Riparazione delle perdite in loco dei trasformatori di potenza a costi contenuti

La generazione e la distribuzione di energia elettrica sono stati fattori essenziali nello sviluppo economico e nel progresso in molte regioni del mondo. Molti paesi si concentrano sull’espansione e la manutenzione delle loro reti elettriche per fornire energia affidabile e sicura per soddisfare le crescenti esigenze energetiche. Secondo la Banca Mondiale, un miliardo di persone in tutto il mondo vive ancora senza elettricità e altre centinaia di milioni di persone utilizzano forniture di energia inaffidabili o costose. Un elemento importante per un accesso affidabile all’elettricità a prezzi accessibili è il funzionamento costante dei numerosi trasformatori di potenza nella rete elettrica. Le loro prestazioni nelle sottostazioni e nei piazzali di commutazione sono essenziali per una rete che funzioni correttamente. La fornitura di elettricità attraverso questa rete di trasformatori di potenza dipende dal loro funzionamento continuo. Un problema che influisce sulla continuità e sulla qualità del servizio elettrico fornito dai trasformatori di potenza è la perdita di olio dielettrico utilizzato per dissipare il calore generato durante il loro funzionamento. La riparazione rapida ed economica delle perdite di olio del trasformatore garantisce prestazioni affidabili della rete elettrica. Di seguito verrà esaminato l’uso dell’innovativa tecnologia sigillante Polywater® per la riparazione sul campo di perdite di olio dei trasformatori che ne compromettono le prestazioni. Rispetto ai tradizionali processi di riparazione, l’uso della tecnologia sigillante Polywater ha dimostrato più volte di essere un metodo di bonifica delle perdite d’olio più rapido e conveniente.

Le perdite d’olio possono essere causate da vari fattori: piccoli fori, difetti di saldatura, tenute usurate, corrosione o ruggine delle alette di raffreddamento del radiatore. La perdita di fluidi dielettrici da un trasformatore di potenza ha molti effetti deleteri. Le elevate temperature all’interno del trasformatore causate dalla perdita di olio influiscono sulla qualità e sull’affidabilità dell’alimentazione elettrica. Inoltre, il calore elevato contribuisce ad accelerare la decomposizione dell’isolamento solido, provocando un invecchiamento più rapido del trasformatore. Le perdite costituiscono inoltre una via di accesso per i gas atmosferici, come l’ossigeno e l’azoto, nel trasformatore. Degradano la qualità dell’olio e accelerano ulteriormente la depolimerizzazione cellulosica. Qualsiasi perdita d’olio, non importa quanto piccola, costituisce una via aperta all’ingresso dell’umidità nel trasformatore. L’acqua in un trasformatore ne riduce la vita utile e mette a rischio il funzionamento coordinato del trasformatore nella rete elettrica. La riduzione del numero e della gravità delle perdite di olio del trasformatore è fondamentale per migliorare le prestazioni della rete e la qualità dell’energia.

Correggere i problemi causati dalle perdite d’olio può essere molto complicato, costoso e richiedere molto tempo. Spesso i processi di bonifica convenzionali richiedono lunghe interruzioni dell’alimentazione del trasformatore, il che riduce la generazione di entrate durante le riparazioni. I processi che riducono al minimo i tempi di riparazione/sostituzione diminuiscono significativamente i costi opportunità derivanti dalla perdita di fatturato generato dai servizi. Per comprendere meglio l’impatto finanziario delle diverse azioni correttive nella riparazione delle perdite dei trasformatori di potenza, valuteremo esempi in cui i processi correttivi convenzionali vengono confrontati con le tecnologie di riparazione dei sigillanti in campo. Confrontiamo la sostituzione tradizionale della tenuta con la riparazione delle perdite della guarnizione utilizzando il sistema di riparazione delle perdite PowerPatch® di Polywater e valutiamo il tempo e il costo necessari per ogni processo per arrestare una perdita d’olio nella guarnizione della campana del serbatoio. Si suppone che il trasformatore sia in condizioni di corretto funzionamento, ma la guarnizione in nitrile è guasta. Iniziamo di seguito con una descrizione del processo convenzionale utilizzato per sostituire una tenuta che perde in un trasformatore di potenza presso un’azienda elettrica a Lima, Perù.

