I rapporti di interruzione delle reti ad alta tensione ripetono uno schema con scomoda regolarità: queo un grande trasformatore di potenza si guasta senza preavviso, il fattore scatenante spesso non sono gli avvolgimenti o il nucleo ma la boccola, il componente che trasporta il cavo dell'alta tensione attraverso la parete del serbatoio messa a terra. Un passante per condensatore risolve questo problema di passaggio con un isolamento di grado capacitivo e le sue condizioni decidono in gran parte se un trasformatore da 110 kV o 220 kV funzionerà tranquillamente per trent'anni o diventerà una richiesta di risarcimento assicurativo. Questo articolo spiega cos'è un passante per condensatore, perché è importante la classificazione della capacità, quali sistemi di isolamento sono disponibili, come questi passanti si guastano e cosa dovrebbe specificare un team di approvvigionamento prima di firmare un contratto di acquisto.

Cos'è una boccola del condensatore?

Ogni passante svolge lo stesso lavoro di base: consente a uno o più conduttori di passare attraverso una partizione messa a terra (la parete della vasca di un trasformatore, il firewall di una sottostazione) isolando al tempo stesso il conduttore sotto tensione da quella barriera. Ciò che distingue una boccola del condensatore da una semplice boccola solida è il modo in cui gestisce il campo elettrico all'interno della parete isolante.

All'interno di un passante del condensatore, strati di classificazione coassiali conduttori o semiconduttori sono inseriti a intervalli radiali predeterminati nel corpo isolante, che è costruito attorno a un tubo conduttore centrale. Il conduttore e gli strati di classificazione formano una pila di condensatori in serie. In termini semplici, gli strati condividono la tensione radialmente nel modo in cui resistori di dimensioni uniformi condividono la tensione in un divisore, tranne che in questo caso si tratta di condensatori. Poiché ogni strato si trova su un raggio calcolato, la tensione si divide quasi uniformemente attraverso lo spessore dell'isolamento invece di accumularsi vicino alla flangia di montaggio messa a terra, dove la distanza tra il metallo sotto tensione e quello messo a terra è minore.

Le conseguenze pratiche sono notevoli:

• Lo stress elettrico rimane entro i limiti di progetto su tutta la parete radiale, quindi l'isolamento può essere più sottile e la boccola più compatta.
• Il passante può essere molto più corto di un modello non classificato della stessa classe di tensione, riducendo così l'apertura del serbatoio e le dimensioni complessive del trasformatore.
• Una presa di prova sulla flangia, e in molti progetti una presa di tensione, si collega agli strati di classificazione esterni, in modo che la capacità e il fattore di dissipazione possano essere misurati attraverso percorsi definiti e ripetibili.

Nel servizio dei trasformatori incontrerete molto spesso il termine boccola del condensatore olio-aria: l'estremità inferiore si trova nell'olio del trasformatore, l'estremità superiore si trova nell'aria dietro le tettoie e la flangia collegata a terra si fissa alla parete del serbatoio tra i due ambienti.

Perché la classificazione della capacità è importante a tensioni più elevate

A tensioni di distribuzione basse e medie, un passante in porcellana solida o in resina colata gestisce il campo abbastanza bene: ecco perché un'unità di classe 35 kV come un Trasformatore di potenza in olio da 35kV utilizza abitualmente design di terminali solidi più semplici. Da circa 52 kV, e decisamente da 72,5 kV in su, questo approccio smette di funzionare: una boccola non graduata avrebbe bisogno di un diametro e una lunghezza impraticabilmente grandi per mantenere accettabile lo stress di picco vicino alla flangia. La classificazione della capacità è ciò che rende possibili terminali compatti per trasformatori ad alta tensione.

La valutazione apporta anche un vantaggio secondario che a volte gli acquirenti non vedono: la misurazione prevedibile. Poiché lo stack di classificazione è una rete capacitiva definita, i valori della capacità di fabbrica e del fattore di dissipazione diventano un'impronta digitale. Quando gli stessi valori si spostano durante il servizio, la boccola indica cosa è cambiato al suo interno: solitamente umidità, carta invecchiata o un sito di scarico in via di sviluppo.

Sistemi di Isolamento: OIP, RIP e Resina Colata

Il principio di classificazione è comune a tutti i passanti del condensatore. Il sistema di isolamento avvolto attorno ai fogli di classificazione è ciò che varia e determina sia il prezzo che il comportamento di fallimento.

Per i trasformatori di potenza in olio, i passanti OIP rimangono la scelta predefinita al di sopra di 72,5 kV a causa del loro record di servizio e del profilo di costo. Le boccole RIP guadagnano il loro premio laddove si applicano una rigorosa politica di sicurezza antincendio, requisiti sismici o una tolleranza a perdite zero. I progetti in resina colata coprono le classi in cui la classificazione è utile ma il nucleo capacitivo completo di un'unità OIP non è ancora necessario.

