Calcolatore di analisi dei gas disciolti: rapporti IEC 60599 e triangolo di Duval

Che cosa fa questo calcolatore

Prende le concentrazioni del cromatografo in ppm e restituisce quattro letture della stessa analisi: il gas combustibile totale, il livello della tabella classica IEEE C57.104, i tre rapporti IEC 60599 con la relativa diagnosi, e la zona del triangolo di Duval 1 con il punto tracciato sul triangolo.

Da dove vengono i gas

Ogni meccanismo di degrado dentro il trasformatore rompe certe molecole e non altre, ed è per questo che la miscela di gas identifica il guasto:

• Idrogeno (H₂): compare quasi sempre, ed è il primo nelle scariche parziali.
• Metano ed etano (CH₄, C₂H₆): riscaldamenti moderati dell’olio.
• Etilene (C₂H₄): riscaldamenti forti, oltre i 300 °C.
• Acetilene (C₂H₂): arco elettrico. Richiede temperature oltre i 700 °C e non si forma altrimenti.
• Monossido e anidride carbonica (CO, CO₂): degrado della cellulosa, cioè della carta isolante.

Livelli IEEE C57.104

Il calcolatore classifica l’analisi in quattro livelli con la tabella dell’edizione 1991, tuttora il riferimento di campo più diffuso. Il livello è quello del gas peggiore, non la media.

L’edizione 2019 della IEEE C57.104 ha sostituito questo approccio con percentili per tipo di macchina ed età. È più fine, ma richiede informazioni che non sempre si hanno; la tabella classica resta un buon primo filtro.

Un valore alto senza contesto dice poco: ciò che decide è la velocità di generazione, cioè quanto è salito ogni gas dall’analisi precedente. Un trasformatore con 600 ppm di idrogeno stabili da cinque anni preoccupa molto meno di uno passato da 40 a 120 in tre mesi.

Rapporti IEC 60599

La norma usa tre quozienti — C₂H₂/C₂H₄, CH₄/H₂ e C₂H₄/C₂H₆ — e una tabella che li traduce in sei tipi di guasto: PD (scariche parziali), D1 e D2 (scariche a bassa e ad alta energia) e T1, T2 e T3 (guasti termici sotto i 300 °C, tra 300 e 700 °C e oltre i 700 °C). Quando i tre rapporti non rientrano in alcuna riga, il calcolatore lo dichiara anziché inventare una diagnosi: è una situazione che la norma stessa riconosce.

Triangolo di Duval 1

Il triangolo prende solo CH₄, C₂H₄ e C₂H₂, li esprime come percentuale della loro somma e colloca il punto su un diagramma ternario diviso in sette zone. Il calcolatore disegna il triangolo con le zone e segna il punto dell’analisi.

I suoi confini sono quelli pubblicati: 98 % di CH₄ per PD; 4 %, 13 %, 15 % e 29 % di C₂H₂; e 20 %, 23 %, 40 % e 50 % di C₂H₄. La zona DT, tra le termiche e le elettriche, raccoglie le miscele dei due meccanismi.

Esempio svolto

Trasformatore con H₂ 180, CH₄ 95, C₂H₆ 30, C₂H₄ 210, C₂H₂ 4 e CO 320 ppm.

• Gas combustibile totale: 839 ppm → livello 2 per il totale, livello 3 per l’etilene e livello 3 per l’acetilene.
• Rapporti: C₂H₂/C₂H₄ = 0,02; CH₄/H₂ = 0,53; C₂H₄/C₂H₆ = 7,0.
• Duval: CH₄ 31 %, C₂H₄ 68 %, C₂H₂ 1 % → zona T3.

Lettura: guasto termico oltre i 700 °C, con abbastanza acetilene da richiedere sorveglianza stretta. I sospetti tipici sono una connessione interna in cattivo stato o una corrente circolante nel nucleo.

Che cosa questo calcolatore non fa

Non conosce lo storico, quindi non calcola velocità di generazione, che è il dato che davvero decide. Non sa se il trasformatore ha il commutatore nello stesso volume d’olio — il che spiega acetileni perfettamente normali —, né se il campione è stato prelevato bene, né se la macchina è tornata in servizio da poco dopo una riparazione. E non copre i triangoli 4 e 5 né il pentagono di Duval, che affinano la diagnosi nei guasti a bassa temperatura.

Con che cosa si misura

L’analisi la esegue un laboratorio su un campione d’olio, oppure un analizzatore di olio dielettrico in impianto. Per le macchine critiche l’alternativa è il monitoraggio in linea: sensori di idrogeno e di gas disciolti che segnalano un cambio di tendenza tra un campionamento e l’altro, invece di attendere l’analisi semestrale. Il trattamento dell’olio — essiccazione e degasaggio — è l’altra metà del lavoro.