Descrizione e caratteristiche di una perdita della tenuta del trasformatore:

Dati elettrici: 22 MVA – 60 / 13,8 kV – 192 5 / 920 4 A – gruppo YNd11
Pesi: parti attive 18.600 kg – olio 8.900 kg – serbatoio 4.000 kg – peso totale 37.100 kg
Difetto: perdita di olio dalla tenuta principale tra serbatoio e coperchio del serbatoio
Intervento richiesto: sostituzione della tenuta tra il serbatoio principale e il coperchio del serbatoio
Attrezzatura da utilizzare per la riparazione: gru telescopica da 30 tonnellate, serbatoio di stoccaggio con capacità minima di 3.000 l (2.600 kg), sistema di trattamento dell’olio con capacità minima di trattamento dell’olio di 5.000 l/h, gruppo di potenza da 80 a 100 kW (in caso di mancanza di fonte di energia), kit di utensili, strumenti, dotazioni di sicurezza, materiali di servizio (guanti, coperte isolanti, cavi di messa a terra) ed equipaggiamento ausiliario (paranchi a catena, paranchi)
Personale richiesto: 3 o 4 tecnici elettromeccanici

Descrizione del lavoro necessario per sostituire la tenuta:

• Interrompere l’alimentazione del trasformatore

• Verificare che l’energia al trasformatore sia stata interrotta
• Posizionare i morsetti di messa a terra di media e alta tensione
• Scollegare i cavi di ingresso, uscita e controllo
• Posizionare la gru telescopica per sollevare la parte superiore del trasformatore

• Trasferire l’olio del trasformatore nel serbatoio di stoccaggio e abbassare il livello dell’olio a 20 cm (7,9 in.) sotto la parte superiore del serbatoio dell’olio
• Allentare 60 bulloni superiori da 1,58 mm (5/8 in.) dal serbatoio dell’olio
• Collegare l’attrezzatura per sollevare la parte attiva del trasformatore
• Sollevare la parte attiva a 20-30 cm sopra la parte superiore del serbatoio per consentire l’accesso alla tenuta
• Rimuovere il materiale della tenuta originale, pulire la superficie su cui era posizionata la vecchia tenuta e posizionare quella nuova
• Parte attiva inferiore del trasformatore nel serbatoio
• Posizionare e regolare i bulloni superiori sul serbatoio e rimuovere la gru
• Trattare il fluido dielettrico nel serbatoio di stoccaggio per due cicli consecutivi per ottenere un’umidità relativa di 5 ppm nell’olio del trasformatore
• Trasferire l’olio dalla valvola inferiore del trasformatore attraverso il sistema di trattamento dell’olio al serbatoio di stoccaggio
• Trattare l’olio nel trasformatore per ottenere un’umidità relativa di 5 ppm dell’olio del trasformatore
• Prendere il campione finale e testare il fluido dielettrico. Risultato accettabile: non inferiore a 40 kV / 2 mm (ASTM D1816 per olio in servizio).
• Ricollegare i cavi di ingresso, uscita e controllo
• Rimuovere i cavi di messa a terra e altri materiali estranei dal trasformatore
• Lasciare riposare per almeno 2 ore
• Relè di spurgo Buchholz e isolatori alta e media tensione
• Rimettere in funzione il trasformatore

Il processo di sostituzione tradizionale sopra descritto richiede molto tempo e molti investimenti in attrezzature. Si stima che questo processo richiederebbe almeno 24 ore di monitoraggio continuo e l’impiego di attrezzature ausiliarie tecnicamente specializzate. Sono state sperimentate alternative al procedimento sopra descritto per ridurre i tempi e i costi di riparazione di una tenuta che perde. Sono stati utilizzati vari prodotti, tra cui sigillanti. Queste opzioni di riparazione non bloccano efficacemente le perdite della tenuta. Molti dei prodotti utilizzati sono stati sviluppati per altre applicazioni e non sono stati testati adeguatamente per la riparazione di perdite persistenti di fluido dielettrico attraverso tenute usurate. Il sistema di riparazione perdite PowerPatch di Polywater è progettato per riparare un’ampia varietà di perdite di trasformatori ed è stato utilizzato con successo in molti paesi in tutto il mondo. La riparazione di una perdita dalla tenuta tramite PowerPatch è descritta di seguito.