Come si guastano le boccole del condensatore e come individuarlo in anticipo

I guasti alle boccole raramente arrivano senza preavviso. La sequenza tipica va dall'ingresso di umidità attraverso guarnizioni invecchiate, all'aumento del fattore di dissipazione, alla scarica parziale e infine alla fuga termica nell'isolamento, che può rompere la boccola e accendere l'olio del trasformatore. Le indagini sui guasti del settore classificano costantemente i passanti tra le principali cause di guasto dei trasformatori, motivo per cui il passante rientra in qualsiasi lista ristretta di componenti principali di un trasformatore di distribuzione che meritano il monitoraggio delle condizioni fin dal primo giorno.

Quattro controlli rilevano la maggior parte dei problemi mentre sono ancora economici:

• Misurare la capacità C1 e C2 più il fattore di dissipazione (tan delta) attraverso la presa di prova durante le interruzioni pianificate e confrontare i valori con la targhetta di fabbrica. Una deriva di qualche punto percentuale è un motivo per indagare, non per aspettare.
• Scansionare le boccole con una telecamera a infrarossi sotto carico. Uno strato di classificazione surriscaldato o una connessione terminale allentata si manifestano termicamente molto prima che si guasti elettricamente.
• Ispezionare le guarnizioni lato olio, le tenute lato aria e la finestrella del livello dell'olio, se montata. Un sigillo piangente è il punto di ingresso dell’acqua e l’acqua è nemica di ogni sistema isolante a base di carta.
• Mantenere pulito il lato dell'aria. Capannoni in porcellana crepata, alloggiamenti compositi invecchiati dai raggi UV e inquinamento combinato con la nebbia invitano a scariche esterne anche quando l'isolamento interno è sano.

Niente di tutto questo è costoso. Sostituire una guarnizione o pulire i capannoni costa una frazione della sostituzione di una boccola rotta, dello svuotamento e del riempimento di un serbatoio e della spiegazione di un'interruzione prolungata al direttore dell'impianto.

Cosa dovrebbero specificare i team di procurement

Poiché una boccola è abbinata sia all'avvolgimento che all'apertura del serbatoio, non dovrebbe mai essere acquistata come merce isolata. Prima di ordinare una nuova unità o una sostituzione, individuare quanto segue:

1. Tensione nominale e livello di isolamento: tensione di sistema, resistenza all'impulso di fulmine (BIL) e, ove applicabile, classe di impulso di commutazione, secondo IEC 60137 o IEEE C57.19.00/C57.19.01.
2. Corrente nominale con margine reale per sovraccarico continuo, armoniche e temperatura ambiente del sito.
3. Sistema di isolamento - OIP, RIP o resina colata - adattato alla vostra politica antincendio, ai requisiti sismici e alla capacità di manutenzione.
4. Distanza di dispersione e livello di inquinamento per il sito di installazione, poiché l'aria costiera e industriale richiede percorsi di dispersione più lunghi.
5. Stile di connessione: cavo di avvolgimento attraverso il tubo centrale cavo o conduttore rigido collegato sul fondo, che modifica il modo in cui viene instradato il cavo di avvolgimento.
6. Dimensioni dell'interfaccia - flangia di montaggio, piano della guarnizione e torrette - verificate rispetto all'apertura del serbatoio, in particolare per i retrofit.
7. Tocca la disposizione e l'accesso alle misurazioni che corrispondono ai tuoi strumenti di test.
8. Documenti di test di routine, inclusi i valori della capacità misurata e del fattore di dissipazione, in modo che il team di manutenzione inizi con una linea di base.

Lavorare con il produttore del trasformatore semplifica gran parte di questa interfaccia. Unità come la nostra Trasformatore di potenza ad altissima tensione da 110 kV and Trasformatore di potenza a basse perdite da 100MVA 220kV lasciano la fabbrica con gli isolatori capacitivi già montati, sigillati e testati di routine, e i valori registrati viaggiano con i rapporti di prova. Una squadra incaricata ha quindi numeri con cui confrontarsi invece di ipotesi.

Una boccola del condensatore sembra un raccordo passivo, ma è un dispositivo capacitivo di precisione che controlla il campo elettrico più concentrato sul trasformatore. Scegli il sistema di isolamento adatto al sito e alla politica antincendio, insisti sui valori di riferimento dei test di fabbrica e esegui l'andamento delle misurazioni dei rubinetti: queste tre abitudini eliminano una delle modalità di guasto più costose che una sottostazione possa sperimentare.