulla Affidabilità del Trasformatore

• Arresti Frequenti: A causa del degrado delle prestazioni isolate, della qualità dell'olio deteriorata e di altri problemi, il trasformatore può subire frequenti guasti, richiedendo arresti per manutenzione, che possono influire sulla stabilità e l'affidabilità del sistema elettrico.

• Durata Ridotta: Un controllo dell'umidità inadeguato a lungo termine può accelerare l'invecchiamento del trasformatore, riducendone la durata e aumentando i costi di manutenzione e sostituzione.

Garantire un Controllo dell'Umidità Efficace

Per garantire un controllo efficace dell'umidità e evitare i problemi sopra menzionati, sono necessarie le seguenti misure:

• Ispezione Regolare dello Stato del Gel di Silice: Il gel di silice cambia colore (tipicamente da blu a rosa) quando assorbe umidità. Dovrebbe essere sostituito o rigenerato prontamente quando diventa saturato per mantenere la sua capacità igroscopica.

• Mantenere la Ventilazione del Respiratore: Assicurarsi che il respiratore rimanga libero, permettendo all'aria di passare attraverso il gel di silice per un'essiccazione adeguata. Evitare ostruzioni che possano ostacolare il flusso d'aria.

• Rafforzare la Sigillatura: Ispezionare regolarmente il sistema di sigillatura del trasformatore per garantire che il serbatoio sia ben sigillato, impedendo l'ingresso di umidità attraverso aree poco sigillate.

• Monitorare il Contenuto di Umidità nell'Olio: Prelevare e analizzare periodicamente il contenuto di umidità nell'olio del trasformatore per rilevare precocemente un controllo dell'umidità inadeguato e intraprendere azioni correttive.

• Installare Attrezzature per la Deumidificazione: Per trasformatori di grandi dimensioni o quelli operanti in ambienti umidi, considerare l'installazione di attrezzature per la deumidificazione (come generatori di aria secca) per migliorare il controllo dell'umidità.

Riepilogo

Il gel di silice svolge un ruolo cruciale nei sistemi di respirazione dei trasformatori, assorbendo efficacemente l'umidità dall'aria che entra nel serbatoio, proteggendo le prestazioni isolate e la qualità dell'olio del trasformatore. Se il controllo dell'umidità è inadeguato, l'umidità può entrare nel serbatoio, portando a una serie di problemi come il degrado delle prestazioni isolate, la deteriorazione della qualità dell'olio, i guasti parziali, la corrosione dei componenti metallici e la riduzione della affidabilità e della durata del trasformatore. Pertanto, garantire le buone condizioni del gel di silice e implementare misure efficaci di controllo dell'umidità sono essenziali per mantenere il funzionamento sicuro e stabile dei trasformatori.