Polywater PowerPatch per la riparazione in campo di perdite attive

Il sigillante in resina bicomponente a polimerizzazione rapida Polywater è progettato per la riparazione temporanea o permanente delle perdite dei trasformatori. Il sistema PowerPatch Leak Repair è stato utilizzato con successo per contenere e sigillare un’ampia gamma di perdite attive riscontrate sul campo. Una volta applicate e indurite, le tenute PowerPatch hanno mostrato una resistenza superiore contro le perdite di fluidi dielettrici e gas isolanti come SF₆. Quando viene rilevata una perdita di olio attiva, è necessario predisporre immediatamente dei piani per fermarla in modo rapido, efficiente e conveniente. Come descritto sopra, raggiungere questi obiettivi utilizzando processi di sostituzione convenzionali è spesso difficile. Le perdite dalla tenuta del serbatoio dell’olio sono costose e richiedono molto tempo per essere riparate con i metodi convenzionali. La sostituzione delle tenute in nitrile o sughero utilizzate per sigillare il serbatoio principale dell’olio richiede attrezzature pesanti per sollevare la parte superiore e attiva del trasformatore e accedere alla tenuta. L’apertura del serbatoio espone l’olio del trasformatore all’umidità e ai gas atmosferici, che richiedono un trattamento dell’olio per ridurne gli effetti dannosi. Si tratta di un altro passaggio che richiede molto tempo nel processo convenzionale di riparazione delle perdite e richiede l’uso di costosi sistemi di trattamento dell’olio.

Il sistema di riparazione delle perdite PowerPatch offre un’alternativa sicura ed efficace alla sostituzione convenzionale delle tenute. Anziché eseguire una sostituzione, il sistema PowerPatch viene utilizzato per sigillare il perimetro del coperchio del serbatoio, impedendo così la perdita di olio. Non è necessario sollevare il tappo del serbatoio, il che limita l’esposizione dell’olio agli effetti nocivi dell’acqua e dei gas. Utilizzando PowerPatch si eliminano anche i costi e i tempi necessari per il trattamento dell’olio.

Tra le numerose caratteristiche di PowerPatch, degna di nota è la sua resistenza a valori elevati di pressione. Ad esempio, la sua resistenza alla pressione quando aderisce all’acciaio è superiore a 13,7 bar (199 psi). PowerPatch aderisce inoltre saldamente ad altri materiali spesso presenti nei componenti dei trasformatori, come rame, ottone e ceramica. La capacità di PowerPatch di resistere all’alta pressione ne consente l’uso su grandi trasformatori di potenza riempiti d’olio e nella sigillatura di perdite in apparecchiature di commutazione isolate con SF₆. Un’altra caratteristica preziosa di PowerPatch è la sua elevata tensione di rottura dielettrica. Similmente all’olio per trasformatori, l’uso di PowerPatch di Polywater riduce al minimo il rischio di scariche parziali nel trasformatore.

Sigillatura delle perdite di tenuta con PowerPatch

Seguendo l’esempio di metodi convenzionali sopra riportato per sostituire le tenute che perdono, descriveremo il processo di applicazione per sigillare una tenuta che perde attivamente tra la parte superiore e il serbatoio dell’olio sullo stesso trasformatore utilizzando il sistema PowerPatch. Invece di sostituire l’intera tenuta come avviene nel processo convenzionale, utilizziamo PowerPatch per sigillare il perimetro del serbatoio dell’olio. Inoltre, i dadi e i bulloni che fissano il coperchio al serbatoio saranno sigillati per evitare perdite di olio attraverso le filettature dei bulloni.

Personale necessario: 5 – 6 tecnici elettromeccanici

Descrizione del lavoro da eseguire per sigillare la tenuta:

• Interrompere l’alimentazione del trasformatore
• Verificare che l’energia al trasformatore sia stata interrotta
• Scollegare i cavi di ingresso, uscita e controllo
• Preparare la superficie del perimetro della tenuta e il coperchio del serbatoio dove verrà applicato il PowerPatch. Questo passaggio iniziale è molto importante per creare una tenuta stagna. Una preparazione adeguata prevede la carteggiatura delle superfici con carta vetrata, spazzola metallica o una spazzola metallica rotante collegata a un trapano elettrico. Si noti che l’abrasione aumenta la superficie per migliorare l’aderenza. Un’ulteriore preparazione della superficie comprende la pulizia per rimuovere la vernice e qualsiasi contaminazione o residuo dalla superficie che potrebbe compromettere la buona aderenza.
• Applicare stucco a presa rapida per fermare la perdita di olio; applicare lo stucco lungo l’intero perimetro del serbatoio/coperchio del serbatoio; una volta che lo stucco si è indurito, ispezionare l’intero perimetro per verificare che tutte le perdite si siano fermate
• Eseguire una pulizia secondaria abradendo la superficie e rimuovendo i residui superficiali dopo l’applicazione dello stucco
• Applicare la resina sigillante permanente direttamente sullo stucco indurito lungo il perimetro del serbatoio e sulle teste dei bulloni e sui dadi
• Dopo aver completato l’applicazione della resina permanente, rimuovere tutti i dispositivi di sicurezza sul trasformatore o intorno a esso
• Rimuovere i cavi di messa a terra e qualsiasi altro materiale estraneo all’interno e intorno al trasformatore
• Rimettere in funzione il trasformatore

Possiamo osservare che l’uso di PowerPatch per sigillare una perdita nella tenuta del serbatoio dell’olio del trasformatore riduce il tempo necessario per il processo correttivo. Inoltre, PowerPatch offre vantaggi economici positivi, tra cui risparmi sul processo di sigillatura stesso, sui tempi e sui minori costi opportunità di arresto del servizio. Nella Tabella 1 è riportato un confronto tra i risparmi e i costi tra la sostituzione completa della tenuta e i processi di sigillatura delle perdite.

PowerPatch

La famiglia di sigillanti per la riparazione delle perdite PowerPatch consente la riparazione sicura ed economica di perdite di olio e gas in una varietà di trasformatori e apparecchiature di commutazione. Le cartucce multiuso PowerPatch (EPCT) sono progettate per riparazioni di piccole dimensioni, come piccoli fori nelle alette del radiatore di raffreddamento e nelle valvole, e di grandi dimensioni, come la riparazione della tenuta principale del serbatoio dell’olio. L’applicazione della resina permanente sopra descritta può essere effettuata con cartucce PowerPatch da 50 o 250 mL. La cartuccia da 50 mL è ideale per piccole riparazioni, mentre quella da 250 mL può essere utilizzata per riparazioni di medie o grandi dimensioni, come quelle che si trovano attorno a flange e boccole. La riutilizzabilità delle cartucce riduce al minimo lo spreco di resina, diminuendo così i costi di riparazione. Le cartucce di resina bicomponente garantiscono una miscelazione accurata delle parti A e B per garantire la massima aderenza e tempi di lavorazione costanti.

Per altri tipi di riparazioni dei trasformatori sono disponibili altri pacchetti PowerPatch. La confezione EP è composta da due piccoli contenitori di resina, componenti A e B. Vengono mescolati manualmente, dopodiché la resina miscelata può essere applicata con una spatola di legno sulle aree di forma irregolare che necessitano di riparazione. Entrambi i pacchetti EPCT ed EP includono uno stucco a presa rapida per la riparazione delle perdite d’olio attive, come descritto nel processo di riparazione delle perdite di cui sopra. PowerPatch Slow Cure (EPSC) contiene 290 mL di componenti A e B ed è utilizzato per riparazioni su grandi superfici. Il suo utilizzo è consigliato per grandi trasformatori ad alta tensione, in cui il tempo di polimerizzazione più lento dell’ESPC garantisce un tempo di lavorazione sufficiente per l’applicazione della resina sulla zona da riparare.

Riepilogo

Il corretto funzionamento delle apparecchiature isolate a olio e SF₆, componenti essenziali delle reti elettriche in tutto il mondo, è fondamentale. La riparazione rapida e conveniente delle perdite dei trasformatori di potenza garantisce servizi elettrici affidabili e di alta qualità per abitazioni, aziende e industrie. È stato dimostrato che l’utilizzo della versatile e innovativa tecnologia sigillante di Polywater per la riparazione in loco delle perdite di olio riduce sia i costi che i tempi necessari. L’utilizzo dei prodotti per la riparazione delle perdite PowerPatch di Polywater riduce i tempi di spegnimento del trasformatore da 24 ore a 8-10 ore e comporta anche costi notevolmente inferiori. I costi di sollevamento delle gru, dei sistemi di trattamento dell’olio e di altre attrezzature necessarie per la sostituzione delle guarnizioni in loco sono risultati essere superiori di oltre 10.000 dollari rispetto all’utilizzo del sistema di riparazione delle perdite PowerPatch.

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Originariamente pubblicato in Transformers Magazine, Volume 7, Numero 4, 2020